拉森钢板桩在富水砂层深基坑支护中的应用

邓 敏，刘 勇

(1.湖北地矿建设勘察有限公司，湖北 武汉 430072；2.武汉地质勘察基础工程有限公司海南分公司，海南 海口 570100)

1 工程概况

某新建泵站截污工程，线路长约330 m，其中1处污水提升泵站、6处污水检查井和40 m污水管道涉及基坑开挖支护。该项目位于某省会城市，截污工程沿线穿越两条现状道路，周边地下管线丰富，附近分布有地铁站点、高架桥及广场。

工程场平标高23.1 m，泵站底板标高13.5 m，开挖深度9.6 m，平面尺寸6.5 m×6.5 m；检查井底板标高16.9 m，开挖深度6.2 m，平面尺寸3.9 m×3.9 m；管道基础标高18.9 m，开挖深度4.2 m，长40 m，宽2.8 m。

2 工程水文地质

工程沿线场地地貌单元属长江冲积一级阶地，地势起伏小，场地地层自上而下划分为三个单元层。

1)杂填土(Qml)，杂色，稍湿～饱和，土质不均，由一般黏性土和碎石、块石等混合构成，硬物质含量约20%～30%，结构松散杂乱，堆积年限少于10年。场地跨越两条现状道路，部分位置表面覆盖有1层30 cm沥青及混凝土面层。

根据埋藏条件和含水层性质分析，地下水主要表现为上层滞水和孔隙承压水。上层滞水主要赋存于1)杂填土中，水量有限且分布不连续，依靠大气降水及地表散水垂直下渗补给，对本工程建设有一定影响。孔隙承压水主要赋存于2)黏性土、砂土过渡层及3)粉砂层，水量较丰富；承压水水位受长江水位影响较大，据地下水长期观测资料，承压水头标高在17～21 m左右。

3 基坑支护方案比选

3.1 工程特性

1)泵站基坑和检查井基坑平面为正方形，管道基坑平面为长条形，局部存在转角；基坑开挖深度4.2～9.6 m，支护面积15.21～112 m2；总体而言基坑规模小，局部挖深较大。

2)工程沿线穿越两条现状道路，地下管线丰富，且附近分布有地铁站点、高架桥及广场，周边环境较复杂。

3)基坑侧壁地层工程性质一般，且地下水对基坑开挖影响大，基坑侧壁地层物理力学参数建议值见表1。

表1 基坑侧壁地层物理力学参数

综合确定泵站基坑重要性等级[1]为二级，检查井及管道基坑重要性等级为三级。

3.2 方案比选[2]

1)桩撑支护。检查井和管道基坑采用钻孔灌注桩支护，泵站基坑采用钻孔灌注桩+混凝土内支撑支护。优点：支护刚度大，边坡变形小，可有效保护基坑周边建筑物和地下管线安全。缺点：钻孔灌注桩和混凝土内支撑施工、养护周期相对较长，且工程造价较高。

2)双排桩支护。检查井和管道基坑采用钻孔灌注桩支护，泵站基坑采用双排钻孔灌注桩支护。优点：门架式支护结构，刚度大变形小，且利于坑内土方挖运和基础施工。缺点：需要较大施工空间，工程造价高。

3)钢板桩钢撑支护。泵站和检查井等方形基坑采用拉森钢板桩[3]+角撑支护，管道狭长基坑采用拉森钢板桩+对撑支护。优点：可快速施工，工程造价低。缺点：柔性支护结构刚度有限，抵抗变形能力不强。

该项目基坑开挖施工过程中，还需进行地下水止水和降水处理。桩撑和双排桩方案均需在桩后或桩间布置止水帷幕进行隔水，但钢板桩方案不需要。

根据以上分析，从工程安全、施工可行性、造价投资等方面综合考虑，不难判断钢板桩钢撑方案更胜一筹。

4 钢板桩支护设计

拉森钢板桩均采用FSP-Ⅳ型，壁厚为15.5 mm，单片截面面积96.99 cm2，惯性矩4 670 cm4，截面模量362 cm3；每延米截面面积242.5 cm2，惯性矩38 600 cm4，截面模量2 270 cm3。设计泵站基坑采用长15 m拉森钢板桩+三道角撑支护，桩顶卸土1.5 m高，坡比1∶1，坡面采用挂网喷混凝土支护，平台宽2 m；检查井基坑采用长12 m拉森钢板桩+两道角撑支护；管道基坑采用长12 m拉森钢板桩+一道对撑支护。基坑支护设计计算采用天汉(V2015)软件，钢板桩桩身最大弯矩、剪力、位移及最小被动区弹性抗力安全系数[1]等计算参数统计结果见表2。

表2 钢板桩计算参数结果统计

围檩、支撑选用两根25b工字钢双拼组成，中心距20 cm，截面面积A=107.08 cm2，截面惯性矩Ix=10560 cm4，Iy=11326 cm4，截面抵抗矩Wx=846 cm3，Wy=712.327 cm3，截面半面积矩Sx=495.8 cm3，Sy=535.4 cm3。

钢支撑体系内力计算结果见表3。

表3 钢支撑体系内力计算结果统计

根据计算结果进行钢板桩钢撑结构强度验算。

钢板桩强度验算：

钢围檩强度验算：

钢支撑强度验算：

各项设计指标均满足相关规范要求。

5 结 语

本文结合富水砂层小型深基坑工程实例，阐述钢板桩结合钢撑支护方案，不仅能节约工程造价投资，还能有效缩短施工工期，具有良好的经济效益。目前在国内，钢板桩多用于开挖深度10 m以内的中小型基坑，资料显示，国外已有钢板桩用于开挖深度20 m的深基坑工程实例，由此可见钢板桩具有广阔的市场前景，对其施工工艺、技术的深入研究，将有助于其进一步推广使用。

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