拉森钢板桩在海港深基坑支护中的应用

曾丹丹 赵侃

作者简介：曾丹丹（1987—），高级工程师，研究方向：水工混凝土结构、水文地质等。

针对改扩建项目工期紧、施工场地受限的问题，文章以钦州港勒沟作业区雨污水扩容改造工程沉淀池基坑开挖为例，进行了明挖方案与钢板桩支护方案的对比分析。结果表明：拉森钢板桩施工工序简单，大量减少取土量，周转性好，能够重复多次利用，能最大限度降低对周边环境的影响。经实际应用及监测，该工程邻近道路、建构筑物无裂缝与沉陷。

深基坑支护；钢板桩；结构设计；监测

U655.54A612123

0 引言

拉森钢板桩是目前应用广泛的基坑新型支护结构，较传统基坑支护形式，其具有工艺简单、防水性能好、可周转性强、成本低、环保性好、工期短等优点，被广泛地用于深基坑支护工程中［1-3］。

为此，本文以钦州港勒沟作业区雨污水扩容改造工程沉淀池基坑开挖为案例，介绍了海港工程中拉森钢板桩支护设计方案及施工要求，为类似海港工程中的深基坑支护提供借鉴。

1 工程概况

钦州港勒沟作业区7#泊位码头前沿堆场区域已建有一座污水沉淀池，规格为B×L×H=17 m×10 m×3.5 m，有效容积为255 m3；8#泊位前沿堆场区域已建污水沉淀池规格为B×L×H=24 m×12 m×3.0 m，有效容积为432 m3。已建沉淀池的容积无法满足《水运工程环境保护设计规范》的要求［4］，需在7#、8#泊位后方分别新建一座有效容积约为3 500 m3的污水沉淀池。新建沉淀池紧邻已建港内道路，距离码头前沿35 m，平面尺寸为40 m×30 m，净深为3.7～3.9 m，底板厚1.2 m，底板下设0.1 m厚C20混凝土垫层和0.5 m厚渣石垫层，基础持力层为中粗砂，厚度约为10～15 m。新建沉淀池平面布置见图1。

2 基坑支护型式设计

2.1 基坑支护要求

基坑支护设计、施工与开挖应综合考虑地质条件、基坑周边环境和工期安排等因素，因地制宜、合理选型、严格监控［5］。对于场地开阔、建筑物稀少的环境，宜优先采用明挖施工；当条件困难、明挖施工对周边环境影响大时，宜通过桩基、土钉墙等支护形式进行基坑施工。

2.2 基坑边界条件

新建沉淀池紧邻已建港内道路，距离港内道路最近处约为3 m，港内道路宽15 m；701堆场、802堆场目前堆有少量煤炭，距离沉淀池顶约8 m。沉淀池处地质以中粗砂为主，中粗砂层厚15～20 m，承载力为150～180 kPa，内摩擦角为30°。

2.3 基坑开挖方案研究

由于基坑最大深度约为6.5 m，结合周边环境、工期安排和作业区运营要求等因素，该项目提出了桩基支护方案与明挖方案。

2.3.1 方案A：桩基支护方案

该方案中的支护结构主要包括拉森钢板桩、钢围檩、钢梁、钢立柱。其中钢板桩采用拉森Ⅳ型钢板桩，围檩、斜撑梁、水平支撑梁、立柱均采用H400型钢。共设置1层支撑，支撑标高为-1.50 m。支护结构如图2、图3所示。

2.3.2 方案B：明挖方案

明挖开挖坡比为1∶2，放坡后坡口线距离前沿约22 m，占港内道路10 m，港内道路由原设计15 m缩窄为5 m。

2.3.3 基坑开挖方案综合比较

对以上两个方案中的不同设计内容进行对比分析，主要比较内容见表1。

2.3.4 方案选择

从表1可知，方案B在工程费用、基坑支护工期、主要投入设备方面均明显优于方案A，但由于方案B采用明挖的方式，不可避免地占用了港内道路，对港区运营造

成了较大影响。方案B对港内道路的占用，将大大增加货物的运距，增加货物转运时间，经业主测算，占用港内道路45 d将导致增加运营成本约150万元。因此，结合项目运营要求，最终选择了对港区运营影响小的方案A。

2.4 钢板桩结构设计

根据项目所在地的环境特点和地质情况，综合考虑钢板桩的特性和施工方法等，最终选用拉森Ⅳ型钢板桩对基坑进行支护，其主要技术参数为：型号（宽度W×高度H×厚度t）=400 mm×170 mm×15.5 mm，截面面积为96.99 cm2，理论重量g=190.4 kg/m，惯性矩I=38 600 cm4。

