鋼板樁支護在雨水管道工程中的應用

劉亮明（石家莊交通勘察設計院， 河北 石家莊 050000）

0 引 言

隨著我國城市的快速發展，城市建設規模在逐年擴大，吸納人口數量也在不斷上升，對市政道路等基礎保障設施提出了更高的要求。雨水管道工程作為城市道路配套工程，對城市排洪起著決定性作用，其設計標準在不斷提高。在雨水管道設計過程中，基坑防護需要進行專項設計。本文以河北省石家莊市勝利大街南二環至南三環段改建工程為例，對鋼板樁支護在雨水管道基坑防護中的應用進行了分析，旨在提高鋼板樁支護在基坑防護中的應用價值。

1 項目概況

勝利大街是河北省石家莊市主要南出市口，沿線居住區密集、開挖長度較長、地質條件較差、沿線多處存在其他管線等附屬設施，周邊環境較復雜，無法開挖放坡，同時也受到環保要求的影響，因而邊坡防護采取鋼板樁支護。

本項目起于勝利大街與石家莊市南二環交叉處，起點樁號 K295＋886，向南經塔談，與倉豐路平交后，經南位到達本項目終點南三環，終點樁號 K301＋142，路線長 5.26 km。本工程配合新建道路，擬建一排 d600、管道界面為 B×H＝4.00 m×2.66 m 的雨水管涵和一排d500～d800 的污水管道，擬建 d600 的雨水預埋管道和d500 的污水預埋管道，沿線設置收水井和收水支管。

2 工程地質條件

本工程土層結構自上而下描述如下。

第 ① 層：填筑土。該土層呈雜色，稍濕，中密～密實狀；上部主要成分為混凝土路面、礦渣、碎石等，下部由黏性土、灰土及砂粒組成。該土層主要分布在原有路基，分布較連續，底板埋深 0.70 m～3.00 m，揭露層厚度在0.70 m～3.00 m 之間。

第 ①1層：雜填土。該土層呈雜色，稍濕，稍密；主要成分為粉土、粉質黏土、砂粒，上部為混凝土路面。該土層主要分布在現有路東側加寬路基部分，分布不連續，揭露最大層厚度為 3.50 m。

第 ①2層：素填土。該土層呈褐黃色，稍濕，稍密～密實；主要成分為粉土、粉質黏土，含植物根系。該土層主要分布在現有路東側加寬路基部分，分布較連續，底板埋深 0.60 m～2.50 m，揭露層厚度在 0.50 m～2.20 m 之間。

第 ② 層：黃土狀粉質黏土層。該土層呈黃褐～褐黃色，可塑～硬塑狀，局部為軟塑、堅硬狀；土質較均勻，含鐵錳氧化物及鈣質結核，無搖震反應，干強度、韌性中。該層夾粉土、細砂薄層或透鏡體。該層分布較均勻連續，未全部揭穿，揭露底板埋深 3.40 m～8.60 m，揭露層厚度在 1.60 m～6.30 m 之間。

第②1層：黃土狀粉土層。該土層呈褐黃色，稍濕～濕，密實狀；土質較均勻，含砂粒、少量云母，搖震反應中，干強度、韌性低；間夾粉質黏土薄層或透鏡體，僅在鉆孔 ZK7、ZK8 揭露。該層分布不連續，揭露層最大厚度為 6.20 m。

第 ②2層：細砂層。該土層呈灰白色，稍濕，稍密狀；砂質較純，主要礦物成分為長石、石英，含云母，分選性較差，磨圓度中等，級配中等，僅在鉆孔 ZK4、ZK11、ZK14、ZK16 揭露。該層分布較連續，揭露層最大厚度為 2.80 m。

第 ③ 層：黃土狀粉土層。該土層呈褐黃～褐黃色，稍濕～濕，中密～密實狀，土質較均勻，含鐵錳氧化物、砂粒及少量云母，搖震反應中，干強度、韌性低，局部夾粉質黏土薄層或透鏡體。該層揭露主要存在于 ZK23～ZK66，分布較均勻連續，底板埋深 4.60 m～8.90 m，揭露層厚度在 0.90 m～2.80 m 之間。

