市政管道深基槽开挖工程中的钢板桩支护技术

刘巨龙

（中土集团南方建设发展有限公司，广东 珠海 519000）

1 引言

拉森钢板桩是一种特制的钢板桩，能在深层基坑内作为临时排水屏障。本发明具有质量轻、强度高、锁口严密、防水性能好、施工方便、施工快速等优点[1-2]。近年来，由于国家的经济、城市化的迅速发展，拉森钢板桩作为一种新型的桩基工程得到了越来越多的应用。本文通过一项具体的工程，探讨了拉森钢板桩支护技术在城市供水管道深槽施工中的应用。

2 工程概况

该项目采用3.55～4.86 m 深的地下雨水管，在地下雨水管网中铺设。在工程勘察报告的基础上，针对不同的土壤性质和周围环境提出了相应的施工方案。位于K0+290 处线路东侧有一条明沟，这条明沟常年流水，在K0+290～K0+912 段落雨水方沟的开挖过程中，计划使用明沟的方式进行疏排。沟槽开挖时，在沟槽的两边设置400 mm 的排水明沟，每隔30 m 左右设置1 个集水井进行排水。

根据《檐州滨海新区第一、第二组团拆迁安置区“幸福家园” 周边基础设施项目工程地质勘察报告》，K0+000～K0+260段沟槽位于第三层生物碎屑岩（Q2m）中，建议采用履带式凿岩碎石开挖该段沟槽。K0+260～K0+700 段的排水沟位于粉质黏土层（Q2m），建议边坡开挖排水沟，开挖坡度为1∶0.75。K0+700末端段位于②-1 层中间砂层（Q3m），由于地下水位高，开挖过程中可能形成流砂，因此，在沟槽两侧施打9 m 拉森钢板桩，可防止开挖雨水管道时导致管线发生移位。

3 基坑钢板桩支护方案

K0+700 末端段雨水沟渠采用钢板桩围堰，置入钢板桩788 t。

3.1 材料规格及设计参数

钢板桩长9 m，宽400 mm，高125 mm，厚13 mm，类型为拉森型Ⅲ[NKSP-Ⅲ（L）型]。单根桩体质量为60 kg/m，板的截面模数Wx=1 340 cm/m。钢板桩的允许应力为180 MPa。

3.2 帷幕设计要求

基坑的支护帷幕大多为9 m 长的桩，也有一小部分（大约280 m）为12 m 长的桩，在打钢板桩之前，将基坑上方1.5 m的表土铲去，然后进行钢板桩的施工。深基坑内钢板桩围护帷幕的支承体系是由H300 型钢组成的钢质围挡体系；每4 m 左右布置一条内侧支承梁，并使用φ300 号钢管支撑于腰梁。

3.3 基坑钢板桩支护帷幕施工要求

（1）首先，由测量员确定钢板桩围堰的轴心，可按一定间距布置引导桩，引导桩直接采用钢板桩，再以钢丝绳为引线，在打桩过程中通过引线来控制钢板桩的轴心。（2）钢板桩的沟槽大小应符合设计要求，其允许偏差为-10 cm。（3）应对钢板桩表面缺陷、端部矩形率、体扰度、桩体扭曲、截面局部变形及锁口变形处预以矫正，以确保钢板桩符合技术要求。（4）在打桩之前，应对钢板桩进行防腐处理，再用环氧煤焦油进行防腐。锁口必须填充防水材料。钢板桩在施工时必须安装导向架。在下桩过程中，竖向误差不得超过1/100，同时应保证锁口紧密[3]。（5）钢板桩采用挖掘机打拔，钢板桩应分阶段进行打桩。根据场地条件，打桩顺序从一侧向另一侧按60～100 m 的距离进行。（6）为了便于机械开挖，基坑成型后必须立即安装内部支撑，钢板桩和围护结构间的空隙可用硬木填充。

