曾红杰

摘要：结合金海特大桥深基坑开挖施工实例，针对该桥址处于沿海地区，流塑淤泥层流动性较大，对于支护方式需要更深的分析和研究，为保证施工便道稳定及承台基坑施工安全，根据现场环境及工期要求提出利用拉森钢板桩进行整体支护的方法，确保基坑自身的安全、稳定，同时能有效的保证基坑四周地层稳定以及周围环境不被破坏。达到有效遏制安全事故的发生、为工程顺利实施创造良好的生产环境、实现安全生产与经济效益和谐统一的目的。

关键词：沿海地区;深流塑性;淤泥;深基坑内支护加固;拉森钢板桩

1 工程概况

1.1工程简介

金海特大桥（0-21#墩）（DK023+522.440～DK024+814.810）范围内桥梁下部结构承台深基坑开挖防护工程，桥址地处海积平原地貌，海滩前缘，地面标高多在海平面以下。桥址范围分布较为流塑性淤泥，据勘探揭示流塑淤泥厚15～30m。

本桥涉及深基坑开挖的承台共有15座，本文以9#墩为该段最深基坑开挖支护为例，结合该工程特点，详细介绍了拉森钢板桩在沿海地区深基坑开挖、内支撑支护的使用情况、使用步骤及注意事项，对其形成一个成熟的施工法提供参考。

1.2  工程地质与水文地质条件

（1）工程地质条件

工程地质条件：该段位于原废弃鱼塘，原地面0-19m左右为流塑性淤泥19-20m左右为强风化花岗岩，20m以下为弱风化花岗岩。强至弱风化岩体岩土工程施工分级一般为Ⅴ级，σ0=500～1000kPa。第四系地层主要为松散岩类孔隙水，地下水位埋深一般1～3.0m，水量丰富。

（2）水文地质

地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。地下水埋深1.2～8.3m，全有海水补给，根据本线地表水及地下水的水质检验成果显示，局部地段地表水、地下水具有硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀，化学环境作用等级为 H2，盐类结晶破坏作用等级为Y2，氯盐环境作用等级为L3。

2施工方案

拉森钢板桩是一种特制型钢板桩，用打桩机及振动锤将钢板桩压入地下构成一道连续的板墙，作为深基坑开挖的临时挡土、挡水围护结构。钢板桩结构具有质量轻、强度高、锁口紧密、水密性好、施工方便、施工速度快等优点，但是钢板桩具有一个致命的弱点是不能完全阻挡水和土中细小的颗粒，对于流塑性较大的淤泥无法阻挡，抗弯能力较弱，开挖挠曲变形较大，一般适用深度不超过4m，由于该基坑深度已超过4m，开挖时都是支护距离较密防止施工中钢板桩“踢脚”严重。

根据本工程场地地质情况和开挖深度的需要，本工程基坑防护主要是保证基坑边的稳固同时隔绝地下水流入基坑，起到支护边坡的作用，同时又要安全经济、施工快速。所以本桥深基坑开挖采用拉森式IV型钢板桩。

2.1钢板桩施工工艺流程

施工准备→测量定位→插打钢板樁→基坑开挖→钢围檩、内支撑安装→主体结构施工→基坑回填→钢板桩围护拆除

2.2施工工艺

（1）插打前施工准备

1）钢板桩进场后，拼装前应对其进行检查、丈量、分类、编号，并对钢板桩端制作吊桩孔。

2）钢板桩锁口应以一块长1.5～2.0m标准钢板桩进行滑动检查，凡锁口不合应进行修正合格后方能使用。钢板桩长度不够时采用同类型的钢板桩等强度焊接接长，焊接时先对焊或将焊口补焊合缝，再焊加固板，相邻板桩接长焊缝要错开。

