超厚卵石地层深基坑钢板桩支护技术应用

陶伊洛，巩 宁，王宏刚，江地军，季珍珍

（中交三公局华中建设有限责任公司，河南 郑州 450000）

1 工程概况

1.1 工程实例概况

项目为内蒙古自治区某污水处理厂二期蓄水池工程，混凝土结构尺寸为长42.50 m×宽21.00 m，采用600 mm厚C30 钢筋混凝土筏板基础，400 mm 厚C30 剪力墙结构，底板标高-9.20 m。构筑物四周为污水处理厂一期建筑物，距离较近，支护结构变形控制小，周边建筑物沉降要求严格。距离河道25 m，场区地层主要为圆砾卵石，基坑内卵石地层厚度在9～11 m，此地质的渗透性大，汛期水位上升，地下水位约-4 m。

1.2 地质水文

①杂填土杂色，松散状，粉土为主层厚0.40～2.50 m。②圆砾稍密，粒径20～30 mm 部分粒径大于50 mm，层厚2～3 m。③1细砂稍密层厚1.00～1.90 m。④圆砾30～50 mm，部分粒径大于100 mm，层厚8～9 m。⑤粉质粘土杂色硬塑。土层参数见表1。

表1 土层参数表

2 深基坑支护结构设计比选

2.1 支护结构方案选型

2.1.1 SWM工法桩

SMW工法桩通常以多轴搅拌机在地层中从上而下钻进，从下而上反复喷射水泥并搅拌成型，在各施工单元之间采取重叠搭接施工，并在水泥土桩未产生强度前插入H型钢等刚性增强材料，形成无接缝的、完整的地下墙体。这种工法桩具有构造简单，基本无开挖，不产生泥浆，同时型钢可以回收利用。但SWM工法桩主要适用于12 m以内的支护结构，且适用于淤泥质土、淤泥、黏土等土质较软地层，故大多应用在中国东南沿海地区的软土基坑围护，而在卵石地层特别是超厚卵石地区多辊轴机械作业困难，H型钢不容易插入到位，造价高不太适用。

2.1.2 AB咬合桩

AB咬合桩是桩与桩之间相互咬合形成的基坑围护结构，素混凝土桩与钢筋混凝土桩间隔排列。先施工素混凝土桩，后施工钢筋混凝土桩，通过钢筋混凝土桩和塑性止水桩混合而成相互咬合形成止水围护结构，AB咬合桩具有成桩质量高、防水性能好、地层适用性强。适应卵石土地层，但使用机械设备重体积大、需要操作空间大、场地开阔；AB桩施工时泥浆坑等场地占用面积大、施工周期长、工艺繁琐，质量控制要求高，同时工程造价高，特别是主体结构施工周期短的工程经济性不适用。

2.1.3 钢板桩

钢板桩支护作为一种常见的临时支护结构，在深基坑支护工程中应用广泛。钢板桩是种带有锁口功能的一种型钢，形式有直板形、槽形等，拉森钢板桩通过打桩机锤击、静压、振动等方式将钢板桩插入地层构成一道连锁的板墙。具有施工简便、工期短、止水水密性好、不产生泥浆绿色环保、可以回收和反复使用整体施工造价低等优点。通常在杂填土层、粉质粘土、细砂层、砾石土等地层适用广泛，在卵石地层特别是超厚卵石地层中插打比较困难，项目通过结合螺旋钻机引孔工艺和振动沉桩创新技术优化钢板桩施工工序来应对在超厚卵石地层打设困难的问题，在深基坑支护技术的适用性、经济性效果很好。

3 深基坑支护设计

3.1 设计参数

深基坑支护设计参数：采用钢板桩为拉森钢板桩Ⅳ型，桩长15 m、单桩宽400 mm、厚170 mm、嵌固深度6.50 m。支护基坑为46.50 m×25.10 m，基坑深9.50 m。设两道锚固拉索，分别在-3.25 m设第一道锚索，在-6.55 m设第二道锚索。围檩设计为2根300C工字钢上下平行焊接穿垫板和锚索。封底采用300 mm厚C20混凝土。降水采用基坑外深井降水，井深20 m、平均间距10 m，降水井设计16眼。深基坑支护结构设计见图1。

图1 钢板桩布置图

3.2 深基坑设计计算

截面验算σnei=2.40（MPa）＜f=215.00（MPa）满足；基坑外侧抗弯验算（不考虑轴力）σwai=56.02（MPa）＜f=215.00（MPa）满足；基坑内侧抗弯验算（不考虑轴力）整体稳定安全系数Ks=1.89＞1.30，满足规范要求；抗倾覆（踢脚破坏）稳定性验算：最小安全Kt=5.72≥1.20，满足规范抗倾覆要求；抗隆起验算Ks=3.17 ≥1.60，抗隆起稳定性满足；嵌固段基坑内侧土反力验算Ps=305.78≤Ep=1 674.31，土反力满足要求。

