浅谈软土深基坑钢板桩支护设计与施工

陈强

摘 要：结合苏州宝明高温陶瓷工程基坑支护设计与施工，根据现场的地质条件及施工条件，讨论苏州地区软土深基坑支护体系采用钢板桩设计与施工的可行性，从而达到施工周期短、造价少和基坑支护安全的目的。

关键词：深基坑 钢板桩 卸荷 监测

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（a）-0071-02

1 工程概况

苏州宝明高温陶瓷工程设备基础设置在1#厂房S—V列内，其建设规模为两条静压机基础，国产设备基础构筑物尺寸7700 mm×52700 mm；进口设备基础构筑物尺寸17400 mm×11100 mm。国产设备基础分两步台阶，基础底标高为-3.800 m、-5.000 m；顶标高为-3.000 m、-4.200 m。进口设备基础分两步台阶，基础底标高为-2.300 m、-4.665 m；顶标高为-3.765 m、-1.500 m。基础底板厚度均为800 mm，墙板为350 mm，砼强度等级为C25，抗渗等级为P6。场地自然地面标高约为-0.700 m。本施工区域内桩基础较多，施工平面紧张，专业间穿插交叉作业，且临近雨季施工，需及早采取措施保证边坡稳定。

2 工程水文地质

经勘察查明，拟建场地勘探深度范围内的地基土为新生界第四系地层，属长江三角洲冲、湖积相。按其沉积环境、成因类型及其工程地质特性自上而下分为4个工程地质层。地下水稳定水位埋深0.50～0.70 m，设计和施工时地下水水位取1.50 m。

1）素填土层，灰褐色，松散，很湿～饱和，高压缩性。含植物根茎，以粘性土为主。上部存在少量碎石碎砖，分布不均匀。层厚0.60～1.30 m，层底标高0.87～1.82 m。该层本场地内均有分布。

2）粉质粘土层，灰、灰黄色，软塑，饱和，干强度中等，中等压缩性，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽。该层本场地内均有分布。

3）淤泥质粉质粘土层，灰色，流塑，饱和，干强度低，高压缩性，低韧性，摇振反应无，稍有光泽。有机质含量较高。向下强度逐渐增强。层厚0.80～14.90 m，层底标高-14.42～-0.51 m。该层本场地内均有分布。

4）粉质粘土层，灰色，可塑，饱和，干强度中等，中等压缩性，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽。局部粉性较大，见灰色团块。该层未钻穿，最大揭露厚度为10.30 m。该层本场地内均有分布。

3 基坑设计

3.1 基坑降水

挖土范围内所遇土层多为粘土层，根据地质报告，现场0.95 m为素填土。根据土质与基坑形状等实际情况，基坑采用明排水方式进行基坑降排水，基坑底边预留1000 mm工作面，四周做200 mm×300 mm集水沟排水，间隔50 m设置集水井，施工期间由潜水泵排水。

由于勘查报告未提供渗透系数，当地经验基坑开挖前首先进行抽水试验，确定渗透系数后再进行相关计算确定。一般所选用水泵的排水量为基坑涌水量的1.5～2.0倍。

由于基坑涌水量的未确定，水泵的选择在现场做完抽水试验，确定渗透系数后进行。最终实施排水效果良好，基坑底部干燥，满足要求。

3.2 基坑支护设计

由于没有场地限制，就近又有堆土场，从经济角度考虑整个基坑采用卸荷+钢板桩支护的形式，本工程设备基础主要有国产设备基础、进口设备基础。国产设备基础基坑尺寸为53 m×9.7 m（考虑1000 mm的工作面），坑底标高-5 m，局部-3.8 m，拟采用施工速度较快的4#拉森钢板桩+一道水平钢支撑的围护结构形式，卸荷1.2 m，坡度1：1，明排水。进口设备基础基坑尺寸为20.7 m×12.4 m，坑底标高-2.3 m，局部-4.665 m，拟采用1∶1的坡度进行放坡，明排水，局部采用施工速度较快的4#拉森钢板桩+一道水平钢支撑的围护结构形式。土方开挖主要采用机械开挖，人工配合挖土、清底。开挖中坚持“分层、分块、均衡、对称、先中间后两边”的原则，开挖过程中临时边坡放坡严格按规范进行。另在现场准备一些草袋、支撑，如基坑开挖后，基坑变形超过报警值，进行加固处理。

3.3 基坑支护计算

基坑开挖深度为4.4 m，采用4#拉森钢板桩+一道水平钢支撑的围护结构形式，桩长为12 m，桩顶标高为-1.9 m。以基坑1-1剖面为例，对钢板桩围护结构验算如下：计算时考虑地面超载20 kPa。

