钢板桩支护在深基坑开挖中的应用

李瑄 樊龙飞

摘 要：近年来，在深基坑开挖中，施工区域经常受到周边建筑物的影响，其影响因素主要有开挖边坡坡比、基坑降水、边坡稳定。本文以张家港四干河闸站改建工程施工为实例，对类似的工程情况进行了分析，介绍了钢板桩支护在深基坑开挖中的具体应用。

关键词：深基坑;钢板桩支护;应用

1 工程概况

张家港市四干河闸站改建工程位于张家港市东北部四干河与长江交汇处，距离老四干河闸约400m。四干河闸站改建工程包括四干河泵站、四干河节制闸、配套管理所等建筑物。节制闸、泵站采用平行布置的方式。节制闸布置于四干河主河道位置，泵站布置于河道北侧。两建筑物之间设置导流墙，建筑物上下游侧设置翼墙与引河相连接。泵站中心与节制闸中心距离为33.1m，两建筑物之间设置导流墙，其长度70.0m，最宽处7.15m，建筑物上下游侧设置翼墙与引河相连接。

工程场地位于扬子准地台下扬子—钱塘沉降带的江阴—砺山隆起的东南部，基底由中-下泥盆系茅山群杂色砂岩组成，上覆第四系粘性土、砂土層，第四系厚度大于300m。场地东北侧19km有南通～新佘断裂，东南侧45km有湖苏断裂，西北侧约10km有和桥～北涸断裂，其间为一相对完整地块。属新华夏系第二巨型隆起带，构造以华夏系及华夏式构造为主，本区第三纪以来的新构造运动以持续缓慢沉降为主。

2 基坑降排水

（1）明水排除：围堰内河水抽排结束后，在河道两侧和中心位置采用挖掘机开挖排水龙沟，排水龙沟在基坑两端汇合，挖集水坑，架立2台15kW泥浆泵抽水。

（2）地下水位降低：降低地下水作用可保证边坡稳定，同时保证基坑开挖后，在干地上施工，施工人员和机械对地基的扰动小、施工方便。

节制闸基坑底高程最低挖至-2.3m，泵站基坑底高程最低挖至-5.4m，均位于粉质壤土层。通过总涌水量计算后，围绕闸站及翼墙基坑四周布置26口降水井，管井直径30cm，井深20m，井距15m（长江侧一排降水井位加密，为10m间距），降水井离建筑物底板5m以上布置。

（3）管井内水和雨水及基坑表层水的排除：在两侧新建大堤6.5平台上按30m间距砖砌集水槽，Φ300波纹管连通集水槽，形成集水和送水通道，将管井水和明排水送至内河中。

基坑开挖后，如基坑局部渗水较多，可采用轻型井点降水方法局部降低地下水。

3 基坑开挖施工技术

本工程基坑开挖分段、分层开挖，同时按照施工总计划安排，土方工程施工充分考虑与主体工程施工的穿插，遵循先重点后附属的原则。

3.1 主要工程量

本工程基坑及护砌土方开挖总量为64376 m3（含淤泥开挖和保护层土方），内河侧河道土方开挖48840 m3。

3.2 基坑土方开挖的施工顺序和施工程序

本工程为原节制闸向长江方向约400m位置重建，在上下游围堰之间土方开挖面积大，开挖工作量大，总开挖土方量超过10万m3，施工强度较高，是整个工程工期控制的关键。为保证水下工程按期完成，在具备基坑土方全面开挖条件时，布置2个施工作业面，同时开挖节制闸、泵站站身基坑土方，投入足够的土方施工机械和人员，加强现场施工管理，以保证基坑土方开挖阶段性工期的实现。

（1）施工顺序：土方开挖遵循先主后次施工顺序，本工程中以泵站底板基坑土方开挖为主线，节制闸底板基坑、翼墙基坑、上下游护砌河道土方开挖为辅线。

（2）基坑土方开挖施工程序：清理表层浮（淤）土→机械第一期开挖基坑土方（从原河床淤泥下开挖至标高-1.0）→基础桩基、地连墙施工→机械第二期开挖基坑土方（从标高-1.0开挖至标高-5.4，根据施工要求预留保护层或覆土厚度）→人工开挖保护层土方。

3.3 土方运输通道

在西侧新老江堤交汇处修建一条泥结碎石马道，宽5m，作为土方运输通道。

3.4 施工机具配备

施工机械的选择：根据本工程的土质情况、工期要求、现场交通条件、施工成本等多方面因素综合考虑，闸站基坑及上下游翼墙基坑土方开挖采用挖掘机开挖，自卸车运输的方案。

根据当地水文、气象资料，考虑不利气候条件干扰和不确定因素影响，配足土方工程施工机械以保证施工安全、工期、质量要求，因基坑土方开挖总方量为64376m3，河道土方开挖48840m3，安排2台220型挖掘机，配备双桥自卸车10辆、1台160型推土机。

