粤西沿海地区钢板桩围护结构应用研究

吴晓辉 WU Xiao-hui；王愈飞 WANG Yu-fei；王彪 WANG Biao；李杰 LI Jie

（陕西建工集团股份有限公司，西安 710000）

0 引言

随着社会的进步和科技的发展，城市中施工的地上空间越来越小，而地下施工却越来越多、越来越深，基坑支护也就愈发重要。基坑支护的方案、方法繁多，如放坡、水泥挡土墙支护、地下连续墙支护，喷锚支护、钢板桩支护等。本文以粤西茂名地区某沿海项目基坑支护与降水工程为例，探究在地下水位埋深浅、淤泥质粘土和淤泥质砂土较厚的临海地带，简易钢板桩的稳定性和抗渗性，进而分析钢板桩围护结构在粤西沿海地区的适用性，为类似工程项目提供必要的参考和借鉴。

1 项目概况

1.1 项目概述

本工程位于茂名市电白区歌美海西岸，处于歌美海西路、规划一路、智城五路和规划路的围合之中，原始地貌为临海鱼塘虾池，西高东低。因规划一路和歌美海西路修建过程有填方路基，形成下洼，类似一个大鱼塘。

1.2 基坑周边情况

拟建场地周边环境条件较复杂。歌美海西路、规划一路和智城五路三面半围合，东侧邻近歌美海西路，高程4.5-5.5m，南侧为池塘等，北侧距市政道路约5.0m，高程5-6m，西侧距市政道路约4.0m，高程6.5m，道路路面下存在有给水、电力及通信管道，基坑内开挖前高程2.5-3.8m，基坑内杂填土厚0.5-1m，淤泥、淤泥质土厚度为1.1-1.9m，基坑范围内局部沙层，层厚0.5-2m，地下水位高程0.5m 左右。基坑东西长213m，南北长230m，面积为30500m2。

1.3 地形、地貌及地下水

拟建场地原地地貌单元属滨海相堆积单元，地势总体较平坦，大体上呈北高南低走势，场地地下水主要为潜水，地下水位埋深为0.20-4.20m，地下水泄流是地下水分散排入海水等地表水体；蒸发排泄主要是潜水土面蒸发。

1.4 主要地层划分及其物理力学性质

根据现场勘察结果，该区域主要地层划分从上至下依次为：素填土、淤泥质粘土、砂质黏性土、强风化花岗岩、中等风化花岗岩，具体物理力学性质如表1 所示。

表1 主要地层划分及其物理力学性质

2 支护方案设计

根据施工设计图纸及现场实际勘察结果，拟建高层住宅及多层住宅下设一层整体地下室，地下室深度为4.5m，基坑开挖深度为5.0m，基坑侧壁揭露地层分别为素填土、淤泥质粘土、粗砂、砂质黏性土，根据本工程基坑情况和基坑周边环境条件，本基坑支护工程安全等级按三级考虑。

根据现场布置，拟建场地北侧、西侧邻近市政道路，可采用桩锚支护，由于建筑外边线距离市政道路具有足够的施工作业距离，适合采用放坡后锚喷支护。东侧邻近歌美海，且场地东侧布置有办公区域，为保证快速施工及具有良好的止水效果，可采用钢板桩支护，南侧无建筑物且宽阔，有放坡空间，可采用放坡方式。基坑支护经专业设计单位设计后进行施工。

钢板桩支护设计图纸如图1，图2 所示。

图1 钢板桩支护结构示意图（基坑东侧）

图2 钢板桩支护结构示意图（基坑北侧）

3 钢板桩施工

3.1 钢板桩施工工艺流程

放线定位→钢板桩准备→围檩支架安装→钢板桩打设→偏差纠正→拔桩。

3.2 钢板桩施工的一般要求

①钢板桩的位置设计符合图纸设计要求，便于基础施工，需在基础最突出的边缘外留有施工作业面。

②基坑钢板桩的平面布置形状应平直整齐，避免不规则的转角，以便标准钢板桩的利用和支撑是指，各周边尺寸尽量符合钢板桩模数。

③整个基础施工期间，在挖土、吊运、浇筑混凝土等施工作业中，严禁碰撞刚板桩，禁止任意拆除支撑，禁止在支撑上任意切割、电焊，也不应在支撑上搁置重物。

④拉森钢板桩需密扣且保证开挖后入土不小于2m，保证钢板桩顺利合拢，特别是转角处要使用转角钢板桩，若没有此类桩，需做塞缝处理。

⑤钢板桩施工完毕后，及时进行桩体的闭水性检查，对漏水处进行焊接修补，每天派专人进行检查。

3.3 钢板桩施工监测

监测的目的主要为：通过现场量测，及时掌握围岩和支护结构在施工过程中基坑位移、沉降及地下水位的动态变化，判断支护的稳定程度，确保施工安全，为评判和修正初期支护参数，确定施工工艺提供主要依据。

本工程基坑支护安全等级为一级，基坑最大水平位移不允许超过30mm，位移预警值为25mm，土方开挖时每三天观测一次，地下室底板施工完成后每五天观测一次，遇大雨后加密监测，并进行24h 动态监测。

4 钢板桩稳定性及渗透性计算

4.1 计算参数

基本计算参数如表2 所示。

表2 基本计算参数

荷载参数如表3 所示。

表3 荷载计算参数

4.2 嵌固稳定性验算

土压力分布示意图如图3 所示。

图3 土压力分布图

嵌固稳定性验算公式如式（1）所示。

其中，Epk——被动土压力合力；

Eak——主动土压力合力；

aal——主动土压力合力作用点；

apl——被动土压力合理作用点。

求得，Epkapl/（Eakaal）=1.509≥Ke=1.2，满足要求。

4.3 整体滑动稳定性验算

整体滑动稳定性计算公式如（2）所示。

其中，bj——第j 土条的宽度（m）；兹j——第j 土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角（°）；lj——第j 土条的滑弧段长度（m），取lj＝bj/cos兹j；qj——作用在第j 土条上的附加分布荷载标准值（kPa）；驻Gj——第j 土条的自重（kN），按天然重度计算；uj——第j 土条在滑弧面上的孔隙水压力（kPa），采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取uj＝γwhwaj，在基坑内侧，可取uj＝γwhwpj；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取uj＝0；γw——地下水重度（kN/m3）；hwaj——基坑外侧第j 土条滑弧面中点的压力水头（m）；hwpj——基坑内侧第j 土条滑弧面中点的压力水头（m）。

计算简图如图4 所示。

图4 圆弧滑动条分法示意图

计算求得min{ Ks1，Ks2，…，Ksi，…}=1.829≥Ks=1.3，整体滑动稳定性满足设计要求。

4.4 渗透稳定性验算

在承压水作用下，基坑底部突涌稳定性验算公式如下。

计算简图如图5 所示。

图5 渗透稳定性计算简图

计算得出Dγ/（hwγw）=1.449≥Kh=1.1，满足设计要求。

5 结论

本项目临近大海，在基坑开挖及施工过程中并未出现渗透、塌方、倾斜以及位移过大现象，仅基坑上部部分区域在雨后出现轻微裂缝，经混凝土硬化后正常使用。由此可以得到以下几条结论：①钢板桩在沿海地区具有较好的适用性，能够在一定的程度缩短建设周期、减少放坡开挖、节约工程成本。②钢板桩支护具有良好的隔水性能，但需在施工过程中保证将每个锁口锁死，同时基坑顶部要做好疏水措施。③钢板桩因自身具有较高的刚度及强度，因此在基坑深度开挖不大的情况下，具有良好的稳定性。