钢板桩支护在雨水管道工程中的应用

刘亮明（石家庄交通勘察设计院， 河北 石家庄 050000）

0 引 言

随着我国城市的快速发展，城市建设规模在逐年扩大，吸纳人口数量也在不断上升，对市政道路等基础保障设施提出了更高的要求。雨水管道工程作为城市道路配套工程，对城市排洪起着决定性作用，其设计标准在不断提高。在雨水管道设计过程中，基坑防护需要进行专项设计。本文以河北省石家庄市胜利大街南二环至南三环段改建工程为例，对钢板桩支护在雨水管道基坑防护中的应用进行了分析，旨在提高钢板桩支护在基坑防护中的应用价值。

1 项目概况

胜利大街是河北省石家庄市主要南出市口，沿线居住区密集、开挖长度较长、地质条件较差、沿线多处存在其他管线等附属设施，周边环境较复杂，无法开挖放坡，同时也受到环保要求的影响，因而边坡防护采取钢板桩支护。

本项目起于胜利大街与石家庄市南二环交叉处，起点桩号 K295＋886，向南经塔谈，与仓丰路平交后，经南位到达本项目终点南三环，终点桩号 K301＋142，路线长 5.26 km。本工程配合新建道路，拟建一排 d600、管道界面为 B×H＝4.00 m×2.66 m 的雨水管涵和一排d500～d800 的污水管道，拟建 d600 的雨水预埋管道和d500 的污水预埋管道，沿线设置收水井和收水支管。

2 工程地质条件

本工程土层结构自上而下描述如下。

第 ① 层：填筑土。该土层呈杂色，稍湿，中密～密实状；上部主要成分为混凝土路面、矿渣、碎石等，下部由黏性土、灰土及砂粒组成。该土层主要分布在原有路基，分布较连续，底板埋深 0.70 m～3.00 m，揭露层厚度在0.70 m～3.00 m 之间。

第 ①1层：杂填土。该土层呈杂色，稍湿，稍密；主要成分为粉土、粉质黏土、砂粒，上部为混凝土路面。该土层主要分布在现有路东侧加宽路基部分，分布不连续，揭露最大层厚度为 3.50 m。

第 ①2层：素填土。该土层呈褐黄色，稍湿，稍密～密实；主要成分为粉土、粉质黏土，含植物根系。该土层主要分布在现有路东侧加宽路基部分，分布较连续，底板埋深 0.60 m～2.50 m，揭露层厚度在 0.50 m～2.20 m 之间。

第 ② 层：黄土状粉质黏土层。该土层呈黄褐～褐黄色，可塑～硬塑状，局部为软塑、坚硬状；土质较均匀，含铁锰氧化物及钙质结核，无摇震反应，干强度、韧性中。该层夹粉土、细砂薄层或透镜体。该层分布较均匀连续，未全部揭穿，揭露底板埋深 3.40 m～8.60 m，揭露层厚度在 1.60 m～6.30 m 之间。

第②1层：黄土状粉土层。该土层呈褐黄色，稍湿～湿，密实状；土质较均匀，含砂粒、少量云母，摇震反应中，干强度、韧性低；间夹粉质黏土薄层或透镜体，仅在钻孔 ZK7、ZK8 揭露。该层分布不连续，揭露层最大厚度为 6.20 m。

第 ②2层：细砂层。该土层呈灰白色，稍湿，稍密状；砂质较纯，主要矿物成分为长石、石英，含云母，分选性较差，磨圆度中等，级配中等，仅在钻孔 ZK4、ZK11、ZK14、ZK16 揭露。该层分布较连续，揭露层最大厚度为 2.80 m。

第 ③ 层：黄土状粉土层。该土层呈褐黄～褐黄色，稍湿～湿，中密～密实状，土质较均匀，含铁锰氧化物、砂粒及少量云母，摇震反应中，干强度、韧性低，局部夹粉质黏土薄层或透镜体。该层揭露主要存在于 ZK23～ZK66，分布较均匀连续，底板埋深 4.60 m～8.90 m，揭露层厚度在 0.90 m～2.80 m 之间。

第 ④ 层：细砂层。该土层呈灰白色，稍湿，稍密～中密状，局部密实；砂质较纯，主要矿物成分为长石、石英，含云母，分选性较差，磨圆度中等，级配中等，局部夹中砂薄层或透镜体。该层揭露主要存在于 ZK17～ZK66。

