钢板桩在局部深基坑支护中的应用

摘 要：以天津市某大型建筑实际深基坑工程为例，通过对地质条件的研究，确定采用钢板桩支护方案。并对局部深基坑支护结构的内力进行计算分析，结合基坑监测结果对支护方案效果进行了评价。研究结果表明，钢板桩在沿海软土地区有着很好的应用效果。

关键词：钢板桩；深基坑；支护；稳定

Steel Sheet Pile Support Structure Applied to the Locally Foundation Pit

Zhou Yong-gang

（Tianjin binhai tourist area construction of traffic and environment protection bureau， tianjin， 300480）

Abstract： Taking a large construction actual deep foundation pit project in Tianjin city as an example， based on the study of geological conditions， the steel sheet pile support scheme was determined. And the internal force of retaining structure for deep foundation pit is calculated， with the foundation pit monitoring results were evaluated on supporting effect. The results show that， the steel sheet pile in coastal soft soil area has a very good application effect.

Keywords： steel sheet pile； deep foundation pit； support； stability

0.前言

随着我国人口的增多与建筑需求的日益发展，城市建设中大量高层、超高层建筑拔地而起。相应地深基坑工程也越来越多，促进了基坑工程设计和施工技术的进步。沿海地区地下水丰富，并且埋藏较浅，因此，在基坑开挖过程中，不仅要考虑支护结构系统，还应考虑地下水产生的侧压力。工程实践表明，钢板桩结合较为紧密，能够防止外部水体进入，机械化操作程度高，施工简便并且可重复使用，因此在沿海软土地区有着广阔的应用前景。

本文以天津某大型建筑实际深基坑工程为例，介绍了基坑中局部深基坑的支护设计方案以及施工过程中难点，为同地质条件下深基坑的施工设计工作提供借鉴。

1.工程概况

中国石油天津大厦工程座落于天津经济技术开发区，大厦总承包工程主要有主楼部分、辅楼A、辅楼B以及地下车库出入口A和地下车库出入口B组成。主楼地上23层，地下两层，辅楼地上5层，地下一层，见图1所示。本工程基坑深度不一，其中车库出入口基坑深度为0～5.85m，围护结构采用SMW工法桩，内侧共用辅楼围护，坡道最深边围护采用灌注桩加双轴搅拌桩，内部设一道混凝土支撑；辅楼地下一层基坑深度6m，采用双排灌注桩加双轴搅拌桩止水帷幕进行围护，另在四角分别设置一道混凝土角撑；主楼基坑深度12.3m，与楼座基坑落差约6.3m。

本工程所在场区表层地下水属于孔隙潜水类型，以大气降水补给，蒸发形式排泄为主，地下水位年变化幅度在0.50～1.00m左右。初见水位埋深1.50～2.90m，稳定水位埋深0.80～2.40m。由于周边环境复杂，开挖区域内多为淤泥质粘土、降水疏干难度大，并且所在场区场地为软弱土，场地类别为Ⅳ类，为抗震不利地段。

图1 大厦效果图

2.深基坑基坑支护方案

2.1局部深基坑概况

主楼基坑中，两核心筒位置各包含一个集水井局部深坑，分别位于主楼ZCT7承台与ZCT7A内部，长度12.176m，宽度8.75m。两承台土方开挖深度13.9m，而该集水井土方开挖深度18.25m，比该承台处土方开挖深度深4.25m，该集水井北侧边线与负二层底板相连，界面高差5.95m，由于高差较大且场地土为软土，此部分须进行局部支护，局部深基坑位置如图2所示。

由于局部深基坑场地狭小，无法进行放坡，基坑支护有较大难度，选择适当的支护方法是深基坑支护问题最关键的一步， 直接涉及到工程的安全、造价和工期。

2.1支护方案

（1）支护方案设计

通过对目前常用桩型的比对分析，考虑到钢板桩的特点， 拟在局部深坑周边连续插入40b工字钢板进行支护，内部沿长边每4m设一道直径350mm，壁厚6mm的钢管撑，钢管撑与钢板桩之间通过一道H400×400×24×13mm型钢腰梁进行连接。

