钢板桩在砂土地层深基坑开挖支护中的应用与分析

李海龙

（辽宁地质工程勘察施工集团有限责任公司，沈阳110032）

1 引言

基坑支护的方式十分多样，在施工过程中选取安全可靠、经济适用的支护方式尤为重要。基坑支护工程大多为临时施工项目，钢板桩支护在沿海地区软弱地层应用比较广泛。根据基坑特点可结合锚索或内支撑形成支护体系，基坑回填后可将其拔出回收，它适用于淤泥质土、粉质黏土、粉土、细砂、中砂层。本文结合具体案例介绍钢板桩支护方式在中粗砂地层的施工特点及其注意事项，通过支护效果分析其施工可行性和适用性，为类似工程施工提供参考和借鉴。

2 工程概况

本工程为已建厂房，厂房为钢结构，施工完成后拟安装设备基础，设备基础规格为32m×12m，埋深为5.6m，设备基础边线距离厂房的独立基础较近，最近距离仅1.2m。为保证已建厂房的安全，需在设备基础开挖过程中做好防护措施。场地工程地质条件如下：自然地面以下0～2m为粉质黏土，2～4m以下为中密状态的细砂层，4m以下为中密至密实状态的中粗砂层。地下水为潜水，水位埋深约为4m。

显而易见，这是一个规模较小却极为复杂的基坑支护工程。本工程重点及难点如下：（1）场地空间狭小，厂房已经封顶，举架约18m，支护边线紧靠独立基础；（2）开挖范围土层主要为粉细砂，容易产生流沙；（3）地下水位高，需要进行降水处理；（4）变形控制极为严苛，需要确保已经完成设施的安全，严禁引起过大变形；（5）工期紧张，设备基础需要快速施工，安装设备。

3 基坑支护方案设计与分析

针对这些技术难点采取应对措施，场地狭小不能采用大的施工设备，粉细砂地层应处理好流沙，防止桩间土流失。综合比对，最终选定的支护方案为：钢板桩结合预应力锚索的支护方式，基坑内设置降水井。钢板桩的桩长9m，设置1排水预应力锚索，基坑内设置6眼管井，如图1所示。

图1 支护结构图

4施工方案

整体施工流程：施工准备—钢板桩施工（降水井施工）—土方开挖—锚索施工—降水—土方开挖。

4.1 准备工作

准备工作包括：（1）由建设单位提供打桩的施工作业面，保证无地下管线及障碍物，场地平整压实，保证桩机设备安全运行；（2）根据现场轴线关系将基坑位置定位；（3）基坑监测前期准备：设置3处基准点，并在基坑周围的基础上设置监测点，进行原始数据测量。

4.2 钢板桩施工

振动式沉桩工法施工钢板桩，应注意：（1）压桩刚开始时速度不宜过快，不得超过3m/min。当桩尖插入桩位土体0.5m后，观测桩身、桩架是否垂直，桩机平台是否水平，符合要求后启动压桩油缸，将桩徐徐压入。（2）压桩过程中要密切注意观察桩身是否发生位移、偏斜，若桩在初压时发生位移、倾斜应及时纠正。必要时应将桩拔出，清理桩位下障碍后，再回填土重新沉桩。（3）沉桩过程中应控制沉桩速率，以减小土体孔隙水压力的增长速率。（4）垂直度偏差不大于1%；水平偏差不大于5mm。

在钢板桩施工完成之后开始土方开挖，基坑周边必须分层、分段开挖，分段长度10m，允许跳挖，每次开挖多段，各段之间间隔10m以上，以便减少基坑侧壁变形。

4.3 锚索施工

采用预应力锚索，钻孔直径≥150mm，采用低松弛高强度钢绞线，锚索自由段用塑料管包裹，两端用铁线将其扎牢，避免浆液渗入，锚索安放到位后应拉紧，使锚索在钻孔中居中，注浆液采用纯水泥浆。腰梁为热轧普通槽钢，腰梁两腹板净距与锚孔位置一致，槽钢背靠背放置，槽钢在支点及跨中设置加劲肋板及连接缀板，腰梁每连至少两跨。注浆体强度达到15MPa时方可进行张拉，循环二次，锚索按轴向拉力设计值的110%倍进行张拉，按轴向拉力设计值的70%锁定。

4.4 基坑监测

基坑监测主要内容是：基坑周围建筑物位移与沉降、支护结构桩顶位移与沉降、锚索轴力监测。监测方法：在基坑开挖前在原有建筑基础布设监测点，基坑开挖过程中采用全站仪进行跟踪监测，锚索内力采用安装在结构内部或表面的应变计或应力计进行量测。应力计或应变计的量程宜为设计值的2倍，精度不宜低于0.8%F·S，分辨率不宜低于0.2%F·S，开挖前连续2d获得的稳定测试数据的平均值作为初始值。

5 支护效果及分析

本工程经过20d基坑支护全部完成，降水后水位达到基底下0.5m，满足土建施工条件，又经过1个月设备基础浇筑完成，施工回填后将钢板桩拔出回收，至此基坑支护工作完成。

钢板桩结合预应力锚索的支护方式有效解决了本工程的各个难点，整个施工过程周边建筑沉降量、倾斜等变形值均小于规范及设计要求，锚索轴力在设计要求范围内。最初本工程拟采用钻孔桩+内支撑的支护形式，对比该方案采用钢板桩+锚索支护方式较支护桩+内支撑的支护方式节约造价约20%，缩短整体施工工期约15d。

此前钢板桩主要用于沿海地区，该区域土质较软承载力较低易于钢板桩的施工，本场地主要地层为粉细砂层及中密的粗砂层，地基承载力特征值达到200～260kPa，施工过程发现钢板桩的压入速度确实较慢，为此技术人员采取了预挖沟槽并注入水的方式，砂层遇到水后土体的内摩擦角会有所降低，该方法提高了钢板桩的压入速度。通过本工程证实了钢板桩在密实中粗砂地层的适用性，直接拓宽了钢板桩的应用范围。

6 结语

基坑支护是一项临时性的施工措施，又是一项十分关键的工序，应结合场地环境及地质条件选用安全、经济的支护方式。钢板桩本身刚度大可满足深基坑对支护强度的要求，咬合施工有效地解决了传统排桩桩间土流失的难题，且具有止水帷幕效果。钢板桩施工效率高且可回收，经济效果显著。同时通过研究发现钢板桩在中密至密实砂土地层具有适用性和可行性。