钢板桩在基坑支护中的应用

骆树勇

(1.山东省鲁南地质工程勘察院,山东济宁 272100;2.山东省华鲁工程总公司,山东济宁 272100)

0 引言

随着社会的进步和科技的发展,城市中建筑施工的地上施工空间越来越小,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。本文以济宁四和供热有限公司热源替换项目嘉祥段呈祥大道顶管工作井基坑支护与降水工程为例,介绍了钢板桩在基坑支护施工中的应用。

1 工程概况

1.1 项目概述

本工程为济宁四和供热有限公司热源替换项目嘉祥段呈祥大道顶管工作井基坑支护与降水工程,工程管道部分采用明挖直埋方式,其中需要穿越路口,需采用顶管施工工艺。

1.2 基坑周边环境

工作井、接收井选址为呈祥大道和嘉宾路交口处,工作井在呈祥大道北侧,接收井在呈祥大道南侧,两井均在嘉宾路的东侧,周边有地下管线设施,两条路均通行,车辆、人员较多,环境较为复杂。

1.3 地形、地貌及地下水

该场区总体上地形平坦,地貌类型单一,为河流冲洪积平原。根据区域地质资料可知,场区内及附近无活动断裂构造、采空区、滑坡、泥石流等不良地质作用,属稳定场地。

根据勘察报告,目前水位埋深约为5.5 m,水位标高30.20～33.50 m。

1.4 主要地层划分及其物理力学性质

场区土层主要为第四系冲洪积堆积物,依据钻探揭露和野外勘察资料,可将场区土层划分为7层,自上而下的揭露顺序及土层描述详见表1。

表1 土层描述Table 1 Description of soil layer

2 基坑设计方案

2.1 施工附加荷载控制

临近基坑坡顶(一般为基坑两倍开挖深度范围内)应严格控制施工荷载,基坑顶边以外2 m 内严禁堆载,实际荷载不应超过设计限定值40 kPa。

2.2 坡顶硬化

基坑坡顶地面应结合土建施工要求进行硬化,并设置截水砖墙及坑顶排水沟,以防止基坑外地表水排入基坑。

2.3 基坑开挖深度

本次设计基坑拟开挖深度约为9.9 m。

2.4 基坑安全等级与使用期限

本工程基坑侧壁安全等级均划分为二级,基坑设计使用期限为该基坑支护完成之日起12个月。

2.5 支护结构方案选型

方案一,钻孔灌注桩+水泥搅拌桩止水帷幕。基坑边长约34 m,直径600 mm 灌注桩桩长15 m,约需要29根,直径500 mm 水泥搅拌桩约需要227根。灌注桩造价1500元/m3,需要约20万元;水泥搅拌桩造价80元/m,需要约28万元,总计需要约48万元。施工需要10 d,凝固期需要28 d,开挖需要3 d,周期需要42 d。

方案二,钢板桩+围檩支撑。基坑边长34 m,拉森钢板桩宽0.4 m,需要钢板桩85根,拉森钢板桩租赁费1500元/吨,单位质量75 kg/m,需要约15万元;围檩支撑需要26 t,租赁费1500元/吨,约3.9万元,总计需要18.9万元。施工加开挖需要20 d。

由于工期紧任务重,本着经济、合理、安全可靠的原则,根据基坑开挖深度,结合基坑周边环境,设计采用钢板桩、内支撑支护形式。基坑长9.0 m,宽8.0 m,深9.9 m,选用钢板桩每根长15 m,埋深5.8 m,单位质量75 kg/m,截面模量W=2200 cm3,详见表2。

表2 钢板桩描述Table 2 Description of steel sheet pile

钢板桩施工顺序为:施工钢板桩,而后分层开挖,开挖第一皮至2.3 m 做第一道围檩支撑,开挖第二皮至5.8 m 处,进行第二道围檩支撑,开挖第三皮土体至基坑底部。回填时反之,回填至6 m 处时拆除第二道围檩,回填至3 m 处时拆除第一道围檩,拔除钢板桩至结束,见表3。

表3 钢板桩施工顺序Table 3 Construction sequence of steel sheet pile

3 施工准备

(1)熟悉图纸设计要求及规范要求。

(2)材料进场,查看钢板桩的外观情况,检查是否有表面缺陷以及长度、宽度、高度、厚度平直度和锁口形状等。如有变形,需要整平,锁口位置要清理干净并涂抹润滑脂。

(3)进场ZX490LCH 打拔桩机一台,打拔桩机通过高频振动桩体,导致桩体周围土质结构因振动发生变化,强度降低,并使周围土质液化,从而减少桩体与土层的摩擦阻力,然后靠桩机给向下的荷载与桩体自重将其沉入土中。打拔桩机移动灵活就位方便,施工稳定效率高。

4 钢板桩施工

主要施工流程:基线确定→桩定位→施工钢板桩→顶管施工→拔除钢板桩。

4.1 基线确定及桩定位

施工员定出轴线,并留出足够的施工面。做出钢板桩的位置,洒出灰线或挂好施工线。

4.2 施工钢板桩

使用打拔机吊起一根桩,沿施工线把桩打入至设计深度后,再打入下一根,直至整个基坑结束。在基坑转角处需要打入角桩,做好连接,避免发生漏水现象。

若施工中打桩困难,可以先进行引孔,即使用螺旋钻先在桩位上把土掏出,然后再施工钢板桩。

全部钢板桩施工完毕后,开挖第一皮土体,结束后,施焊牛腿,把围檩架设在牛腿上,并施焊牢固,然后在施焊斜撑;全部结束后,在挖第二皮土体,然后焊牛腿、斜撑;开挖第三皮土体,直至基坑全部开挖。施工垫层、阀板、做后背墙、前墙、留顶管口(图1)。

图1 基坑施工后Fig.1 Foundation pit after construction

4.3 钢板桩的拔除

基坑回填后,需要拔除钢板桩,进行回收工作。在拔除时,打拔机先夹住钢板桩振动1～2 min,然后缓慢拔出,如果无法顺利拔出,可以先向下打入一段,再向上拔起,重复几次基本可以拔出钢板桩。在拔出钢板桩后,留下的空洞需要使用中粗砂进行回填,以防出现坍塌,危及管道安全。

5 结语

采用钢板桩支护,施工噪音小,扬尘高度低,扬尘量少,对周边环境影响较小,适合于周边为商住楼的环境施工。钢板桩施工简单,施工速度快,利于控制质量和工期。钢板桩可以进行租赁使用,能够节省资源和工程费用。通过此次施工案例可见,钢板桩进行支护是成功的,具有显著的经济效益,是一种值得推广应用的支护方法。