鋼板樁支護在靈武太中銀鐵路立交特大橋深基坑施工中的應用

張 靜

中鐵一局集團橋梁工程有限公司

鋼板樁支護在靈武太中銀鐵路立交特大橋深基坑施工中的應用

張 靜

中鐵一局集團橋梁工程有限公司

鋼板樁支護系用一種特制的型鋼板樁，利用打樁機沉入地下構成一道連續的板墻，作為深基坑開挖的臨時擋土、擋水圍護結構，鋼板樁因其安全、環保、經濟以及快捷的優點作為一種新型的基坑支護方式近年來得到廣泛的應用。文章以靈武太中銀鐵路立交特大橋基坑工程為例，分析了深基坑鋼板樁支護在鐵路工程施工中的應用特點,闡述了深基坑鋼板樁支護的施工過程,對鋼板樁在基坑工程中的應用進行了對比分析，進一步驗證其在深基坑工程的可行性，為類似工程設計、施工提供有益的參考，并積累了鋼板樁支護經驗,對于實現社會效益和經濟效益的最大化有重要意義。

鋼板樁；深基坑；圍護結構；基坑支護；施工

1 引言

基坑支護技術是一項涉及土力學中典型的強度、穩定性及變形問題，又涉及土與支護結構共同作用的問題的綜合性巖土力學的問題。相比樁基礎和地基處理，其具有更大的難度。鑒于基坑支護是臨時性工程，因此如何尋找安全的支護方式與經濟支出之間的平衡就顯得尤為重要。

2 工程概況

新建銀西鐵路(銀川至吳忠段)客專工程靈武太中銀鐵路立交特大橋位于靈武市境內，大橋全長10.255km，在DK586+912.77處上跨銀靈一級公路，橋梁上部采用1-64m系桿拱施工，橋梁下部12#、13#墩為鉆孔樁基礎，大體積承臺施工緊臨銀靈一級公路。12#、13#墩承臺結構尺寸為19.4m×10.6m×5m，，承臺頂埋深1.5m，基坑最大開挖深度6.5m。

該地區地勢較為平坦，橋址區地層主要為第四系全新統、上更新統洪積粉土、粉砂、粗（細）圓礫土，無不良地質及特殊巖層。其中0～3.5m為粉質粘土，3.5～9.5m為粉砂，9.5～15m為細砂，以下為粗（細）圓礫土等。

3 鋼板樁施工方案

鉆孔灌注樁施工完成后，利用拉森Ⅳ型鋼板樁支護基坑，將鋼板樁打入土層，鋼板樁長15m，鋼板樁嵌入深度不小8.5m。鋼板樁打設完成后開始開挖寬1m、深1m的溝槽安裝圍囹，圍囹截面形式為Ⅰ45a工鋼，閉合成環，增強圍囹處焊接角板，內撐采用φ429×9mm鋼管，斜撐采用HW400c型鋼。繼續開挖至設計高程。

4 鋼板樁支護設計計算

4.1 鋼板樁結構計算

4.1.1土壓力計算

圖1 鋼板樁圍堰立面布置圖（單位：m）

由工程概況知土層1粉質粘土土體粘聚力c為15.00kPa，土體內摩擦角φ為23°，土的容重γ1為20kN/m3，水的容重γ2為10 kN/m3，粉質粘土厚度為3.42m，地下水高度為2.42m。

土層2粉砂土體粘聚力c為3.00kPa，土體內摩擦角φ為34°，土的容重 γ1為20kN/m3，水的容重 γ2為10 kN/m3，粉砂土厚度為6.10m，地下水高度為6.10m。

土層3細砂土體粘聚力c為0.00kPa，土體內摩擦角φ為36°，土的容重 γ1為20kN/m3，水的容重 γ2為10 kN/m3，細砂厚度為5.48m，地下水高度為5.48m。