第 ④1层：粉质黏土层。该土层呈褐黄色，可塑状，含铁锰氧化物及钙质结核物，无摇震反应，干强度、韧性中。该层分布较连续，仅在 ZK64、ZK65、ZK66 揭露，揭露层最大厚度为 5.60 m。

第 ④2层：粗砂层。该土层呈灰白色，稍湿，中密状；砂质不纯，主要矿物成分为长石、石英，含云母，分选性较差，磨圆度中等，级配中等；局部含大量砾石，夹细砂薄层。该层揭露主要存在于 ZK54～ZK56 及BK10～BK12，揭露层最大厚度为 3.70 m。

第 ⑤ 层：粉质黏土层。该土层呈褐黄～褐黄色，可塑～硬塑状，局部为坚硬状；土质较均匀，含铁锰氧化物及钙质结核物，无摇震反应，干强度、韧性中；局部夹粉土、粉砂薄层或透镜体。

土地层工程性质指标建议值如表1 所示。

表1 土地层工程性质指标建议值一览表

场地地下水埋藏较深，勘察期间，在钻孔深度范围内（最大深度 20m）未见地下水，因而不考虑地下水对土方开挖和基坑支护工程的影响。

3 钢板桩支护设计

3.1 设计方案

本工程基坑侧壁安全等级为二级， 结构安全等级为二级，基坑支护期限为 1 年。开挖深度在 4.5 m～5.5 m 之间。根据基坑深度，采用 40 b 工字钢支护，一丁三顺布置，两“丁”桩间距 1.3 m，桩长 10 m。由一道双拼 40b工字钢围檩和 Ф402×14 mm 的钢管作为基坑的支撑体系，支撑水平间距为 4 m。坑外距基坑内边线 1.5 m 处设挡水墙。

开挖深度在 5.5 m～7.5 m 之间，根据基坑深度，采用 40b 工字钢支护，一丁一顺布置，两“丁”桩间距 450 mm，桩长 12 m。由一道双拼 40b 工字钢围檩和Ф402×14 mm 的钢管作为基坑的支撑体系，支撑水平间距为 4 m。坑外距基坑内边线 1.5 m 处设挡水墙。

3.2 工字钢支护

3.2.1 工字钢主要参数

根据基坑深度准备长为 10 m、12 m 的 40b 工字钢。工字钢主要参数及大样如表2 所示。

表2 工字钢主要参数及大样表

3.2.2 工字钢支护施工流程

施工准备→测量放样、定位→施工工字钢支护→开挖设置钢支撑→管道施工安装→回填沟槽→拆除钢支撑→拔除工字钢支护→施工完成。

3.2.3 工字钢支护的检验、吊装、堆放

（1）工字钢支护的检验。对工字钢支护，一般有外观检验和材质检验，以便对不合要求的工字钢支护进行矫正，以减少打桩过程中的困难。外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度等项内容。材质检验包括对工字钢支护母材的化学成分及机械性能进行全面试验。包括钢材的化学成分分析，构件的拉伸、弯曲试验，锁口强度试验和延伸率试验等项内容。每一种规格的工字钢支护至少进行一个拉伸、弯曲试验。

（2）工字钢吊运及堆放。装卸工字钢支护宜采用两点吊。吊运时，每次起吊的工字钢支护根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。吊运方式有成捆起吊和单根起吊。成捆起吊通常采用钢索捆扎，而单根吊运常用专用的吊具。工字钢支护堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。

3.2.4 施工放样

为保证工字钢施打位置准确无误，清表后底部须大致平整，技术人员定位后，洒白灰线，为防止白灰线受施工过程中浇水冲洗影响，需要每在中心线上每 5 m 插钉木桩，保证位置准确。

3.2.5 工字钢支护

工字钢支护施工关系到施工挡土和管线的安全，是本工程施工最关键的工序之一，在施工中要注意以下事项。

（1）在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过5/1 000，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。

（2）施工中应根据具体情况变化施打顺序，采用一种或多种施打顺序，逐步将板桩打至设计标高。

（3）工字钢支护施工前应试桩，确定在砾石层中的打桩效果，不能穿透砾石层时，应使用长螺旋钻机进行引孔。

（4）工字钢支护采用振动法成桩，成桩时垂直度允许偏差为 1/200，沿基坑轴线方向墙面左右允许偏差为100 mm，横向为 －50 mm～0。

（5）必须保证工字钢支护沉桩的垂直度即施打板桩墙墙面的平整度，必要时可在工字钢支护打入时设置打桩支架。

（6）若地层内部有块石，导致工字钢支护施工困难，则清除石块后再施工工字钢支护。

（7）工字钢支护必须坚持在合理的范围内进行重复使用的原则，以节省工程造价。

3.2.6 拔除工字钢

（1）本工程拔桩采用振动锤拔桩，利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏工字钢支护周围土黏聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力作用将桩拔除。

