拉森鋼板樁在軟土Ⅳ類場地基坑圍護中的應(yīng)用

□文/渠運國 楊修茂 劉金興

鋼板樁是一種常用圍護結(jié)構(gòu)，常用鋼板樁墻一般采用普通槽鋼正反相扣搭接而成，這種槽鋼樁墻整體性差，擋土效能低且不能防滲水，僅作為一種臨時性的圍護結(jié)構(gòu)而用。拉森鋼板樁是一種新型整體性和防水性能優(yōu)異的鋼板樁支護結(jié)構(gòu)形式，主要適用于粘性土、粉土和填土等基坑圍護工程中，具有施工快捷、周期短、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點。

1 工程概況及地質(zhì)條件

天津市漢沽地區(qū)某住宅小區(qū)配有土建變電站，地上、地下各1層，框架結(jié)構(gòu)，平面呈“L”形，基坑矩形平面開挖尺寸20.3 m×12.0 m，開挖深度為4.5 m。

場地屬第四系沖積～海積平原，幾經(jīng)海陸變遷沉積了巨厚的沉積物。抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計地震分組為第一組，場地土類型屬軟土，場地類別為Ⅳ類。現(xiàn)已用素填土進行回填，素填土厚度為1.5 m，基坑開挖范圍各土層的組成及主要物理力學參數(shù)見表1。

表1 各土層主要物理力學參數(shù)

場地淺層地下水屬潛水類型，地下水的補給以大氣降水滲入為主，排泄以蒸發(fā)為主。測得地下水穩(wěn)定水位埋深為0.7～1.0 m。

2 支護方案

2.1 方案比選

結(jié)合本工程周邊環(huán)境、場地地質(zhì)條件及基坑開挖情況，基坑周邊圍護可采用重力式水泥攪拌樁、灌注樁加攪拌樁或拉森鋼板樁3種支護方案。

1）重力式水泥攪拌樁。圍護結(jié)構(gòu)體系為6排格構(gòu)布置雙頭水泥攪拌樁，水泥攪拌樁做止水帷幕，帷幕頂設(shè)置鋼筋混凝土板，水泥攪拌樁樁長為14.50 m，見圖1和圖2。

圖1 重力式水泥攪拌樁平面

圖2 重力式水泥攪拌樁剖面

重力式水泥攪拌樁施工方便，坑內(nèi)可敞開挖土，止水效果較好，是軟土地區(qū)基坑圍護常用形式。對于本基坑工程，考慮基坑開挖范圍內(nèi)軟土厚度大，基坑開挖深，水泥攪拌樁擋墻的寬度寬，為滿足基坑整體穩(wěn)定性要求，水泥攪拌樁嵌入坑底的深度大，整個工程造價高；另外，基坑開挖需待水泥攪拌樁達到設(shè)計強度后進行，整個工期超過要求。

2）灌注樁加攪拌樁。圍護結(jié)構(gòu)體系為單排灌注樁+支撐體系，雙頭攪拌樁做止水帷幕，灌注樁頂設(shè)置帽梁，灌注樁樁長為10.05 m，攪拌樁樁長為10.50 m，見圖3和圖4。

圖3 灌注樁加攪拌樁平面

圖4 灌注樁加攪拌樁剖面

灌注樁加攪拌樁施工方便，可敞開挖土，止水效果較好，是軟土地區(qū)基坑圍護常用形式。該方案既能滿足土方側(cè)壓力的要求，也具有良好的止水效果，但是灌注樁的施工周期較長，灌注樁中的鋼筋不可回收利用。同樣，基坑開挖需待水泥攪拌樁和灌注樁達到設(shè)計強度后進行，整個工期超過要求。

3）拉森鋼板樁。圍護結(jié)構(gòu)體系為拉森板樁加支撐體系，拉森鋼板樁同時兼做止水帷幕，具有防水的作用，鋼板樁樁長為12 m，在基坑四角設(shè)置降水井，見圖5和圖6。

圖5 拉森鋼板樁平面布置

圖6 拉森鋼板樁結(jié)構(gòu)剖面

采用拉森鋼板樁，小止口施工，可起到止水和擋土的雙重作用。對于土建變電站這種矩形基坑，在鋼板樁上設(shè)置支撐后，整個支撐系統(tǒng)受力合理。拉森鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點在于其施工工藝成熟，施工方便快捷，可再回收利用，施工工期能滿足要求見圖7-圖8。

圖7 拉森鋼板樁平面

圖8 拉森鋼板樁連接

2.2 經(jīng)濟分析

依據(jù)天津市造價信息以及支護方案施工圖進行造價統(tǒng)計，見表2。

表2 3種基坑支護方案造價對比

由表2可知：

1）拉森鋼板樁方案造價最低，重力式水泥攪拌樁支護方案的造價最高，灌注樁加攪拌樁方案造價居中；

2）拉森鋼板樁方案造價50.54萬元，較灌注樁加攪拌樁方案降低4.77萬元（8.62%）；較重力式水泥攪拌樁方案降低6.69萬元（11.69%）。

2.3 方案確定

通過受力分析，上述3種支護方案均能滿足結(jié)構(gòu)體系強度、整體穩(wěn)定性≥1.3及抗傾覆穩(wěn)定性≥1.15的要求。綜合方案優(yōu)缺點、工期的要求以及造價，最終選擇拉森鋼板樁方案。

3 支護效果

土方開挖過程中，圍護結(jié)構(gòu)整體較為穩(wěn)定，局部變形較設(shè)計值偏大，最大位移約81mm，基坑周邊地面有明顯的裂縫。土建變電站基礎(chǔ)施工完成后，基坑基本穩(wěn)定。

分析基坑開挖過程中的位移變化情況，產(chǎn)生基坑變形過大的主要原因有以下幾個方面：

1）基坑土方開挖未按設(shè)計要求進行分層開挖，而是一次性挖至坑底，挖土施工速度太快，鋼板樁承受土壓力變化較大且基坑頂面挖土過程中臨時堆土過高，堆土的荷載加大；

2）支撐安裝過程中考慮施工方便未對支撐施加預應(yīng)力，圍護鋼板樁在一定程度上處于被動受力，鋼板樁經(jīng)過較大變形后受力才趨于穩(wěn)定；

3）鋼圍檁安裝時，圍檁與拉森鋼板樁之間存在一定的間隙，現(xiàn)場施工時未能及時將該間隙墊實；

4）拉森鋼板樁本身的整體剛度有限，加之鋼板樁經(jīng)過多次循環(huán)使用，其抗彎剛度會明顯降低，設(shè)計時需對其抗彎剛度進行折減。

整個基坑在使用期間，支護結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，未發(fā)生異常現(xiàn)象，說明拉森鋼板樁加鋼支撐圍護形式在本工程圍護的應(yīng)用中是成功的。

4 結(jié)論

1）拉森鋼板樁在土建變電站等基坑圍護中施工快捷方便且可重復利用，節(jié)約鋼材。

2）拉森剛板樁的施工周期短，因此適用于對工期要求緊迫的工程。

3）在軟土Ⅳ類場地中，拉森鋼板樁方案的造價較重力式水泥攪拌樁方案、灌注樁加攪拌樁方案經(jīng)濟。

4）拉森鋼板樁實際施工時其變形量較設(shè)計值偏大，設(shè)計時應(yīng)考慮實際位移過大因素。

[1]羅志剛.拉森鋼板樁管道基槽支護設(shè)計與應(yīng)用[J].廣東土木與建筑，2008，（7）：13-15.

[2]江正榮.建筑施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.