拉森鋼板樁在富水砂層深基坑支護中的應(yīng)用

鄧 敏，劉 勇

(1.湖北地礦建設(shè)勘察有限公司，湖北 武漢 430072；2.武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司海南分公司，海南 海口 570100)

1 工程概況

某新建泵站截污工程，線路長約330 m，其中1處污水提升泵站、6處污水檢查井和40 m污水管道涉及基坑開挖支護。該項目位于某省會城市，截污工程沿線穿越兩條現(xiàn)狀道路，周邊地下管線豐富，附近分布有地鐵站點、高架橋及廣場。

工程場平標(biāo)高23.1 m，泵站底板標(biāo)高13.5 m，開挖深度9.6 m，平面尺寸6.5 m×6.5 m；檢查井底板標(biāo)高16.9 m，開挖深度6.2 m，平面尺寸3.9 m×3.9 m；管道基礎(chǔ)標(biāo)高18.9 m，開挖深度4.2 m，長40 m，寬2.8 m。

2 工程水文地質(zhì)

工程沿線場地地貌單元屬長江沖積一級階地，地勢起伏小，場地地層自上而下劃分為三個單元層。

1)雜填土(Qml)，雜色，稍濕～飽和，土質(zhì)不均，由一般黏性土和碎石、塊石等混合構(gòu)成，硬物質(zhì)含量約20%～30%，結(jié)構(gòu)松散雜亂，堆積年限少于10年。場地跨越兩條現(xiàn)狀道路，部分位置表面覆蓋有1層30 cm瀝青及混凝土面層。

根據(jù)埋藏條件和含水層性質(zhì)分析，地下水主要表現(xiàn)為上層滯水和孔隙承壓水。上層滯水主要賦存于1)雜填土中，水量有限且分布不連續(xù)，依靠大氣降水及地表散水垂直下滲補給，對本工程建設(shè)有一定影響。孔隙承壓水主要賦存于2)黏性土、砂土過渡層及3)粉砂層，水量較豐富；承壓水水位受長江水位影響較大，據(jù)地下水長期觀測資料，承壓水頭標(biāo)高在17～21 m左右。

3 基坑支護方案比選

3.1 工程特性

1)泵站基坑和檢查井基坑平面為正方形，管道基坑平面為長條形，局部存在轉(zhuǎn)角；基坑開挖深度4.2～9.6 m，支護面積15.21～112 m2；總體而言基坑規(guī)模小，局部挖深較大。

2)工程沿線穿越兩條現(xiàn)狀道路，地下管線豐富，且附近分布有地鐵站點、高架橋及廣場，周邊環(huán)境較復(fù)雜。

3)基坑側(cè)壁地層工程性質(zhì)一般，且地下水對基坑開挖影響大，基坑側(cè)壁地層物理力學(xué)參數(shù)建議值見表1。

表1 基坑側(cè)壁地層物理力學(xué)參數(shù)

綜合確定泵站基坑重要性等級[1]為二級，檢查井及管道基坑重要性等級為三級。

3.2 方案比選[2]

1)樁撐支護。檢查井和管道基坑采用鉆孔灌注樁支護，泵站基坑采用鉆孔灌注樁+混凝土內(nèi)支撐支護。優(yōu)點：支護剛度大，邊坡變形小，可有效保護基坑周邊建筑物和地下管線安全。缺點：鉆孔灌注樁和混凝土內(nèi)支撐施工、養(yǎng)護周期相對較長，且工程造價較高。

2)雙排樁支護。檢查井和管道基坑采用鉆孔灌注樁支護，泵站基坑采用雙排鉆孔灌注樁支護。優(yōu)點：門架式支護結(jié)構(gòu)，剛度大變形小，且利于坑內(nèi)土方挖運和基礎(chǔ)施工。缺點：需要較大施工空間，工程造價高。

3)鋼板樁鋼撐支護。泵站和檢查井等方形基坑采用拉森鋼板樁[3]+角撐支護，管道狹長基坑采用拉森鋼板樁+對撐支護。優(yōu)點：可快速施工，工程造價低。缺點：柔性支護結(jié)構(gòu)剛度有限，抵抗變形能力不強。

該項目基坑開挖施工過程中，還需進行地下水止水和降水處理。樁撐和雙排樁方案均需在樁后或樁間布置止水帷幕進行隔水，但鋼板樁方案不需要。

根據(jù)以上分析，從工程安全、施工可行性、造價投資等方面綜合考慮，不難判斷鋼板樁鋼撐方案更勝一籌。

4 鋼板樁支護設(shè)計

拉森鋼板樁均采用FSP-Ⅳ型，壁厚為15.5 mm，單片截面面積96.99 cm2，慣性矩4 670 cm4，截面模量362 cm3；每延米截面面積242.5 cm2，慣性矩38 600 cm4，截面模量2 270 cm3。設(shè)計泵站基坑采用長15 m拉森鋼板樁+三道角撐支護，樁頂卸土1.5 m高，坡比1∶1，坡面采用掛網(wǎng)噴混凝土支護，平臺寬2 m；檢查井基坑采用長12 m拉森鋼板樁+兩道角撐支護；管道基坑采用長12 m拉森鋼板樁+一道對撐支護。基坑支護設(shè)計計算采用天漢(V2015)軟件，鋼板樁樁身最大彎矩、剪力、位移及最小被動區(qū)彈性抗力安全系數(shù)[1]等計算參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 鋼板樁計算參數(shù)結(jié)果統(tǒng)計

圍檁、支撐選用兩根25b工字鋼雙拼組成，中心距20 cm，截面面積A=107.08 cm2，截面慣性矩Ix=10560 cm4，Iy=11326 cm4，截面抵抗矩Wx=846 cm3，Wy=712.327 cm3，截面半面積矩Sx=495.8 cm3，Sy=535.4 cm3。

鋼支撐體系內(nèi)力計算結(jié)果見表3。

表3 鋼支撐體系內(nèi)力計算結(jié)果統(tǒng)計

根據(jù)計算結(jié)果進行鋼板樁鋼撐結(jié)構(gòu)強度驗算。

鋼板樁強度驗算：

鋼圍檁強度驗算：

鋼支撐強度驗算：

各項設(shè)計指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

5 結(jié) 語

本文結(jié)合富水砂層小型深基坑工程實例，闡述鋼板樁結(jié)合鋼撐支護方案，不僅能節(jié)約工程造價投資，還能有效縮短施工工期，具有良好的經(jīng)濟效益。目前在國內(nèi)，鋼板樁多用于開挖深度10 m以內(nèi)的中小型基坑，資料顯示，國外已有鋼板樁用于開挖深度20 m的深基坑工程實例，由此可見鋼板樁具有廣闊的市場前景，對其施工工藝、技術(shù)的深入研究，將有助于其進一步推廣使用。

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