（2）拔桩注意事项。① 拔桩时，可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的黏附，然后边振边拔。为及时回填拔桩后的土孔，当把板桩拔至比基础底板略高时暂停引拔，用振动锤振动几分钟，尽量让土孔填实一部分。② 对引拔阻力较大的工字钢，采用间歇振动的方法，每次振动15 min，振动锤连续不超过 1.5 h。③ 工字钢土孔处理对拔桩后留下的桩孔，及时采用水泥浆灌入密实。注浆采用P.O42.5 普通水泥搅拌均匀的 1∶1 水泥浆，加入 2% 的水玻璃。注浆流量控制在 10 L/min～15 L/min 之间，注浆压力为 0.2 MPa～0.3 MPa。

3.3 钢支撑施工

本工程钢支撑由一道双拼 4 0 b 工字钢围檩和Ф402×14 mm 的钢管作为基坑的支撑体系，支撑水平间距为 4 m，主要包括围檩及钢管支撑等材料。支撑体系，如图1 所示。

图1 支撑体系示意图

3.3.1 钢支撑施工流程

钢支撑安装施工工艺流程为：基坑开挖→测量定位→焊接钢牛腿→安装钢腰梁→吊装钢支撑→施加预应力→钢楔锁定→检查各节点情况并组织完工验收→交下道工序挖土施工→重复以上步骤直至钢支撑全部安装完毕→基坑开挖时时监控。

3.3.2 钢支撑施工注意事项

（1）土方开挖时避免挖掘机械碰撞已经架设的钢支撑。

（2）施工中做好对钢支撑在安装和使用过程中的轴线和位移观测，如超过允许值，及时处理。

（3）注意基坑支护结构内的水平位移及地面沉降监测，其控制范围为水平位移≤5.0 cm，地面沉降＜2.5 cm。

（4）意外原因造成基坑变形过大的处理措施：外界条件突然改变 （如基坑外附近管线漏水、地面荷载突然增大），或其他原因造成桩背后土压力增大，通过位移观测，桩顶位移超过 5 cm（警戒值），采取减压或加固措施，如加强钢支撑等以阻止位移继续扩大，确保基坑安全。

3.4 监控量测

3.4.1 监测项目

结合本工程周围环境特点，本基坑工程应设置（包括但不限于）以下几个方面的监测内容：支护桩顶部水平位移，支护桩顶部竖向位移，地表沉降，地表裂缝，支护施工前对周边建构筑物、管线及道路进行监测，并且做好记录，施工时均纳入监测范围。

3.4.2 监测点布置

（1）在基坑施工过程中应在坡顶按每间隔≤20 m 且每边不应少于 3 个监测点数布设，用于观测边坡水平位移和竖向直位移，同时又作为沉降观测点。

（2）利用远离场区的城市高程系水准控制点或独立水准点作为沉降观测的起算点，与以上点联测，构成基坑支护沉降观测网。四面围墙周边附近各布置 4 个沉降观测点，与基坑周边浅埋基础建（构）筑物、重要管线监测点一起构成监测周边环境的沉降观测网。

3.4.3 观测方法

水平位移监测采用小角法观测。距离采用全站仪监测，按二级电磁波测距精度施测。竖向位移和沉降按一级沉降观测的要求进行观测。高程观测仪器为 DS05 精密水准仪，水准尺为铟钢尺。观测要求如下：视距长≤30 m，前后视距差≤0.7 m，前后视距累计差≤1 m，视线高度≥0.3 m，基辅尺分划读数较差≤0.3 mm，基辅尺分划高程较差≤0.5 mm。

4 结 语

本工程由于受到占地、地质等外界条件的限制，采用了钢板桩支护。钢板桩作为成品利用，其抗压、抗弯、材料、接缝处理等在生产过程中都可以得到严格把控，应用效果更加可靠，并且具有耐久性好、可重复利用、施工工序简单、缩短工期等优点，其在基坑防护中的应用价值被广泛认可。不过，钢板桩支护也存在桩接头漏水、打拔桩振动噪声大、容易引起周边沉降等问题，在施工过程中应做好施工组织工作。