临河工程组合式钢板桩兼止水帷幕施工技术研究与应用

吴凌峰,顾跃跃，李子涵,顾海峰,杨 波（中国二十二冶集团有限公司华东分公司， 上海 200100）

1 工程简介

1.1 工程概况

本项目主要包括 13 栋住宅楼、地下室和开关站等配套建筑，其中其中土方施工内容为一个面积约 3 m2的地库，场地大面积自然标高约为 -1.00 m，基坑底部大面积标高约为 -6.50 m，大面积开挖深度约为 5.5 m，属于深基坑工程。西侧基坑距离新昌路 8.16 m，该侧有燃气管道及污水管道；北侧距离雨水管道 9.91 m、距离中国移动光纤12.88 m、距离思仙桥港南侧岸边 16.61 m；东侧与市政道路绿化带土堆紧密相连；南侧与思仙桥港河道最短距离为16.40 m，最宽处 23.40 m。

其中西侧围护结构距基坑周边建筑物和构筑物距离最短，距污水管线最小距离仅有 1.93 m。因此，为了保护基坑周边的建筑物和构筑物不受基坑施工产生的扰动的影响导致破坏，基坑支护需选用对土层扰动较小的方式进行施工；又因施工工期较为紧张，对基坑支护的施工速度有一定的要求。

根据以上条件筛选出合适的施工支护方式，可选择土钉墙和拉森钢板桩作为基坑支护的形式。但施工场地三面围河地下水丰富，土质较为不利土钉墙无法进行施工，且因施工工期较紧使用土钉墙支护需投入大量设备物质导致施工成本较高，故本基坑采用 9 m 长拉森钢板桩＋12 m长 H 500×300×11×18 的 H 型钢＋直径 15.2 mm、长13.5 m、间距 2 m的锚索制成组合式钢板桩，其中西侧及西北侧、西南侧及东南侧边坡上坎土方坡面采用挂网喷锚护坡。

1.2 周边环境

该工程项目位于嘉兴市南湖区余新镇，与余新镇镇政府隔河相望，坐落于其北侧，出入口位于工地西侧的新昌路上，该路段南北两侧均为桥梁。项目西南方向为金地艺华府小区，北侧有数幢多层居民楼，南侧与余新镇镇府隔河相望。场地周围燃气管、弱点电管网等管线数量较多情况较为复杂，周边居民住宅楼使用的天然气、弱电等管网进入红线范围以内，距离基坑较近，如污水(WS)（距离基坑最小净距为 1.59 m）、雨水（YS）（距离基坑最小净距为 9.6 m）、天然气（TR）（距离基坑最小净距为 1.7 m）、移动（YD）（距离基坑最小净距为 10.03 m）。

1.3 工程地质情况

项目位于浙江嘉兴南湖区地质情况属于冲积平原，地貌类型平坦度较高，少量丘陵分布期间。总体上，拟建工程场地地面高程在为 1.91～5.02 m 之间，其中南侧较高一般为5.0 m 左右，北侧原为稻田高程较低约为 1.9 m 左右。项目地貌类型属于湖沼积冲积平原小区，水网较为密集。

根据第三方地质勘查机构出具的检测报告表明，本项目深基坑开挖范围区域内土质以粉质粘土、淤泥质粉质粘土为主，土层分布情况为：首层为素填土、其下为粉质粘土、第三层属于淤泥质粉质粘土、第四层土质为粉质粘土。在基坑开挖范围内所有土层因其三面环河，土层中均有含量丰富的潜水，其主要来源为基坑南北两侧及西侧的河流，水位为0.9 m～1.0 m。

1.4 施工难点

本项目在基坑围护工序在进行施工的过程中会出现以下较为棘手的问题。

（1）基坑南北两侧及西侧有河流经过，且基坑开挖深度较大，开挖大面深度达 5.5 m。基坑开挖范围内的地表以下存在含水量丰富的粉质粘土、淤泥质粉质粘土层，含水率高、渗透性强且地下水来源丰富。在进行基坑开挖施工作业时，含有丰富地下水的土层遭受扰动，容易发生涌水、涌砂及渗透变形，必须采取可靠的施工工法保证止水帷幕的施工质量。

（2）工地南侧为余新镇镇政府，地址较为敏感，对现场的安全文明施工要求高。

（3）基坑南北两侧均有居民住宅楼，大量管线由工地旁穿过，部分管线甚至位于工地范围内，其中燃气管道距基坑围护结构距离仅 1.70 m，这对基坑施工过程中的周边环境保护提出了较高的要求。

