深基坑钢板桩支护施工方案设计研究

荐家鑫

中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司 辽宁大连 116033

1 工程概况

周瑜大道桥位于庐江县规划高铁新区，主桥桥型为独塔双索面斜拉桥（150m+60m+36m)，全长为531m，桥面宽度为41m，双向六车道，周瑜大道桥效果图如图1 所示。

图1 周瑜大道桥效果图

7# 主墩处基坑位于现在军二路（二级公路）上，交通量较大，整个修建过程临近20 局施工便道、规划20 局运渣通道、规划保通路（二级公路）。

2 技术难点

深基坑是指开挖深度超过5m 的基坑，或者施工周围的环境较为复杂但是开挖深度却不足5m 的基坑也按照深基坑来看待。

7# 主墩处基坑最大开挖深度为15m，其深度远大于5m，且周围的建筑物相对集中，基坑工程施工场地狭小，在这种情况下，即使基坑的变形很小，依然有较大的可能发生工程事故。因此，对于深基坑施工时的变形控制要求较高。基坑的施工与地质条件、场地环境等许多复杂因素有关，每一步骤出错，都有可能发生工程事故。因此，制定合理的施工方案、采取必要的监控措施是保证深基坑钢板桩支护工程顺利完成的基本要求。

3 施工流程

3.1 钢板桩围堰施工流程

该基坑位置侵占现有施工便道，且距离未来规划的交通路线，路基边坡坡脚线不足35m，距离规划运渣通道不足50m。为保证施工安全，决定使用钢板桩与放坡开挖组合施工的方案，既保证施工效率，也留有足够安全距离，且经济可控，钢板桩围堰施工流程图如图2 所示。

图2 钢板桩围堰施工流程

3.2 基坑围堰支护施工准备

平整桥墩原位场地作为钢板桩堆放与支撑加工场地，该工程所用钢板桩类型为拉森Ⅳ型钢板桩。用吊车配合电动振动锤施打或使用打桩机施打进行钢板桩围堰的施工。

3.3 钢板桩施工测量

桩位平面放线测量与围堰施工过程的监测，两者均为测量工作所需完成的部分。

3.4 钢板桩施工

3.4.1 放样与定位把施工区域的控制点标注好，经过复核检查没有误差之后，采取措施把该标记点保护好。

3.4.2 钢板桩打入

钢板桩的打入流程为：使用汽车吊将钢板桩送入桩锤的夹口，然后夹住钢板桩，采用打桩机夹住钢板桩，按控制线在地面插进第一根钢板后振动沉桩，检验围檩和钢板桩之间的间隔与垂直度，至此为止完成第一根桩的施打。第二根桩的打桩方法与第一根打法相同，位置对好第一根桩的锁口，使桩锤下降，靠桩自重与锤打压桩至地面，开动液压机振动沉桩，钢板桩施打完成。依照上述操作步骤，完成其他支护钢板桩与反拉钢板桩的施工。

3.4.3 钢板桩转角的处理

每一排的钢板桩墙的宽度和每一块钢板桩的宽度一般不是整数倍的关系，因此在打桩时，一般不会出现整数块的钢板桩数量，这时需要异形桩在转角处作为连接来补偿误差造成的剩余部分的宽度。

采用缩短施工时间的方法来减少打桩过程造成的误差，并且要对准位置再进行施工，要想保证端面相对距离，采取角部合拢打法，不影响墙内围檩支撑的安装的精确度，在转角处的轴线处做打桩过程累积误差的修正。

3.4.4 打桩方法

第一种打桩方法为从一个角开始插打，从开始到结束不停地插打，这样做的优点是施工速度快，施工方便简单；缺点是这样施工过程积累的误差较大且过后不容易修正，并且每一根桩的垂直度不易控制，因此，对于一些对精度要求不高的打桩施工工程可用此方法；第二种打桩方法为，设置一个导向架，固定15 根左右的钢板桩组成钢板桩墙，使其先插入土中一定的深度，然后先将板桩墙两端的两根钢板桩打入，在这里对首先打入的两根钢板桩的垂直度进行更加严格的监控与控制，再将其他的钢板桩以不同深度打入，这种方法可以有效的防止钢板桩的倾斜，有效的提高了施工的精度，并且对封闭与合拢起到更积极的影响，且对临近的钢板桩施工影响小，此方法被称为屏风法。