1.計算三層圖的主動土壓力系數Ka1和被動土壓力系數Kp1：

2.計算左半部分土壓力強度

B點：

分界面以上：

分界面以下：

D點：

分界面以上：

分界面以下：

E點：

圖2 計算圖

3.計算左部分鋼板樁內側土壓力強度

鋼板樁內D分界面以上：

D分界面以下：

底端：

4.左右合成主動土壓力得：

作用于擋土墻上總的主動土壓力和被動土壓力，即為土壓力分布面積之和故：

Ea作用點位置 Hc：

5.左右合成水壓力Ew得：

Ew作用于距墻底：

4.2 基坑穩定性驗算

4.2.1鋼板樁強度

鋼板樁采用德國拉森Ⅳ型鋼板樁，截面抵抗矩為W=2270cm3,截面面積620cm2，允許抗剪應力選取[τ]=110MPa。剪應力：

由上述計算可知選取德國拉森Ⅳ型鋼板樁強度滿足要求。

4.2.2圍囹驗算

I45a截面各參數：Ix=32240cm4，wx=1430cm3，S=102cm2，允許抗彎應力選取[σ]=140MPa，允許抗剪應力選取[τ]=75 MPa。

抗彎驗算：

故圍檁滿足抗彎要求。

5 鋼板樁支護施工過程

采用鋼板樁施工時，為確保邊坡穩定，防治坍塌，避免二次基坑開挖，采用6m鋼板樁配合內支撐進行支護。鋼板樁打入深度應根據現場實際情況進行控制，一般為承臺底部以下3m左右。測量人員首先確定鋼板樁位置，可每隔一定距離設置導向樁，一般距承臺邊線1.0m，然后掛繩線作為導線。

鋼板樁采用履帶式液壓挖土機KAT021250帶VH22000液壓振錘的錘機施打，施打前先查明地下管線、構筑物的情況，測放出支護樁中心線。在施打中考慮到鋼板樁較長，鋼板樁容易向一邊傾斜，由于傾斜誤差積累不易糾正，難以控制鋼板樁墻的平直度，所以鋼板樁施工擬采用屏風式打入法。

5.1 鋼板樁施工的一般要求

①鋼板樁的設置位置要符合設計要求，便于混凝土承臺基礎施工，即在基礎最邊緣外留有支模、拆模的余地。

②打樁前，對鋼板樁逐根檢查，剔除連接鎖口銹蝕、變形嚴重的鋼板樁，不合格者待修整后才可使用。

③基坑護壁鋼板樁的平面布置形狀應盡量平直整齊，避免不規則的轉角，以便標準鋼板樁的利用和支撐設置。

④整個基礎施工期間，在挖土、吊運、綁鋼筋、澆筑混凝土等施工作業中，嚴禁碰撞支撐，禁止任意拆除支撐，禁止在支撐上任意切割、電焊，也不應在支撐上擱置重物。

5.2 鋼板樁施工順序

鋼板樁位置的定位放線→挖溝槽→安裝導梁→施打鋼板樁→拆除導梁→圍囹加固→基坑開挖→承臺施工→基坑回填→拔除鋼板樁。

6 結論

（1）板樁的埋置深度選取要適當，過深則浪費，過淺則不安全。從各種資料看，設內支撐板樁的h與hd，比一般不超過1:1；

（2）在地下管線及鄰近密集建筑群中進行深基礎開挖，采用內支撐鋼板樁支護是一種有效的方法，其安全可靠，施工設施不占用場地。這種支撐是工具式的，可以多次重復使用，節約投資，且機械化程度高；

（3）當開挖面以下土質較好,鋼板樁人土深度不大時,單層支撐可簡化成簡支梁模型,多層支撐可簡化成連續梁模型,以方便計算；

（4）當地下水位較高,需考慮水壓力影響,土的容重應以浮容重計,同時計人水壓力,文中有關公式應做相應變更；

（5）拉森鋼板樁實際施工時其變形量往往較設計計算值偏大，設計時應對可能產生位移過大的原因予以考慮。

[1]劉國斌,王衛東.基坑工程手冊[M].2版.北京:中國建筑工業出版社,2009.

[2]中國建筑科學研究院,JGJ 120-99建筑基坑支護技術規程[S],北京：中國建筑工業出版社,1999.

[3]中國建筑科學研究院，GB50497-2009建筑基坑工程監測技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2009.

[4]朱麗霞.基于等值梁法的基坑支護設計[J].土工基礎,2010,24(6)42～45.