关于川北软土地区近屋深基坑拉森钢板桩支护的应用

倪勃文 李锋涛 张震 王琦

（1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710075；2.西安中交环境工程有限公司，陕西西安 710064）

0.引言

游仙区乡村旅游环线及芙蓉溪整治项目为绵阳市乡村旅游示范区重点工程项目，项目涉及四个乡镇的老旧管网改造提升工程。

项目部分管网工程分布在场镇内部。场镇内道路大部分较狭窄，单侧或双侧分布较多的老旧居民房；沿道路两侧有电线杆分布，也存在大量既有雨污水管线和部分燃气、电力管道。场镇段管网施工过程中深基坑的开挖对两侧老旧建筑的安全性有一定影响，本项目通过采用一种加设横向内撑的拉森钢板桩的支护方式减少对土体的扰动，降低了工程造价，加快了施工速度，确保了基坑两侧建筑物的安全。为类似工程提供一定参考依据，具有一定的现实价值。

1.工程概况

1.1 施工条件

场镇内的深基坑均位于道路上，两侧民房较为密集，且房屋结构老旧，房屋基础埋深浅，所需开挖基坑距离房屋较近，如果处理不慎可能导致较大的危险事故发生。同时，由于房屋距离施工点位较近，基坑开挖过程中不具备放坡开挖的条件。因此项目场镇段管网工程基坑支护方案应尽可能减少开挖量，避免对土体造成较大扰动。因此减少对土体扰动，避免对老旧房屋造成损坏成为设计关键难点所在。

1.2 土壤指标

根据地质调查及钻孔揭露，拟建场地在勘探深度范围内地层岩性主要为第四系全新统（Q4al+pl）粉质黏土、粉土、黏土、粉细砂、卵石等，白垩系下统剑阁组（K1Jn）砂、泥岩互层等。计算各层土性见表1。

表1 土层信息

1.3 水文条件

场地内地表水主要为降雨期积水，一般规模不大，采用抽水设备可满足排水要求，对工程建设无影响。

据地形地貌、地层岩性及地下水赋存条件，区内地下水类型可分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。勘察期间，工程区除新桥镇、太平乡西北侧丘陵地貌段地下水位埋深较大，其余冲洪积平原地貌段（地下水多属松散岩类孔隙水）地下水位埋藏一般较浅，约0.5m～4.0m（根据钻孔及老乡自用水井揭示），局部低洼地段近地表，雨季地下水位会升高，因季节变化影响地下水位，地下水位变幅按±1.5m考虑。

勘察期间，钻孔揭示的地下水主要为松散岩类孔隙水，总体来说项目地下水位埋藏较浅，但水量较小，不会对工程造成过大影响，通过抽水设备可以满足工程要求。

2.结构设计计算

随着我国的工程建设的需要，各种土质的深基坑都已出现。再软土地区基坑工程中，单排支护结构已经普遍采用，但单拍支护结构的缺点是：顶部水平位移大、抗弯能力差。因此，对支护结构水平位移要求严格的工程中，单排桩支护结构就显得力不从心。[1]

由于两侧均距离房屋较近，无法进行放坡开挖，项目采用拉森钢板桩的设计方式[2]。如图1所示，在钢板桩打入的地面设置一道围檩，围檩采用HW300×300型钢，所用材料材质为A3钢。在钢板桩顶部以下1.5m处设置一排横向支撑，间距8m。横撑采用φ200钢管作为材料。

图1 双侧施作钢板桩支护结构断面图 （单位/m）

根据现场实际情况分析，以基坑平均深度3m～6m，现按开挖最深度6m，宽2m的基坑支护作为典型工况进行设计验算。

钢板桩选用拉森Ⅲ型钢板桩，每延长米截面矩W=1350cm3/m，[f]=215MPa，取基坑深H=6.0m，附加荷载q=20kN/m2，采用理正深基坑验算，通过验算不同设计满足基坑稳定的最小嵌入深度，确认增设横向支撑可以有效减少钢板桩的嵌固深度和沉降量。