基坑开挖至设计底标高的同时坑内抽水完成，此时基坑内外最大水头差为3.5 m，同时考虑堆场及港内道路等效均布堆载为20 kPa，此工况为最危险工况。通过理正深基坑结构设计软件对支护结构进行整体建模并分析计算，支护结构安全等级为二级，钢板桩最大弯矩为172.6 kN·m，每米钢板桩截面模量为W=2 270×10-6m3，最大弯曲应力为76 MPa，小于允许弯曲应力215 MPa，钢板桩强度满足要求。H400型钢围檩最大弯矩为59.97 kN·m，截面抵抗矩W=1 120×10-6m3，最大弯曲应力为54 MPa，小于允许弯曲应力215 MPa，钢围檩强度满足要求。内支撑最大轴力为382.1 kN，推算最大应力为17 MPa，满足要求。钢板桩弯矩变化情况详见图4，围檩弯矩变化情况详见图5，内支撑轴力变化情况详见图6。

2.5 钢板桩施工要求

打桩前，应对钢板桩逐根进行检查，剔除连接锁扣处锈蚀严重或变形严重的钢板桩，待修整合格后方可使用。同时，为方便钢板桩的打入、拔出，可在钢板桩的锁口内涂抹油脂。该项目采用振动锤插打施工。振桩前，振动锤的桩夹应夹紧钢板桩的上端，并使振动锤与钢板桩的重心保持在同一直线上。待钢板桩稳定、位置正确并垂直后，再进行振动使其下沉。振动过程中，钢板桩每下沉1～2 m，停止振动，并检测桩的垂直度。若发现偏差应及时纠正，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，必须拔起重打。

基坑开挖应进行分层开挖施工，且最大开挖厚度≤1 m，开挖深度应保持均匀，防止造成土体的横向挤压，从而使钢板桩的受力不均。为确保钢板桩不受碰撞，钢板桩周边土体采用人工开挖，挖土机不可紧贴钢板桩挖土。当基坑开挖深度至钢围檩的设计底标高时，方可进行钢围檩的安装。钢围檩沿着钢板桩墙进行全场设置，并形成闭环。待钢围檩完成安装及固定后，再进行支撑梁的施工安装。同时，为保障内支撑与钢围檩的整体受力良好，在内支撑与钢围檩的连接处设置了限位加劲板，从而起到了增加受力的作用。当钢围檩与钢板桩之间存在间隙时，为了避免出现局部应力集中，可在钢围檩与钢板桩缝隙处另行支垫钢板，从而确保受力均匀。

基坑开挖完成后，在低潮位时利用5台20 kW的水泵对基坑进行抽排水，抽排完毕后进行沉淀池结构的浇筑施工。待沉淀池侧壁浇筑至-2.00 m高程且达到设计强度90%后可依次拆除内撑、围檩。结构浇筑完成、基坑回填后，采用振动锤拔桩。拔桩起点应离脚桩5根以上，拔桩顺序宜与打桩顺序相反，对拔桩后留下的桩孔，必须及时进行回填处理，可以在钢板桩每拔高1 m后暂停引拔，待振动几分钟，土孔填实后再继续起拔，如此循环直至完全拔出钢板桩。

2.6 基坑监测

施工过程中，采用水准仪、经纬仪对基坑坡顶水平位移、坡顶沉降、地表裂缝、地面沉降、邻近建构筑物进行监测［6］。经数据统计，水平位移单次变化量一般在1～2 mm，最大单次变化量为4 mm，累计最大水平位移为16 mm；竖向位移单次变化量一般在0～1 mm，最大单次变化量为2 mm，累计最大竖向位移为12 mm。施工过程中，邻近道路、建构筑物无裂缝与沉陷。

3 结语

（1）对于新建港口工程项目，地埋式沉淀池基坑一般采用明挖方式，其施工快、造价低、安全性相对较高。但对于改建项目，由于场地受限，利用钢板桩进行基坑的支护能最大限度降低对周边环境的影响，更符合港区运营要求。

（2）钢板桩支护施工工序简单，质量控制效果好，极大减少了取土量，环保性好，现场整洁度较高。同时钢板桩周转性好，能够重复多次利用。

（3）基坑监测数据表明，对于深度为6 m的中粗砂层基坑，通过拉森Ⅳ型钢板桩的支护型式，能有效保证现场施工安全，对类似项目具有一定的借鉴意义。

参考文献

［1］黄文武.深基坑拉森钢板桩支护设计与施工技术分析［J］.西部交通科技，2020（5）：115-117.

［2］肖 亮.五峰山长江大桥4#墩围堰施工工艺和力学性能研究［D］.武汉：湖北工业大学，2018.

［3］许 鑫，王同民.宜昌香溪河大桥4号桥塔墩钢围堰封底技术［J］.桥梁建设，2018（2）：105-110.

［4］JTS 149-2018，水运工程环境保护设计规范［S］.

［5］JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］.

［6］边宏昊，赵春凤.复杂地质工况下明挖基坑施工技术分析［J］.天津建设科技设，2022（6）：41-43.