钢板桩支护结合打井降水技术的应用

□文/张鹏飞

工程概况

天津钢管集团有限公司第四套轧管工程即460轧管厂项目用来加热管坯的热工设备是中径为48 m的环形加热炉，炉子烟囱坐落于主厂房之外，连接炉本体与烟囱的钢烟道布置于地下施工的钢筋混凝土隧道中。该隧道根据工艺及设计要求位于主厂房C～D轴、14～17线之间，全长约140 m、宽7.2 m、净高6.0 m、底板底标高-7.000 m，由于自然地坪为-0.800 m，因此开挖深度为6.3 m（加上混凝土垫层100 mm厚）。

在地下烟道所经过的区域，环形加热炉基础管桩、主厂房柱基及热轧区基础CFG桩已施工完毕，为了保护周围桩基，防止偏移，先进行深基支护，再进行基坑开挖，同时要采取有效降水措施，确保深基坑成型，为烟道施工创造安全的地下工作空间。

方案选择

烟道工程地下水位为-1.500 m，地基为海陆交互沉积或河道冲积而形成的粘土质地基，土质水平层理比较发育，水平渗透系数较大，所以采用无砂管打井降水，布置于基坑外侧，井内放置潜水泵进行抽排。

由于工期紧，需尽快为浅基施工创造条件，因此放弃了施工周期长、造价相对较高的混凝土桩墙的支护体系；根据软土地基土质较软、强度较低的特点，采用钢板桩进行基坑支护。同时钢板桩外侧采取了土体卸荷措施，基坑内采取钢围囹及钢管对撑的内支撑体系，使钢板桩受力均匀，增大刚度和整体稳定性。见图1。

工艺流程

打井降水→施打钢板桩→放坡挖土卸荷→安装内支撑体系→垂直挖土到底→浇注混凝土垫层→地下结构施工完后回填基坑→拔出钢板桩。

施工方法

成井与降水

施工时要遵循先降水后支护再开挖的方法，有利于基坑整体成型的稳定性，降低土体的含水率，避免坍塌沉陷的发生。

（1）布井原则。降水井采用φ500 mm无砂管井，井位布置于基坑外侧4 m左右，井间距15 m，井深低于基坑底18 m。

（2）施工顺序。测量定位→做井口、安护筒→钻机就位→钻孔→回填井底碎石垫层→吊放井管→回填管壁与孔壁间瓜子石过滤层→洗井→井管内安设水泵→安装抽水控制电路→试抽→井管正常降水→降水完毕后封井。

（3）主要方法。 降水井成孔采用回转钻机钻孔，自成泥浆护壁，井口设护筒，以防坍孔，一侧设排泥沟、泥浆坑。成孔直径大于无砂管外径200 mm。成孔后吊放水泥无砂管前应清孔，可用吊筒反复上下取出泥浆。井管利用钻机自身的卷扬机分段下放，水泥无砂管每节长1 m，有承插口使上下各节井管结成一体，顶部比自然地坪高0.5 m。

井管下入后，及时在井管与土壁之间填充碎石至距自然地坪0.5 m处，上部用粘土分层回填。用绳绑牢潜水泵吊入井内，水泵避免贴近井底，宜放在距井底2.5～3.0 m处，吸水管底端装逆止阀，上部与井管口固定并与地面汇水总管连接。降水深度应确保井内水平面在基坑底以下1 m。降水工作完成后，应用土石屑回填进行封井。

打桩与卸荷

当地下水位降到基底标高以下1 m时，根据测量放线挖设打桩导槽，导槽宽1.5 m，在导槽内施打钢板桩，钢板桩采用12 m长I36C型工字钢，按一顺一丁形式布置且相互咬合，预留1 m工作面。

钢板桩采用液压振动单桩打入法，以一块钢板桩为一组，从一角开始逐块插打，直至工程结束。该方法施工简便、可不停顿地打、桩机行走路线短、速度快。但单块打入易向一边倾斜，误差积累不易纠正，墙面平直度难以控制，因此在打桩过程中，为保证钢板桩的垂直度，开始打设的1～2块钢板桩的位置和方向应确保精度，以便起到样板导向作用并且每打入1 m应测量一次，必要时用2台经纬仪在两个方向加以控制。

在钢板桩打设完毕后，进行一次基坑开挖，开挖深度约深3.5 m，放坡系数1∶1。同时可起到将钢板桩外围土体进行卸荷的作用。

支撑与挖土

在距钢板桩顶部约0.5 m处，每间隔5 m焊接钢牛腿，在其上方周圈固定300 mm×300 mm的H型钢水平围囹，于基坑短方向设置钢对撑与围囹相接。钢对撑采用φ600 mm×8钢管并在基坑角部安装斜撑。见图2。

图2 基坑内钢支撑

钢支撑焊接安装结束后，进行基坑的二次开挖，开挖中要对降水井进行保护，对基坑的稳定进行监测。基坑成型后，及时施工垫层，浇注范围顶至钢板桩。

回填与拔桩

（1）基坑回填。地下钢筋混凝土隧道结构施工完，按照设计及规范要求分层进行夯填，保证土体压实度。

（2）拔桩。基坑回填后可停止降水，拆除钢支撑并拔出钢板桩。拔桩的开始点离钢板桩墙角5根以上，必要时可间隔拔除。拔桩采用振动法。振动拔桩是利用振动锤对钢板桩施加振动力，扰动土体，破坏其与钢板桩间的摩阻力和吸附力并施加吊升力将桩拔出。待钢板桩完全拔除后，对留下的桩孔及时回填处理，回填材料选用砂子，回填时应做到密实无漏填，避免引起周围土体位移和沉降以及由此造成临近柱基或管桩等的破坏。

质量及安全措施

（1）深基坑支护最终确定的具体方案必须进行安全验算，经有关部门批准后方可实施。

（2）降水管井内安水泵前要清洗滤井，冲除沉渣，直至抽出清水为止，否则会造成淤井，影响降水效果。

（3）基坑内钢支撑安装除符合计算要求外，还要符合构造要求，如钢管支撑两端局部受压大，应采取焊接加劲板等补强措施。

（4）开挖过程中，反铲不得碰撞钢板桩及支撑系统，在反铲挖不到的部位，可采用人工取土或其他方法。

（5）基坑周围不得堆土，在基坑形成后，要施工截水沟或挡水坝并设置防护栏杆，防止对基坑造成破坏。

（6）在基坑整个开挖过程中，要对基坑及周围的建筑物进行不间断的监测，出现问题及时处理。

结语

采用钢板桩支护结合大井降水技术进行基坑成型施工，方法简单，施工周期短，支护用材料可以回收反复利用，成本低。与地下连续墙、机械成孔灌注桩加止水围幕的基坑支护方法相比可降低工程成本约2/3，经济效益显著。同时，保证了基坑内无积水,成型稳定，加快了施工进度。因此，在软土地基不超过8 m的深基坑支护施工时，可以优先选择此方案。