2.1 支护桩设计内力沉降

有内撑的钢板桩支护及无内撑钢板桩分别在1m嵌入深度及1.7m嵌入深度的条件下满足各项规范[3-4]要求，其内力包络图对比见图2，沉降对比见图3。

图2 内力对比图

图3 沉降量对比图（单位/mm）

2.2 稳定计算

2.2.1 整体稳定性计算

采用瑞典条分法[5]，应力状态利用总应力法，条分法中的土条宽度:1.00m。下滑裂面数据如表2所示。

表2 整体稳定性计算结果

2.2.2 抗倾覆稳定性验算

Mp—被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。

Ma—主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

经计算有内撑的情况下最小安全Ks=19.773>=1.200，满足规范要求。无内撑情况下，最小安全Ks =1.207>=1.200，满足规范要求。

2.2.3 抗隆起验算

分别采用式（2）、（3）进行验算。在满足规范要求的情况下，无撑需要嵌入深度1.7m，有撑需要嵌入深度仅为1.0m。有撑工况安全系数为1.901>1.9，无撑工况为2.608>1.6。

2.3 设计方案比选

通过上述计算，可以确认拉森钢板桩支护在有无横向内撑时所需最小嵌入深度分别为1.0m、1.7m。因此可以确认在通过增加横向内撑可以有效减少拉森钢板桩的嵌入深度，同时可以使周边土体的沉降量大幅减小，有效减少对土体的扰动。同时，通过增加内撑可以减少钢板桩自身的长度，有效降低工程造价。

3.施工工法

3.1 钢板桩施工流程

项目区域内地下管线复杂，且距离房屋距离较近，采用液压震动锤施打，施打前一定要熟悉地下管线、构筑物的情况，认真放出准确的支护桩轴线。

考虑到钢板桩较长，在施打中，钢板桩容易向一边倾斜，由于倾斜误差积累不易纠正，难以控制钢板桩墙的平直度，所以钢板桩施工拟采用屏风式打入法。屏风式打入法不易使板桩发生屈曲、扭转、倾斜和墙面凹凸，打入精度高，易于实现封闭合拢。施工时，将10～20根钢板桩成排插入导架内，使它呈屏风状，然后再施打。如图4所示。

图4 钢板桩定位桩及导梁示意图 （单位/mm）

施工工序如下：钢板桩位置的定位放线—挖导梁沟槽及人工探管线—安装导斩梁—施打钢板桩—拆除导梁—挖土及装支撑—安装排水管道—回填沟槽—拔除钢板桩—修复路面。

3.2 施工要点

打桩前，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩，不合格者待修整后才可使用。在钢板桩的锁口内涂油脂，以方便打入拔出。

在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，采取拔起重打。一次打入的深度一般控制为0.5m～3.0m。钢板桩施打的公差标准如表2所示。

表2 钢管桩打设公差标准

3.3 钢管桩拔除

基坑回填后，要拔除钢板桩，以便重复使用。拔除钢板桩前，应仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间及土孔处理。否则，由于拔桩的振动影响，以及拔桩带土过多容易引起地面沉降和位移，给已施工的地下结构带来危害，并影响临近原有建筑物、构筑物或底下管线的安全。设法减少拔桩带土十分重要，采用灌水震实和夯实的措施。

4.结论

项目所在地位于川北农村地区，勘探范围内岩层结构以软土为主，施工区域两侧农舍较多，存在大量构造物。本文结合绵阳地区乡村场镇的现状，分析了软土地基近农舍深基坑开挖所需面临的问题。本次设计结合设计规范，通过理正软件验算，设计了一种带横向内撑的拉森钢板桩支护，该支护可以有效减少深基坑开挖对土体造成的扰动。

通过增设横向支撑可以有效减少拉森钢板桩嵌入深度，降低周围土体沉降量，减少对土体的扰动。同时有效减少了每延米拉森钢板桩的长度，有效解决了工程造价，有一定的经济效益。所建项目已完工，该方案在项目其他工程施工中也得到推广应用。