3）对钢板桩逐根检查，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩，不合格者待修整后才可使用。

4）施打前一定要熟悉地下管线、构筑物的情况，如在钢板桩位置内有地线管线、构筑物需要提前处理后方可开始钢板桩的插打。

（2）测量放线

由测量人员定出钢板桩围护的轴线，可每隔一定距离设置导向桩，导向桩直接使用钢板桩，然后挂绳线作为导线，打桩时利用导线控制钢板桩的轴线。

（3）插打钢板桩

1）打桩前，在钢板桩的锁口内涂油脂，以方便打入拔出。

2）准备桩帽及送桩：打桩机吊起钢板桩，人工扶正就位。

3）单桩逐根连续施打，注意桩顶高程不宜相差太大，在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%。

4）基坑的四个角要使用转角钢板桩，保证基坑的防水性。

（4）钢支撑结构形式

为了确保基坑开挖及钢板桩安全可靠，钢板桩围堰支撑尤为重要。承台基坑开挖后，及时分别布置四层围檩，腰梁采用HM488×300型钢，围檩放置在采用[16槽钢焊接的牛腿上，间距2m设置一个，围檩上部采用1cm厚的钢板做限位卡固定腰梁，并在四角采用HM390×300型钢设置大、小斜角支撑，大斜撑间距≤3.5m，承台根据长边尺寸不同对称布置斜支撑。

为保证围檩安装位置准确和均匀，托架定位必须准确，顶面平整，托架间顶面高差不超过2mm。托架采用型钢制作，焊接在钢板桩壁上。

围檩型钢需要接长，满焊后采用δ15mm钢板帮焊。顺桥向和横桥向围檩接触处采用双层三角筋板防滑移。围檩与钢板桩之间的空隙采用钢板楔块楔牢。

斜撑与围檩采用型钢制作端块，边斜角为正交，端块与围檩间焊接双层20mm钢板防滑块。斜撑与端块之间采用焊接连接。

（5）深基坑钢板桩设计计算书

本计算书以9#墩承台为例（本桥基坑最大开挖深度），9#墩承台原地面至承台底开挖深度为6.842m，加上0.5m混凝土封底层，9#墩总开挖深度为7.342m。

1）设计资料

桩顶高程H1：2.355m，施工水位H2：1.500m。

地面标高H0：2.055m，开挖底面标高H3：-5.287m，开挖深度H：7.342m。

淤泥的容重加全平均值γ：16.6KN/m3，土浮容重γw 10.0KN/m3，内摩擦角加全平均值Ф：10°，粘聚力为18Kpa。

基坑开挖长a=14.0m 基坑开挖宽b=14.0m

主动土压力系数Ka=tg2（45-10/2）=0.704

被动土压力系数Kp=tg2（45+10/2）=1.420

2）确定内支撑层数及间距

弯曲截面系Wx=2270cm3，折减系数β=0.7

采用值W=βWx;容许抗拉强[σ]= 200MPa

按等弯距布置确定各层支撑的IV型钢板桩

能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h：

各支撑按等弯矩布置，则：

h1=1.11h=2.794m;h2=0.88h=2.24m;h3=0.77h=1.956m ;h4=0.70h=1.78m;h5=0.65h=1.65m

故，至少需4层支撑。

根据实际情况确定支撑位置如图所示。

h1=1.2m;h2=1.737m;h3=1.85m;h4=1.65m;h5=1.205m。

3） 钢板桩入土深度

根据盾恩法求桩的入土深度由公式γHKa（hi+t）=γ（Kp-Ka）t2

整理得：

解得t=8.27m，取安全系数K=1.1，t=9.1m，计算得钢板桩总长L=16.739m

根据市面钢板桩规格选用长度18m的钢板桩。实际入土深T=10.34m

4）基坑底部的隆起验算

在基坑开挖时，由于坑内土体挖出后，使地基的应力场和变形发生变化，可导致地基失稳。基坑抗隆起验算采用Caguot验算基坑稳定公式计算，

由此可得入土深度t的计算公式为                   ，其中开挖时地面荷载取q=1.3×20KN/m2，计算得t=6.06m，钢板桩的实际入土深度t0=10.34m≥t，满足要求。

