深基坑拉森钢板桩支护设计与施工技术分析

黄文武

摘要：深基坑作为一项危险性较大的工程，其开挖、支护及降水施工技术和安全要求高。文章结合田阳县东江一桥6#主墩深基坑施工实例，介绍拉森钢板桩支护设计方案，并针对深基坑的支护施工难点，分析了拉森钢板桩支护施工技术。

关键词：深基坑;拉森钢板桩;支护设计;施工技术

0 引言

随着国内工程建设的不断发展，拉森钢板桩被广泛应用于桥梁基础施工、土体支挡等各种工程中。拉森钢板桩整体刚度大、防水性能好，用于深基坑支护具有很好的稳定性、安全性和防水能力，能为基坑内墩台施工作业提供良好环境。本文以田阳县东江一桥6#主墩深基坑拉森钢板桩支护施工应用为例，介绍分析拉森钢板桩支护设计方案与施工技术，为类似深基坑工程的施工提供参考。

1 工程概况

1.1 工程特点

田阳县东江一桥为（80+145+80）m单索面宽体矮塔斜拉桥，主桥下部结构有4个墩台，其中6#主墩位于河中，距离河岸约20m，采用黏土筑岛围堰进行桩基施工。筑岛顶面标高为100.8m，河道常水位约为99.7m。主墩承台设计尺寸为28.4m×13.4m×5m，承台底标高为91.7m，距筑岛顶面9.1m。受通航影响，筑岛尺寸受限，无法采用放坡开挖施工承台基础。

1.2 工程地质

从上往下地层依次为筑岛黏土层、圆砾层和中风化泥岩与泥质粉砂岩层，筑岛黏土层厚4～8m，圆砾层厚2～5m，圆砾以下为中分化泥岩与泥质粉砂岩互层。黏土层和泥岩层不透水，圆砾层透水性大。

2 拉森钢板桩支护结构设计及建模验算

2.1 设计思路

该主墩承台基坑深度为9.1m，考虑基底存在圆砾层，透水性强，需采用混凝土封底，封底厚度为0.5m，钢板桩入土深度为2.0m。采用长度为12m的拉森Ⅳ型钢板桩进行围堰，承台高5m，分两次浇筑完成。考虑施工方便和基坑安全，钢板桩围堰设置两层支撑，围堰预留承台施工的作业空间，围堰尺寸为31.28m×16.08m。

2.2 支护结构

支护结构主要包括钢板桩、围檩、支撑体系和封底混凝土。钢板桩采用拉森Ⅳ型钢板桩，围檩采用双拼Ⅰ45a工字钢，支撑采用529mm×10mm螺旋钢管，封底混凝土采用C25水下混凝土。采用2K型支撑体系，共设置2层支撑，第一层支撑标高为-2.5m，第二层支撑标高为-6.1m，每层共3道中支撑和8道角支撑。支护结构如图1、图2所示。

2.3 Midas模型验算

采用MidasCivil8.65软件对支护结构整体建模进行有限元分析，钢板桩、围檩和支撑均采用梁单元模拟。对于模型的边界条件，钢板桩底部按铰接模拟，被动土压力采用只受压节点弹性支撑模拟，围檩与钢板桩连接采用节点弹性连接模拟，支撑与围檩连接采用共节点处理。建立整体模型如图3所示。

根据工况分析，当完成第二层围檩支撑安装后，基坑开挖至封底混凝土底面-9.6m标高处且未施工混凝土封底时，此时支护结构受力最不利，支护结构处于多点支撑状态，钢板桩主要受外侧土压力、内支撑反力作用。对模型加载分析，得到运算结果为组合最大应力σmax=86.4MPa

2.4 钢板桩嵌固深度及基坑抗隆起验算

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）4.2.7条要求，嵌固深度=嵌固深度系数×基坑深度=0.2×9.6=1.92m，嵌固深度采用值为2m≥1.92m，满足规范要求。

根据公式Ks=   γm2ldNq+cNc[]γm1[JB（（]h+ld[JB））]+q0[SX）]≥Kb（式中h为嵌固深度），计算得到基坑底抗隆起安全系数Ks=7.159>1.40，抗隆起安全满足要求。