4 深基坑支护施工技术

4.1 施工准备

4.1.1 测量定位

定桩位按顺序标明钢板桩的具体桩位两侧打入20 mm×20 mm×500 mm的木桩或者短钢筋作为轴线控制桩，以便随时恢复中线位置。

4.1.2 钢板桩的选用与检验

钢板桩选用拉森钢板桩Ⅳ型，规格为PU400×170，长度为15 m。钢板桩进行外观检验并测量其实际断面厚度。对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行复核。检测相关参数，包括钢材的化学成分，弯曲参数、构件的拉伸，止水性能等内容。

4.2 引孔施工

螺旋钻机引孔配备大扭矩动力头，动力头带动螺旋钻杆钻头快速干式钻进成孔，在超厚卵石地层中预先搅动卵石及破岩处理。引孔采用Φ600钻机钻孔，每3根钢板桩引两眼孔，引孔深度为设计高程。首根桩施工时，下进尺不可太快匀速慢进，熟悉地层对钻机的影响情况，确定螺旋钻在该地层条件下的施工参数，然后进行连续跳孔引孔施工，每完成1 个钻孔后回填粘土，可每连续跳孔完成钻孔10 个为一个施工段后施工钢板桩。如遇孤石应上下反复钻动土体，底部移动卵石颗粒。

4.3 导架安装

用振动锤两端各打入2 根定位钢板桩，焊接牛腿安装导架，导架采用28槽钢，长度9 m，采用定位仪器控制和调整导梁的横向、纵向位置。

4.4 钢板桩施打

先用打桩机夹住钢板桩顶部，用液压钳配合振动锤对好锁口，调整好垂直度及方向，振动插入。在打桩进行方向的钢板桩锁口处设定位卡板防止锁口中心平面偏移。用经纬仪在两个方向监控好钢板桩双向垂直度，每根打入至设计标高。首片钢板桩插打完成后，再向两边对称插打其他钢板桩，插打过程严格遵守插桩正直、偏斜即纠。在钢板桩插打过程中随时测量桩的斜度，当偏斜过大不能用拉正方法调整时，拔出重新打入。

4.5 深基坑降水

4.5.1 坑外截水沟

在基坑开挖前，沿基坑上口1 m 范围设截水沟，以拦截场外雨水，并及时把水排掉，经沉淀并集中排放。截水沟做法为素土夯实、碎石垫层厚100 mm、沟底厚200 mm、沟身厚200 mmM7.5 砂浆砌体明沟，沟顶做成0.50%内坡，沟内侧厚30 mm1∶2水泥砂浆抹光；场地排水沟外围应进行场地封闭。

4.5.2 深井降水

地下水降水设计：井深20 m、平均间距10 m，降水井设计16 眼，通过水泵φ50PE 支管汇集到DN200×6 钢管集中排放。水泵采用QS-40-30/2-5.5 设置30 台其中14 台备用。为防止基坑涌水，配备双电源，现场租赁一台100 kW发电机作为切换电源。在降水二级配电箱内安装双电源转换开关自动切换。密切观测水位，特殊情况采用大水泵抽水，防止基坑灌水事故。

4.6 深基坑土方开挖

深基坑开挖以机械作业为主，采用260履带式反铲挖掘机配1 台加长臂挖掘机装20 T 自卸汽车运输，距建基面300 mm辅以人工清槽。土方开挖遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。由于锚索孔位于地表下3.25 m，钢板桩位置土方开挖至地表下3.50 m位置时暂停土方开挖，同时平整场地，并留有足够施工空间，待锚索施工的全部工序完成后继续开挖第二层-7 m，第二道锚索完成后开挖第三层至-9.50 m。

4.7 锚索施工

钻孔直径150 mm，锚索采用低松弛高强度钢绞线，单根强度为1 220 MPa。用纯水泥浆注浆，水泥浆固结体强度不低于20 MPa。注浆为二次压力注浆，终止注浆的压力不小于2 MPa。选用42.5级水泥，水灰比为0.50～0.55。注浆量应达到理论注浆量的1.2～1.5倍，并及时补浆。上下两排30C工字钢围檩用连接满焊焊板进行连接，连接焊板尺寸400x1000xRGu4B+0 310，间距为2 m。当孔内水泥浆体强度达到20 MPa或达到设计强度的75%时方可张拉，锚索张拉分为三个阶次进行。

5 结语

该项目针对超厚砂卵石地层钢板桩插打困难问题，采用长螺旋钻机引孔工艺加振动打设钢板桩技术，有效保证了插打速度及精度。通过在临河域超厚卵石地层深基坑工程实践证明使用钢板桩支护方案技术上可行且能大幅度缩短工期、降低施工成本，社会及经济效益显著。