2 组合式钢板桩基坑支护结构兼做止水帷幕施工方案

本项目采用基坑支护的形式为组合式钢板桩因此需对钢板桩及其组件均进行验收。

（1）锚杆质量验收标准按照表 1 内容实行。按照表 1 锚杆质量验收内容及标准所做出的要求进行施工，锚杆成孔直径为 500 mm，间距 2 m，锚杆打入侧壁土层长度 13.5 m，内置锚索的直径为 15.2 mm，锚索锚固段采用二次注浆的方法。锚索的第一次注浆所使用的材料为水泥砂浆，水泥采用标号为 42.5 号的早强型普通硅酸盐水泥，注浆压力 0.4～0.6 MPa为宜，水泥砂浆的水灰比为0.45～0.5，灰砂比为 1∶0.5～1∶1，在第一层注浆工序施工完成后，还需等注入锚杆孔洞的砂浆达到初凝后且第一次注入的浆体强度达到 5.0 MPa 后方可进行第二次注浆。二次注浆的施工方法采用劈裂注浆，注浆使用的浆液为纯水泥浆，注浆压力需达到 2.5～3.0 MPa 方为合格，纯水泥浆的水灰比宜为 0.45～0.5 之间，注浆需要要稳压两分钟。为了使第二次注浆的施工效果达到施工和设计的相关要求，在进行第一次注浆时必须将锚固段完全注满水泥砂浆。

表1 锚杆质量验收内容及标准

（2）组合式钢板桩钢围檩的质量验收内容及标准。所使用的拉森钢板桩长度为 9 m，腰梁采用双拼 25#b 槽钢，钢板桩打入地下后为增加其支护性能，防止钢板桩因侧面土压力和土中的水压力产生过大的挠度变形，产生缝隙影响防水性能，在钢板桩内侧打入规格为 25#B 的工字钢，与钢板桩、锚索共同组成钢围檩，减小钢板桩变形，增加稳定性和防水性。

钢围檩在进行检查验收时需要满足以下标准：① 钢围檩所使用的材料在进场验收时需要满足钢结构工程施工相关的质量验收规范要求，钢围檩使用的材料在截面尺寸的偏差上需满足 ±20 mm，-10 mm的要求。② 施工过程验收主要内容围檩标高设计允许偏差 20 mm，在对钢围檩进行焊接施工时，其焊接的质量应达到 GB 50661—2011《建筑钢结构焊接规范》的相关要求。

由于本工程的止水帷幕是在作为基坑支护的钢板桩上增加工以达到止水的效果，因此在进行钢板桩沉桩作业前还需对钢板桩锁口进行清理，并涂抹黄油、减摩剂、SAP高分子吸水树脂等混合物，可有效减少钢板桩的打拔难度，而 SAP高分子吸水树脂随钢板桩打入地下吸水后体积可膨胀数百倍，受到挤压后水分也不易流失，能够有效的对钢板桩之间的缝隙进行封堵，增加防水性能。

2.1 施工准备

根据本工程有多条管线进入施工区域的特点，钢板桩施工所使用的施工机械为液压振动沉桩机，主要由提供震便于沉桩的振动器、搬运移动钢板桩的夹桩器以及提供和传递动力的传动装置和电动机等组成，为保证在钢板桩施工过程中钢板桩施打的位置的准确以及为了保证钢板桩的垂直度，在进行施打时安排专人对钢板桩进行监测。工字钢与钢板桩采用同一种施工机械进行施工。锚索施工由旋喷锚桩钻机、灰浆搅拌机和注浆泵进行施工。水泥浆强度达到要求后，对锚索采用 OVM 油泵和 YCW 千斤顶进行张拉，并锚固至腰梁上，为确保锚固的可靠性，钢垫板采用34 cm×15 cm×2 cm 的钢板，锚索每 2 m 设置一道。

2.2 施工工艺

组合式钢板桩基坑为围护的施工方法：首先需要确定钢板桩打桩的轴线、再对钢板桩进行施打、随后开始对板桩内侧的H型钢的施工工序，完成支护桩施工，其后将钢板桩内侧土层挖去进行锚索的注浆和腰梁的施工，待水泥浆强度达到要求后，对锚索进行张拉。

2.3 组合式钢板桩在施工中的主要参数

组合式钢板桩在施工中的主要参数如下.