3 拉森钢板桩深基坑支护施工

3.1 钢板桩插打施工

先插打定位桩作为导向架的导桩，定位桩位于钢板桩两侧，每4～6m设置一组，并在导桩上安装导梁，对钢板桩起限位和定向作用。采用振动锤插打施工，振动锤夹紧钢板桩吊起，使钢板桩锁口插入相邻桩锁口内。振桩前，振动锤的桩夹应夹紧钢板桩上端，并使振动锤与钢板桩重心在同一直线上，待桩稳定、位置正确并垂直后，再振动下沉。钢板桩每下沉1～2m左右，停振检测桩的垂直度，发现偏差，及时纠正。

3.2 钢板桩围堰合拢

在合拢前剩最后5～7片钢板桩未插打时，测量并计算钢板桩底部的直线距离，再根据钢板桩的宽度，计算出所需钢板桩的片数。钢板桩围堰在合拢时，两侧锁口不一定平行，会出现上大下小或上小下大以及左右偏移等情况，可采用手拉葫芦或千斤顶进行调整，使钢板桩垂直平行。若调整后仍不能解决合拢问题，也可采用特制异型桩合拢。

3.3 基坑开挖及围檩支撑安装

基坑土方严格按分层开挖施工。分层开挖厚度约为1m，同时确保开挖深度均匀，防止造成土体横向挤压使钢板桩受力不均。挖土机不可紧贴钢板桩挖土，钢板桩周边土体尽量采用人工挖除，确保钢板桩不受碰撞。基坑开挖注意不扰动基层土，避免土体变动使受力状态改变。

围檩及内支撑的安装严格按照“开挖一层支护一层”的原则施工。先安装围檩，围檩沿钢板桩墙全长设置，并形成闭环。围檩固定后，安装支撑钢管。支撑钢管与围檩连接处用钢板塞紧垫实并焊接牢固，使支撑钢管形成拉压杆。内支撑自上而下设置，围檩与各支撑钢管连接以及纵横向围檩间的连接均按固结考虑，同时确保各构件同轴受力。

3.4 坑底清理及封底施工

基坑开挖至设计封底混凝土底面标高时，清理整平底面，确保无突出土堆。对于桩周及钢板桩根部，要尽量清理干凈，确保混凝土与钢护筒和钢板桩的粘结效果。清底整平完成后，即可浇筑封底混凝土。封底混凝土采用水下C25混凝土，水下混凝土应具有良好的工作性，封底厚度根据设计计算得出，满足安全要求。水下封底混凝土施工要求一次完成，避免冷缝形成断板。水下封底施工采用导管垂直灌注，总的顺序从下游侧向上游侧方向进行。封底前用测深锤从导管内测出导管下口与基坑底面的距离，控制在15～30cm范围。封底施工过程中要多点测量，时刻掌握封底混凝土的流动方向及高程，混凝土封底首批料开始后要连续作业，一气呵成。

4 钢板桩及围檩支撑拆除

根据施工工况分阶段进行，浇筑完成第一层承台混凝土后，在第二道支撑和围檩拆除前，先回填土至已浇筑第一层承台顶面往下约30cm距离并压实，然后浇筑20cm厚的混凝土圈梁，待圈梁混凝土达到一定强度完成受力体系转换后，拆除第二道支撑和围檩。每道支撑和围檩拆除前，均应先完成受力体系转换，如此循环施工至拆除全部支撑和围檩。

基坑回填、支撑和围檩拆除后，采用振动锤拔桩。利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔出。拔桩的顺序最好与打桩时相反。对拔桩后留下的桩孔，必须及时回填处理，可在钢板桩每拔高1m后暂停引拔，振动几分钟让土孔填实后再继续起拔，如此循环至完全拔出钢板桩。

5 结语

采用拉森钢板桩围堰支护技术，解决了因场地所限无法放坡开挖施工的深基坑支护问题。通过设计计算采用合理的支护结构方案，能保证基坑壁的稳定，同时有效减少水流渗透，为基坑内工程施工提供了良好的作业环境，能加快基坑内墩台施工进度，节省工期。在工程建设中，拉森钢板桩支护基坑技术具有一定的推广意义。

参考文献：

[1]韦世国.公路桥梁施工系列手册 墩台与基础（下篇）[M].北京：人民交通出版社，2014.

[2]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].