3.5 基坑土方开挖方法

（1）基坑内淤泥排除：由于基坑土方上表层为浮淤，需清除，利用高压水枪配合泥浆泵冲至弃土区内。

（2）基坑内土方开挖：基坑内土方约64376m3，由于基坑表层土含淤泥质土，地基承载力低，在内河侧铺一条泥结碎石下堤马道，并调配100块厚30mm钢板作为运土道路之用，基坑开挖采用挖掘机配合自卸车，高差较小的基坑采用放坡明挖（坡比1∶3，局部坡比1∶2）;深基坑则采取支护措施后开挖。

基坑土方分2期开挖，第一期开挖土方标高至高程-1.0m，第二期土方开挖待基础桩、地下连续墙等基础工程完成后开挖至-5.4m，保护层土方采用人工开挖。基坑土方开挖过程中严格控制各时段开挖面高程和尺寸，采取分段开挖，建筑物分块施工，机械开挖时确保基础桩基施工所需的覆土厚度和保护层土方厚度，弃土运至附近弃土区。

3.6 深基坑支护方案

3.6.1 支护原因

主要原因有2个，一是土方边坡稳定对泵站西侧长江大堤安全的影响，必须确保长江大堤安全，钢板桩可提高边坡稳定，且桩身穿过深层滑动面，防止边坡坍塌及深层滑动;二是基坑降水会加速大堤不均匀沉降，导致堤身开裂，钢板桩可阻止降水井对堤身沉降的影响。

开挖后因泵站底板基坑与堤身护砌高差较大（泵站基坑底标高为-5.4，大堤底格埂顶标高4.2，基坑边距大堤底格埂14m，高差达9.6m），放坡明挖安全坡比不足，为基坑安全，同时保留原坡面护砌，根据设计要求，在泵站基坑西侧施打15m拉森Ⅲ型钢板桩支护（钢板桩顶标高1.0，底标高-14.0），钢板桩总长度53延米（沿站身顺水流方向30m，上下游各延伸11.5m）。

为安全起见，先开挖泵站底板，泵室侧空箱岸墙底板待泵站出水流道层顶板砼施工结束后，在钢板桩与泵站边墩之间采用顶撑支护后再进行开挖。

3.6.2 施工顺序

（1）对泵站底板土方开挖至标高-5.4，空箱岸墙部分按设计要求保留部分土方。

（2）待泵站边墩施工至标高3.0（出水流道层顶板）后，采用顶撑加固（顶撑采用300型工字钢，水平间距1m布置，共设31道，每道长约12m，顶撑布置在标程0.0处）。

（3）顶撑加固完成后，对泵站空箱岸墙侧剩余土方进行开挖，施工空箱岸墙，待岸墙施工至标高1.0以后，及时对岸墙与钢板桩之间间隙进行土方回填至标高0.5。

（4）拆除顶撑与钢板桩。

3.7 拉森Ⅲ型钢板桩施工方法

（1）在打桩过程中，为保证垂直度，用全站仪在2个方向加以控制。为防止锁扣中心平面位移，在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板桩的位置，以便随时检查校正。

（2）打桩时打设第一、二块钢板打入位置和方向要确保精度，每打入1m测量1次。

（3）在插打过程中，由于钢板桩锁口与锁口之间缝隙较大，而钢板桩下端有土挤压、上端自由，总会使钢板桩产生远离向第一根钢板桩方向倾斜，因此，必须对钢板桩的垂直度进行控制，倾斜度控制在15mm以内，否则就要采取纠偏措施，主要采用修凿桩尖斜度、打入楔形板桩等纠偏措施。

3.8 钢板桩拔除

待空箱岸墙施工至标高1.0，土方回填按设计规范要求层层压实至标高0.5后，对钢板桩进行拔除。拔桩选用振动拔桩机、吊车配合，并符合下列规定：① 拔桩前用拔桩机卡头卡紧桩头，使起拔线与桩中心线重合。② 拔桩开始略松吊钩，当振动机振动1～1.5min后，随振幅加大拉紧吊钩，并缓慢提升。③ 钢板桩起到可用吊车直接吊起时，停振。钢板桩同时振起几根时，用落锤打散。④ 振出的钢桩及时吊出，起吊点必须在桩长1/3以上部位。⑤ 拔桩过程中，随时观察吊机尾部翘起情况，防止倾覆。⑥ 钢板桩逐根试拔，易拔桩先拔出。起拔时用落锤向下振动少许，待锁口松动后再起拔。⑦ 钢板拔出后桩孔及时用砂填实。