4 钢板桩支护技术

4.1 施工技术流程

钢板桩定位布设→挖掘导向梁→安装导梁→将钢板桩打入地下→拆除导梁→开挖沟底，安放内部支撑→排污管道装置→排污管线闭水试验→50 cm 的内撑条下沟回填→移除横梁和内托架→路基填筑→拔桩→钻孔灌注桩。

4.2 场地平整压实

在浇筑钢板桩之前，要对其外部工程区域进行平整和碾压，以保证槽壁外部的土层较为紧密，能够满足打桩施工的需要。

4.3 钢板桩吊运

安装和卸载钢板桩宜使用二点式起重机。每次提升不超过5 根钢板桩，并要注意保护锁头不被破坏。提升方式有两种：成束提升和单根提升。成束提升通常采用钢索，单根提升通常采用专用的吊钩。

4.4 钢板桩堆放

钢板桩堆放宜选择平坦、坚实之处。将钢板桩分层堆叠，一般每层不超过5 根，层与层间垫上枕木，垫木间距一般为3～4 m，上、下两层垫木应成一条垂直线，堆高不得超过2 m。

4.5 导架的安装

在板桩施工过程中，必须设置坚固的引导支架，以确保桩基的准确定位及垂直定位，增强沉桩贯入能力、控制沉桩的深度精度、避免板桩扭转。导向框架包括一根单横梁和一根支撑檩条。在导向框架的安装过程中，有以下几点需要注意：（1）使用经纬仪、 水平仪等仪器对导向梁的定位进行控制与调节；（2）导梁应选择合适的高程，以利于钢板桩成孔高度的控制，同时提高工作效率；（3）在打设钢板桩时，导梁不得发生沉降或变形；（4）导梁放置在尽可能垂直的地方，并且不会与钢板桩发生冲突。

4.6 钢板桩施打

1）采用履带挖土机（带有振动锤）开挖，开挖前，必须精确放行支撑桩中线。

2）在浇筑桩身之前，逐个检验钢板桩，将连接锁头生锈、变形较大的钢板桩拔除，待修补后再投入使用。在铁丝网的锁孔上抹上一层油，便于钢板桩插入和取出。

3）在打桩时，对每一根桩身的倾斜程度进行实时监测和检测，在倾斜程度太大，无法通过拉直方式对正的情况下，将其拔出并重新对正。为了确保垂直度，采用2 个经纬仪双线监测。

4）在施工过程中，采用屏风法施工。该方法不会引起钢板桩的屈曲、扭转、倾斜及壁面下陷，钻孔精度高，易于封闭。首先，在导框内埋设10～20 根钢桩，形成网眼后再开始打桩。通常，要先将隔栅两侧的一套钢板桩打至设计标高，经检验合格后，将其焊接于围檩上，然后在中间1/3 或1/2 的高度处进行钻孔。屏风法打桩顺序可分为正序、逆序、往复序、中分序、中和序、组合序等。钢板桩布置的次序对钢板桩的垂直位移、轴向膨胀、钢板桩墙凸度和施工效率都有重要影响。因此，合理选择钢板桩的成孔顺序是成孔技术中的一个重要环节。选用的原则为：在已打好的屏风墙两端的钢板桩方向相反时，应按正序进行，相反时，按反向进行；在屏风墙体两端的钢板桩仍处于竖直状态的情况下，可以按往复式顺序施工；在钢板桩较长的情况下，可以采用组合顺序施工。在施工时，应根据具体条件来确定其施工顺序，可采用一种或几种顺序，逐次打至设计标高，一般为0.5～3.0 m。本工程采用正序施工。钢板桩允许变形量为：桩顶标高±10 cm，钢板桩轴线偏差±10 cm，钢板桩垂直度2%。

4.7 支撑体系施工

经计算，拉森钢板桩采用一道内侧支护，分两步进行，第一步是机械开挖至2 m，然后进行大梁、内撑的安装，其次是手工与机械一起挖到坑底。在施工过程中，及时设置围檩和内撑，确保施工的安全性。挖出来的土方全部由外而内堆积，沟槽边不堆土。