4） 钢板桩及围檩受力计算

钢板桩受力计算

通过对几个工况的比较钢板桩最大弯矩计算值为282.96KN·m，σmax=282.96/2270×10-6=124.65MPa<[σ]=200MPa，满足设计要求。

围檩及内支撑计算

采用MIDASCIVIL建模计算，第三道围檩受力最不利，受力计算如下图：

由上述计算结果可知，围檩最大组合应力σmax=170.93MPa<[σ]=200MPa，围檩最大剪应力τs=73.29MPa<[τ]=80MPa，都满足设计要求。

（6）基坑开挖及防排水措施

1）基坑开挖待钢板桩打入就位后进行，弃土应做到随挖随运，严禁堆弃于基坑周边，增加基坑周边侧压力。

2）基坑开挖采用人工配合机械开挖，开挖成型后，周围外设置安全防护。同时在基坑周边以及施工便道设置警示标志。基坑排水采取在基坑四周设排水沟及集水坑，并由专人负责排除基坑积水，严禁积水浸泡基坑。为了不扰动原土层，坑底预留30cm人工清底。承台下按设计要求进行混凝土封底。开挖范围从结构物每侧向外1.0m为控制标准，满足立模施工空间要求。

3）由于处于淤泥较深的地质，每道围檩开挖前都要保证上一道围檩与钢板桩密贴。安装下一道围檩前先将钢板桩四周挤压密实，保证钢板桩与围檩的密贴。

（7）拔桩

承台墩柱施工完成后方可拔桩。拔桩采用振动锤：利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除。

3常见质量问题及防治措施

1）桩过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物，导致钢板桩打入深度不够，采用长臂挖机开挖掏出石头，再进行插打。

2）钢板桩杂填土地段挤进过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩往上拔 l.0m～2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。

3）钢板桩沿轴线倾斜度较大时，采用异形桩来纠正，异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩，异形桩可根据实际倾斜度进行焊接加工;倾斜度较小时也可以用卷扬机或葫芦和钢丝绳将桩反向拉住再锤击。

4）在基础较软处，有时发生施工当时将邻桩带入现象，采用屏风式插打。

5）当钢板桩与围檩不能密贴时采用圆管焊接或者钢板斜插焊接，保证钢板桩不会发生较大位移。

4基坑支护监测

（1）基坑支护检测仪器

利用施工单位现有的水准仪和经纬仪进行钢板桩外地表沉降和钢板桩顶点水平位移测量。水准仪用于测量地面和开挖过程控制标高以及施工中的沉降，经纬仪用于测量在钢板桩顶不同位置的施工控制点的水平位移，主要是靠乡道路水平位移和沉降观测。用监测数据反馈来调整处理施工中的突发情况。

（2）监测的布置和监测频率

在承台基础支护施工中，主要靠砲浮路侧进行水平位移及沉降观测，设置一个基准初始数据，柱承台基础监测的频率开挖前1次/d，开挖后2次/d。一直監测至基础回填完毕。

5 结束语

基坑支护工程是随着对地下空间的不断利用开发而发展起来的一项施工技术，它涉及众多学科与工艺，具有很强的地区特点。沿海地区作为典型的软土地区，基坑支护工程形成了自有的特点。随着新技术、新工艺的出现，基坑工程仍将继续不断发展、完善。采用拉森钢板桩支护，对周围环境影响较小。钢板桩施工简便，工序简单，质量容易控制，工期短，且现场整洁。

参考文献：

[1]横琴至珠海机场段施工图-珠机城际横机施图（桥）-3.

[2]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）.

[3]《铁路桥桥梁钢结构设计规范》（TB10091-2017）.

（作者单位：中铁六局集团广州工程有限公司）