3.4.5 钢板桩引孔

当地质条件无法使用振动锤或者打桩机直接插打至拟定的标高时，需要使用引孔设备进行引孔，然后再插打至拟定的标高。拟采用螺旋引孔钻机进行施工，螺旋引孔钻机施工如图3 所示。

图3 螺旋引孔钻机施工

3.4.6 钢板桩的拔除施工

钢板桩的拔除施工，使用振动锤对钢板桩施加振动力，使其把振动传递给土体，破坏钢板桩与土体之间的粘结力和吸附的力，并在振动之后吊出。开挖段施工完成之后解除加固系与切割支撑的工作。采用振动锤拔出钢板桩之后，要把钢板桩及时运送出场地，并及时清除钢板桩上的土和杂质。需要调整平直形较大的钢板桩，及时运送完好的板桩出施工所在场地，在平整的场地上堆置。用振动锤再次复打一次钢板桩，这样做的目的是为了消除了土的粘附力，钢板桩的拔桩顺序与钢板桩施打的顺序恰好相反。

3.5 基坑清挖

基坑的清挖与基坑支护两个施工步骤的施工计划关联性较大，在制定两者的施工计划时需要同时进行施工方案的交底，基坑清挖与基坑支护；两者的施工顺序要根据实际的现场情况相互调整，两个施工步骤中重点的部分是内支撑的施工和底层位置处的施工。

采用挖机对围堰的土体进行清挖，清挖的位置尽量在桩间，控制标高的尽量平整，在基坑清挖的时候要时刻关注周围土体土质的情况，基坑清挖时，每层的高度约为1.5m，并且要保障围堰周围土体的土压力大小均匀。

3.6 降排及监控措施

在基坑顶部位置需要设置截水沟，截水沟沟宽由中间到集水井位置逐渐变宽，构成排水坡。实时监测加固开挖全程，实行加固该层围囹，并加固与钢板桩的连接，并展开对围囹的全面监测，待围堰内水全部抽干时，对封底混凝土顶面进行浮托监测。整个施工过程要严密监测围囹和钢板桩的位移和变形，当其位移与变形超过设计值立即停止施工，查明原因并对变形位置进行加固处理后继续施工。

4 监测监控措施

4.1 测点布置

控制检测点的水平间距小于20m，并且保障每侧监测点数量大于3 个。检测点同时检测水平位移与竖向位移，尽量将检测点设置在基坑坡顶处。

4.2 监测方法

对于监测方法则采用极坐标测量原理，将两个固定控制点设置在测点附近，分别用于设站和后视点。将测出的施工坐标求平均值，并且采用基坑开挖前所测数据作为初始值，通过分析两次测量的轴距数据可以发现：与上次轴距测量相比，产生了较小的位移；两次测量数据的差值为变化量，测量数据与开挖前数据的差值为累计变化量。

4.3 基坑顶部竖向位移监测

基坑顶部竖向位移的监测需要布置水准基点控制网，其原则为采用分级的方式，控制网包括起始水准基点与闭合水准基点进行布置，在首级控制网布设完毕之后，根据布设好的点，继续布设二级控制网，然后对要监测的点位进行高程的测量。根据首级控制网和二级控制网根据观测点位的实际分布情况，选择以附合路线或闭合路线方式布设。根据变形监测要求布设水准控制路线，具体而言，为站要固定、仪器要固定、人员要固定、观测路线也要固定，并且在布设的过程中要时刻注意测量仪器的位置并做出标记。

需要在基坑布置大于3 个基准点，并且需要保证点位不受施工过程的影响，同时深埋点位，并且位置便于引测；将工作基点布置在便于观测检测点的位置，并且在施工时间需要保证基准点与工作基站的正常运行。

4.4 监测频率

通过考虑基坑类型、地下工程与施工地点周边环境根据经验确定监测项目的监测频率，当监测值较为稳定时可以适当降低监测频率。

5 结语

从安全角度、技术角度、经济角度，对周瑜大道桥7#主墩处基坑开挖施工全过程的施工过程进行了观察与总结，综合考虑了场地的工程地质与水文地质条件、基坑开挖深度等因素的因素，制定的切实合理的施工方案，选择合适的支护结构形式，取得了良好的效果，总结的施工方法可为同类工程的施工提供参考。