（1）材质：所有型号的钢材均为Q235-B 级。（2）各部件的连接：所有支承系统的结合部均为平接头，焊接成水平接头。在所有结合部的拐角上，均应有300 mm 的横向连接钢板。在各部件的接头上，采用全焊接方式，焊接长度不得少于8 mm。为了提高腹板的稳定和扭转刚度，在梁柱与支座的结合部加厚10 mm 的钢肋。

4.8 钢板桩的拔除

在区域内的混凝土排水管铺设完毕之后，将渣石等物质回填至距管顶30 cm 的位置，然后进行支撑的拆卸，拆卸时，先拆横向支撑，后拆顺水支撑。在下道支护拆除完毕后，按层状进行回填，当离上道支护30 cm 时，首先将上道水平支护拆除，然后将顺流支护拆除；在全部支撑物被移除后，以10%比重的灰泥土进行回填，填至钢板桩顶部。

拆除支架时，要拆除各种连接和加固构件，彻底拆除焊接触点，并有专人在现场指导拆卸和切割施工，确保整个支架拆除施工的安全。

4.9 钢板桩土孔处理

拔桩后遗留的桩孔应及时进行回填，回填土料为砂。桩孔的处置：为了使桩孔能及时回填，在打桩机提升1 m 的时候停止下钻，振动几分钟，方便桩孔充填。当钢板从桩孔中抽出后，预留的空间要立即用1∶1 的水泥浆进行填充。

5 监控量测

5.1 监测位置

观测基坑的水平位移、基坑两侧的地面沉降、基坑的水平位移、基坑支护轴力等。

5.2 监测点数量及点位设置

于沟槽外侧5 m 处设置沉降监测点，沿沟长10 m 设置水平位移监测点，在基坑两侧各设置5 m 左右的水平距离，即在基坑的最深处设置一个水平位移监测点，同时在基坑的两端分别设置沉降、倾斜及水平位移监测。结合工程实际，观测了基坑底部的回弹与隆起情况。

5.3 监测和试验控制指数

支撑桩顶处的水平移动不超过10 mm，移动速度不超过2 mm/min。外围地表沉降量不超过15 mm，雨水方沟区域的水平偏移量不超过5 mm。

5.4 监测要求

在支护工程实施之前，准确地测量初值。在施工过程中，注意保护好试验点和试验器材，避免试验器材受到损害。为了保证试验参考点的可靠度和试验仪器的正常使用，必须采取有效的方法，以保证试验结果的正确性。应将监控资料和最后的试验评估结果及时提交给设计者，以便于分析和制定预防措施。

5.5 监测周期

监测期为从基坑开挖到基坑回填的时间。在围护施工期间，一般情况下，相邻被测物的监测时间为2 d；日变化或累积变化超过警情时，应增加检测频率，达到1 次/d；对于监测资料出现异常或突变率过大等特殊情形，可适当增加监测频率或追踪监测。在地下工程建设期间，需要对每个监测项进行2～3 次/d 的监测。在拆除阶段，每日监测1 次。

5.6 实施工作要点

在确定支撑方案之后，按照有关技术规范进行支撑结构的设计，确保支撑系统和材料的选择符合支撑结构的安全性要求。在建设项目开始之前，应组织专家对建设项目进行评估，评估通过后才能开始施工。

6 结语

通过使用钢板桩支护施工技术，使本工程排水管道基坑工程施工段得到了有效的支护，确保了基坑内大管径钢筋混凝土排水管道的安装能够安全、高效地完成，从而达到市政工程社会效益与经济效益的最优结合。本文介绍了一种在深基坑内采用钢板桩支护系统的方法，并对其在深基坑内的应用进行了总结，为类似市政管线的安装提供了可借鉴的经验。