富水砂卵地层深基坑钢板桩施工技术研究

陆小利

【摘 要】科学技术伴随经济的发展而不断进步，随着建设领域规模的不断扩大，深基坑施工技术在不断的完善，其技术研究的意义无论是在经济上还是技术上对建筑施工都有着举足轻重的作用，而钢板桩施工又是深基坑支护技术最为常见技术之一。它在深基坑施工中发挥的作用难以替代，特别是针对特殊地层其施工技术值得探讨研究。下面以郑万项目北汝河特大桥富水砂卵地层深基坑钢板桩施工为例进行总结，希望对类似工程施工者能提供一定帮助。

【关键词】富水；砂卵地层；钢板桩；施工技术

1 工程概况

北汝河特大桥位于河南平顶山境内，根据钻探揭露，结合区域地质资料对比分析，桥址区内地层较复杂，按其成因和时代分类主要有：第四系新近人工填土层（Q4m1）；第四系上更新统（Q3a1+p1）冲洪积形成的黏性土、砂类土及圆砾土，岩性层理规律较强；下伏基岩为第三纪（N1）泥质砂岩、含砾砂岩和泥灰岩。桥址区内不良地质为松软土，地层中粉质黏土、粉土、粉砂、细砂全线分布普遍，结构松软，压缩性高、强度低，工程特性差，易产生过大，不均匀的沉降。桥址区地表水主要为北汝河河水，及支流河水、沟渠水等；地下水主要为第四系孔隙潜水和弱承压水，主要受地表河流及大气降水补给，地表、地下水互为补给并接收大气降水，水量随季节变化，勘测时期地下水埋深约为0.5-26m。北汝河干流每年7-9月为汛期，桥址控制流域汇水面积F=4800Km2，Q1%=9350m3/s，H1%=101.92m，V1%=2.1m/s。石河桥址控制流域汇水面积F=237.8Km2，Q1%=1290 m3/s，H1%=106.36m，V1%=3.18m/s。

2 支护方案的确定

根据地质条件，结合工期进度，选取钢板桩支护方案，深基坑开挖采用Ⅳ型拉森钢板桩（B=400mm，H=125mm，t=13mm）支护。钢板桩采用履带式液压挖土机的液压振锤的锤机施打，开挖深度3.8m～5.0m，结合开挖深度及部分基坑周边有堆载等情况，采用一道固定内支撑并在基坑底部加设一道临时支撑，对基坑底部进行混凝土封底施工。围檩采用双拼200×200mmH型钢围檩，八字形斜撑。

3 施工工艺流程

主要工艺流程见图1；

钢板桩施工主要工艺介绍：

3.1 钢板桩处理

钢板桩施工前应检查钢板桩质量，是否扭曲、变形以及有无缺损，不合格的钢板桩禁止使用。

3.2 场地平整

测量定位前应平整场地，保证桩位准确放样和施工机械正常作业。

3.3 测量定位

按设计尺寸准确测量钢板桩的插打位置，并洒出轮廓线，以便插打时准确定位。

3.4 钢板桩插打

钢板桩采用逐片插打逐渐纠偏直至合拢，插打时利用挖掘机或吊车附带钢丝绳吊起后，液压振动捶夹板夹住钢板桩到位，按要求沿承台四周每边外放1.2m要求，振动锤边振动边插打。为了确保插打位置准确，第一片钢板桩要从两个互相垂直的方向同时控制，确保其垂直度在1%内，然后以此为基础向两边插打。考虑到水位高的因素，转交处使用特制角桩插打，整个承台钢板桩形成一个整体，达到安全止水的最佳效果。

3.5 钢支撑结构形式

为了确保基坑开挖及钢板桩安全可靠，钢板桩支撑尤为重要。沉桩完毕后，基坑小于5m的深基坑距钢板桩顶向下1.5m位置处放出横梁安装标高位置，焊接2cm厚钢板牛腿12个，四周每边3个；其次，四周焊接钢板牛腿完成后，安装I36工字钢做内部围檩，在顺桥采用I36工字钢进行对向支撑，围檩四角用I36工字钢焊八字形对撑。对于>5m的深基坑在基坑底部安装钢立柱进行临时支撑，并在基坑底部用混凝土进行封底，待封层砼达到75%强度后拆除临时支撑钢柱，进行承台施工。