（1）项目施工所使用的拉森钢板桩材料规格为 400 mm×170 mm×15.5 mm、长度按照施工范围内地下土层分布情况选用 9 m 和 12 m 两种长度进行施工。

（2）钢板桩内部的 H 型钢为保证钢板桩的稳定性选取规格为 H 500×300×11×18，长度为 12 m 进行施工。

（3）16 号工字钢选用规格为 250 mm×118 mm×10 mm。

（4）为保证钢板桩的防水性能在进行钢板桩施工前在锁口中涂抹含有 SAP 高分子吸水树脂的锁口涂料，涂料中SAP 高分子吸水树脂添的添加量为 23%；

（5）钢板桩锁口涂料中的黄油、减摩剂与 SAP 高分子吸水树脂的质量配合比为 5∶5∶3。

（6）钢板桩锁口涂料用量：单侧锁口涂料用量 1 kg/m，施工时钢板桩双侧均需涂抹，因此钢板桩涂料用量为 2 kg/m。

（7）锚索注浆压力：锚索锚固段施工方法采用二次注浆法。第一次注浆使用的材料采用水泥砂浆，水泥采用标号为 42.5 号的早强型普通硅酸盐水泥，注浆时的压力需达到0.4～0.6 MPa；第一次注浆注入的水泥砂浆达到初凝后和一次注浆体强度达到 5.0 MPa 后方可进行二次注浆。二次注浆的方法使用劈裂注浆，注浆的浆液采用纯水泥浆，注浆压力一般为 2.5～3.0 MPa。

（8）在进行锚索张拉锚固时需要对张拉顺序进行合理安排，考虑相邻的锚索之间相互影响。在锚索正式张拉前还需取 0.1～0.2 倍的轴向拉力设计值对锚索预张拉 1～2次，使锚索完全平直和各部位接触紧密，产生初剪。锚索张拉至 1.05～1.10 倍轴向拉力设计值并保持 15 min，然后卸荷至零，再重新张拉至锁定荷载进行锁定，锁定荷载为0.75～0.9 倍的轴向拉力设计值。预应力张拉分级加载，张拉分级加载依 0.10～0.20、0.50、0.75、1.00、1.05～1.10倍的锚杆轴向拉力设计值进行，每级持续 5 min，分级记录预应力伸长值。锚索腰梁的形式采用钢筋混凝土锁口腰梁加钢垫板。

2.4 施工安全

（1）钢板桩施工时需对挖槽部位设置警示标志，并围绕沟槽设置彩旗等醒目标志；

（2）在雨雾天气在沟槽附近撒碎石和砂子防滑，严禁在照明条件不具备的情况下在沟槽附近进行夜间施工。

3 施工效果

在组合式钢板桩进行是施工的过程中需对指定的相关技术措施进行严格的执行、实施，通过统计反馈数据看均满足规范及设计要求。组合式钢板桩在施工完成后，进行基坑内的土方开挖时钢板桩监测数据满足相关规范要求，钢板桩未出现渗漏情况，其水平方向受土体和地下水的压力产生的挠度也符合要求，达到了预期的效果。

（1）液压振动沉桩机在施工中对本项目所处地的地质情况十分适用，施工速度快，每天可打入 80 根钢板桩，约32 m。现场组合式钢板桩围檩防渗性能满足规范及设计要求。在开挖阶段，组合式钢板桩未发生渗漏水现象。基坑边坡偏移量如图 1 所示，坑外水位变化如图 2 所示。

图1 基坑边坡偏移量

图2 坑外水位变化图

（2）通过对基坑开挖施工过程对钢板桩的监测数据整理、分析，在基坑进行土方开挖施工期间，项目周边的地下水位变化、侧壁的变形量和周边环境沉降变形均处于可控范围之内。由此可见组合式钢板桩能有足够的边坡支护性能，且能够有效的阻隔地下水，对周边环境的保护也非常有效。

4 结 语

（1）本项目与余新镇镇政府隔河相望，周边有大量小区住宅楼，施工范围之内有许多管线穿过，且基坑南北两侧与西侧临河，地下水丰富，对止基坑支护和止水帷幕提出了极高的质量要求。在工程施工过程中采用组合式钢板桩作为基坑支护兼止水帷幕的方式，确保了基坑工程顺利实施，施工过程达到了安全可控的目标，确保了周边环境的安全。

（2）在钢板桩锁口涂料中首次加入 SAP 高分子吸水树脂，实施后组合式钢板桩止水效果良好，未发生渗漏水现象，缩短了施工工期，降低了基坑安全风险。

（3）在地下土层中含水量丰富，且地质较为不良的情况下基坑支护和止水帷幕提供了一种新的施工方式，实现了施工质量最高化、施工速度最快化的目的。

（4）通过对基坑监测收集的数据分析表明，在基坑开挖和降水期间，坑外水位基本无变化，采用组合式钢板桩兼做止水帷幕的方法是安全可靠的。在施工设备选择、施工工艺确定、具体施工参数选择等方面可为同类型的工程项目提供借鉴与参考。