3.3.1 整体稳定验算

滑动圆心：（-0.15，-5.44）m，滑动半径：19.04 m，下滑力：735.6 kN/m，抗滑力：1235.0 kN/m

整体稳定安全系数：1.679，要求安全系数：1.30满足要求。

3.3.2 钢板桩截面抗弯强度计算

依据《钢结构设计规范》GB50017-2003方法

在主平面内受弯的实腹构件（考虑腹板屈曲后强度者参见本规范第4.4.1条），其抗弯强度应按下列规定计算：

Mx/（γxWnx）+My/（γyWny）≤f （4.1.1）

式中

Mx、My—同一截面处绕x轴和y轴的弯矩（对工字形截面：x轴为强轴，y轴为弱轴）；

Wnx、Wny—对x轴和y轴的净截面模量；

γx、γy—截面塑性发展系数；对工字形截面，γx=1.05，γy=1.20；对箱形截面，γx=γy=1.05；对其他截面，可按表5.2.1采用；

f—钢材的抗弯强度设计值。

当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于13（235/fy）1/2而不超过15（235/fy）1/2时，应取γx=1.0。fy为钢材牌号所指屈服点。对需要计算疲劳的梁，宜取γx=γy=1.0。endprint

1）计算参数：桩身最大计算弯矩：27.5 kN

2）计算结果

桩身受弯设计值为：34.4 kN，计算最大应力：110.5 MPa，抗弯强度：210.0 MPa满足要求。

4 基坑施工

4.1 钢板桩施工

1）必须预先摸清地下管线和其它障碍，并做好有效标志后才能施工。2）按定位尺寸挖好槽沟，安装好导向控制架，才能开始打桩。3）打桩机械选用1台挖机和1台机械手进场施工。4）钢板桩施工工艺流程：挖土机开槽至标高——钢板桩清泥除锈——安装导轨及限位——钢板桩涂黄油——钢板桩就位——打入钢板桩。5）须进行小咬口连接。6）钢板桩采用Ⅳ型拉森钢板桩，钢板桩的机械性能和尺寸应符合要求。钢板桩堆存、搬运、起吊时应防止由于自重而引起的变形与损坏。7）在打钢板桩的过程中，应随即检查其平面位置是否正确，桩身是否垂直，如发现倾斜（不论是前后倾斜或左右倾斜）应立即纠正或拔起重打。8）打桩顺序根据现场实际情况，按单边旋转的桩位顺序进行施工。9）钢板桩的施工精度，垂直度偏差H/100以内。10）基坑应先支撑后开挖，钢板桩施工完成，开挖设置围檩与支撑系统。11）钢围檩应安装在同一水平线上。钢围檩与钢板桩之间的间隙采用C20砼填筑，使每块钢板桩都能与钢围檩有良好的接触。12）经过计算拉森钢板桩支护，支撑体系采用@609*16水平内支撑，沿轴线方向间距5米设一道支撑，位置距钢板桩顶以下1米。内支撑与钢板桩之间连接处设置2H400x400型钢围檩，支撑一端采用活节另一端焊接固定。支撑利用活节调整预压力。13）土方开挖至基底应尽快施工垫层与底板，并同时设置底板与钢板桩之间的支承层（浇筑混凝土）紧抵钢板桩，不留任何间隙。14）水平施工缝留设位置为-3.1 m，设置侧壁与钢板桩之间的支承层（浇筑混凝土）紧抵钢板桩，不留任何间隙。待支承层及侧壁、底板达到设计强度的80%，进行换撑后方可拆除支撑系统。

4.2 基坑土方施工

土方开挖采用先撑后挖，分层开挖的原则。基坑深度范围基底土质一般为淤泥质粉质粘土层，采用一次性开挖到底，局部进行接力开挖。第一级挖土深度为1.5 m左右，选用1.0 m3的反铲挖掘机，第二级挖土深度为2.5 m左右，选用0.8 m3的反铲挖掘机，坡比为1∶1。基坑底边预留1000 mm工作面，四周做集水沟排水，施工期间由潜水泵排水。土方机械开挖必须留设200～300 mm的土层，杜绝超挖，然后用人工清到设计标高。对于超挖部分及松软地基应及时处理，处理方法是用碎石充填，并作好隐蔽记录。土方开挖施工中不得碰撞已经搭设好的钢板桩支撑，保证支撑受力稳定。

4.3 施工监测

由于施工场地开阔，基坑周围除已施工的基桩和柱基外，无其它建（构）筑物和地下管线，本基坑的监测内容为边坡土体水平位移（测斜）；边坡顶水平位移；边坡顶垂直位移（沉降）；围护体（钢板桩）顶水平位移；围护体（钢板桩）顶垂直位移（沉降）；地下水位；坑底隆起；支撑轴力测试；柱基沉降；柱基水平位移。

从监测结果来看，本基坑的支护体系是安全可靠的。各项数据均未到达报警值。（监测数据略）

5 体会与建议

本基坑采用4#拉森钢板桩+一道水平钢支撑的支护体系，外加卸荷及明排水，实践证明是可行的。相对其它支护形式，钢板桩可回收，具有较好的经济价值。本基坑采用的支护方法较搅拌桩、灌注桩、SMW工法，较大地减少了造价，缩短了施工工期。支护体系设计中，除了对土压力、桩身应力变形仔细计算外，还要对抗倾覆、抗滑移、整体稳定性、基底隆起、抗管涌进行验算，确保基坑设计安全。

参考文献

[1] 建筑基坑支护技术规程.JGJ120-99[S].

[2] 基坑工程设计规程.DBJ08-61-97[S].

[3] 地基基础设计规范.DGJ08-11-1999[S].

[4] 钢结构设计规范.GB50017-2003[S].endprint