3.6 拔除钢板桩

基础施工完毕后，抽干基坑积水，用干粘土回填基坑，采取分层夯实填至基础顶，待回填沉降稳定后，采用打桩机依次拔除钢板桩并及时用细砂填塞缝隙。钢板桩采用逐片插打逐渐纠偏直至合拢，插打时利用挖掘机或吊车附带钢丝绳吊起后，液压振动捶夹板夹住钢板桩到位，按要求沿承台四周每边外放1.2m要求，振动锤边振动边插打。为了确保插打位置准确，第一片钢板桩要从两个互相垂直的方向同时控制，确保其垂直度在1%内，然后以此为基础向两边插打。考虑到水位高的因素，转交处使用特制角桩插打，整个承台钢板桩形成一个整体，达到安全止水的最佳效果。

3.7 施工注意事项

（1）施工中设专职安全员全过程旁站，随时检查无异常情况后方准下基坑操作，发现问题及时通知通知现场人员撤离；

（2）施工作业时，机械设备需安全稳固，且机械作业范围、材料堆放、施工人员不得侵入道路内；

（3）钢板桩拔除时，基坑及机械作业范围内不得站人。

4 受力计算

根据设计院提供的地勘报告，按照地质情况选择土体的相关参数，其土的重度加权平均值为γ=18.8KN/m3，内摩擦角φ=32°，开挖深度按5m及最大开挖深度6.9m单独计算，地面荷载取q0=20KN/m2（综合考虑施工车辆及材料、物资堆放等），支点距地面距离ha=1 m，根据《建筑施工计算手册》第二章基坑支护工程，依本工程实际特点，采用Ⅳ型拉森钢板桩，单层支撑板桩墙计算。拉森Ⅳ型钢板桩 W=2034cm3，[f]=200MPa

4.1 开挖深度按最不利5m为例计算作用在板桩上的土压力强度（压力图见图2）

Ⅳ型钢板桩能满足要求。

4.2 根据地质资料，由于该部位为富水地段在计算是需要考虑基坑底部的隆起、基坑底管涌验算、坑底渗水量计算。

（1）基坑底部的隆起验算

考虑地基土质均匀，依据地质勘察资料，其土体力学指标如下：

r=19 KN/m3，c=21.1Kpa，q=20KN/m2

由抗隆起安全系数K=2πC/（q+rh）≥1.2

则：h≤（2πC-1.2q）/1.2r

≤（2*3.14*21.1-1.2*20）/1.2*19

≤4.8m

即钢板桩周围土体不超过4.8m时，地基土稳定，不会发生隆起。实际施工中，尽量减小坑沿堆载，同时适当降低板樁侧土体高度，以避免基坑底部的隆起。

（2）基坑底管涌验算

根据不发生管涌条件：

K=（h'+2t）r'/ h'rw≥1.5

r'=rs-rw=18.8-10.0=8.8KN/m3，t=4.0m h'=8.0m rw=10.0 KN/m3

则K=（（8+2*4）*8.8）/8*10

=1.76>1.5

即当钢板桩入土深度超过4m时，目前采用钢板桩最大开挖深度为5m，选用9m的钢板桩，最小入土深度超过4m，不会发生管涌。

（3）坑底渗水量计算：

Q=K*A*ι= K*A* h'/（ h'+2t）

根据地质资料，土的综合渗透系数取0.08m/d

则Q=（0.08*17*9.3*6.9）/（6.9+2*5）

=5.16m3

根据其渗水量的大小，为到达较好的降水效果利于承台施工，在承台外侧与钢板桩之间设置4个集水井。

5 结语

上面是针对富水砂卵地层深基坑钢板桩施工实例，充分结合特殊地质情况，采用钢板桩进行支护，在施工过程中需要加强位移观测，从而进一步达到安全施工的目的，希望利用钢板桩自身的特点，将钢板桩作为一种较成熟的施工支护形式，能利用到有同类型施工环境的深基坑支护施工项目中。

【参考文献】

[1]江正荣.《建筑施工计算手册（第2版）》.中国建筑工业出版社.2007.7.

[责任编辑：朱丽娜]