根据局部深基坑与周边平台的高度差值，一共可以分为三个界面：

1）-15m/-19.35m界面。该界面采用工字钢板悬臂加固，钢板桩插入后，土方一次开挖到底，剖面见图2.3.3-19所示。

2）-16.2m/-19.35m界面。因其开挖深度小1.2m，其支护一致，故本界面不必验算；

3）-13.4m/-19.35m界面。此局部深基坑最终采用采用工字钢板桩加钢管撑支护，钢管撑与钢板桩之间通过一道H型钢腰梁连接，其开挖工况分为三步，第一步挖至撑底，挖深2.10m，第二步加撑，第三步挖至坑底，总挖深5.95m。

（2）支护施工

打桩工艺：吊桩就位、检查垂直度、放下吊锤使桩缓慢沉入土中、检查桩位和轴线、振动沉桩至设计要求标高、移位、继续沉桩。钢板桩用三支点导杆打桩机锤击击入， 按单桩打入法施工。从板桩的一角开始逐块打设。打设时须注意控制钢板桩倾斜度。打樁允许偏差：桩顶标高±100mm，板桩轴线偏差±100mm，板桩垂直度偏差1%。endprint

2.2支护方案计算

（1）钢板桩稳定性计算

钢板桩可根据受力条件分段按平面问题计算。钢板桩水平荷载计算宽度可取钢板桩的中心距，结构的内力与变形的计算、支点的计算值一般按基坑开挖、地下结构施工过程的不同工况对支护后局部深基坑的整体稳定性、基坑抗隆起、以及内力进行验算。场地地质条件和计算参数见表1。地下水位标高为坑底以下1m。验算时，考虑坑外附加荷载为10KPa。计算得出-13.4m/-19.35m界面钢板桩的内力情况如图3所示。

经验算基坑各项稳定性满足要求。

（2）钢管支撑验算

钢管支撑为直径350mm，壁厚12mm，长度8.75m，按压弯构件计算。

绕任意轴X弯曲：

长细比：λ=73.18

轴心受压构件截面分类（按受压特性）：a类

轴心受压整体稳定系数：φx=0.823

荷载按1.4的安全系数，且每四米一道支撑，故计算荷载。

N=1.4×243×4=1166.4.6KN

绕X轴最不利位置稳定应力按《钢结构规范》公式（5.1.2-1）

该荷载小于钢材强度210N/mm2，故钢管支撑安全。

c H型钢腰梁验算如下：

钢腰梁按两端简支的三跨连续梁计算，每跨跨长4m，钢腰梁采用400×400×24×13mmH型钢。

通过验算钢支撑满足设计要求。

3.基坑监测

本工程基坑安全等级二级，按照设计要求，基坑监测项目严格按照《建筑基坑工程监测技术规范 GB50497-2009》中表4.2.1中二级基坑应测项目执行。坡顶、桩顶的水平位移监测桩顶的水平移是关系到基坑安全的重要方面。它的监测目的是及时掌握随着基坑开挖深度的增加桩顶处的变形情况。

根据埋设的测斜管对土体深层位移进行监测，以便更好地掌握支护结构变形和周围土体的变化情况。对基坑周边建筑物、桩顶和支护桩深层位移进行了长时间的持续观测，获得了测得围护桩顶部各监测点水平位移量数据。其中CX3监测点桩顶以及CX5标准段一个月的监测数据如图4所示。

在桩顶布点监测位移随基坑开挖的变化情况，如图3 所示。从图中可以看出，随着基坑施工的不断进行，各测点的位移呈非线性增长。随着底板施工的完成，各测点的位移也趋向稳定。从监测结果也可以看出，本支护系统达到了预期支护效果，值得类似工程借鉴。

4.结语

钢板桩应用于既可达到止水的目的，亦可达到支护的目的，且可获得良好的经济效益，在沿海地区高层建筑地下室深基坑围护结构中具有广阔的应用前景。根据钢板桩在本工程的应用情况，保证了基坑开挖过程中的安全稳定；从监测结果也可以看出，本支护系统达到了预期支护效果，可以为同类地质条件下的基坑工程提供借鉴。

参考文献

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【文章编号】1006-2688（2017）08-0035-03

【作者简介】周永刚，天津市滨海旅游區建设交通和环境市容局建设管理中心，工学学士。endprint