第 ④ 層：細砂層。該土層呈灰白色，稍濕，稍密～中密狀，局部密實；砂質較純，主要礦物成分為長石、石英，含云母，分選性較差，磨圓度中等，級配中等，局部夾中砂薄層或透鏡體。該層揭露主要存在于 ZK17～ZK66。

第 ④1層：粉質黏土層。該土層呈褐黃色，可塑狀，含鐵錳氧化物及鈣質結核物，無搖震反應，干強度、韌性中。該層分布較連續，僅在 ZK64、ZK65、ZK66 揭露，揭露層最大厚度為 5.60 m。

第 ④2層：粗砂層。該土層呈灰白色，稍濕，中密狀；砂質不純，主要礦物成分為長石、石英，含云母，分選性較差，磨圓度中等，級配中等；局部含大量礫石，夾細砂薄層。該層揭露主要存在于 ZK54～ZK56 及BK10～BK12，揭露層最大厚度為 3.70 m。

第 ⑤ 層：粉質黏土層。該土層呈褐黃～褐黃色，可塑～硬塑狀，局部為堅硬狀；土質較均勻，含鐵錳氧化物及鈣質結核物，無搖震反應，干強度、韌性中；局部夾粉土、粉砂薄層或透鏡體。

土地層工程性質指標建議值如表1 所示。

表1 土地層工程性質指標建議值一覽表

場地地下水埋藏較深，勘察期間，在鉆孔深度范圍內（最大深度 20m）未見地下水，因而不考慮地下水對土方開挖和基坑支護工程的影響。

3 鋼板樁支護設計

3.1 設計方案

本工程基坑側壁安全等級為二級， 結構安全等級為二級，基坑支護期限為 1 年。開挖深度在 4.5 m～5.5 m 之間。根據基坑深度，采用 40 b 工字鋼支護，一丁三順布置，兩“丁”樁間距 1.3 m，樁長 10 m。由一道雙拼 40b工字鋼圍檁和 Ф402×14 mm 的鋼管作為基坑的支撐體系，支撐水平間距為 4 m。坑外距基坑內邊線 1.5 m 處設擋水墻。

開挖深度在 5.5 m～7.5 m 之間，根據基坑深度，采用 40b 工字鋼支護，一丁一順布置，兩“丁”樁間距 450 mm，樁長 12 m。由一道雙拼 40b 工字鋼圍檁和Ф402×14 mm 的鋼管作為基坑的支撐體系，支撐水平間距為 4 m。坑外距基坑內邊線 1.5 m 處設擋水墻。

3.2 工字鋼支護

3.2.1 工字鋼主要參數

根據基坑深度準備長為 10 m、12 m 的 40b 工字鋼。工字鋼主要參數及大樣如表2 所示。

表2 工字鋼主要參數及大樣表

3.2.2 工字鋼支護施工流程

施工準備→測量放樣、定位→施工工字鋼支護→開挖設置鋼支撐→管道施工安裝→回填溝槽→拆除鋼支撐→拔除工字鋼支護→施工完成。

3.2.3 工字鋼支護的檢驗、吊裝、堆放

（1）工字鋼支護的檢驗。對工字鋼支護，一般有外觀檢驗和材質檢驗，以便對不合要求的工字鋼支護進行矯正，以減少打樁過程中的困難。外觀檢驗包括表面缺陷、長度、寬度、厚度、高度、端部矩形比、平直度等項內容。材質檢驗包括對工字鋼支護母材的化學成分及機械性能進行全面試驗。包括鋼材的化學成分分析，構件的拉伸、彎曲試驗，鎖口強度試驗和延伸率試驗等項內容。每一種規格的工字鋼支護至少進行一個拉伸、彎曲試驗。

（2）工字鋼吊運及堆放。裝卸工字鋼支護宜采用兩點吊。吊運時，每次起吊的工字鋼支護根數不宜過多，并應注意保護鎖口免受損傷。吊運方式有成捆起吊和單根起吊。成捆起吊通常采用鋼索捆扎，而單根吊運常用專用的吊具。工字鋼支護堆放的地點，要選擇在不會因壓重而發生較大沉陷變形的平坦而堅固的場地上，并便于運往打樁施工現場。

3.2.4 施工放樣

為保證工字鋼施打位置準確無誤，清表后底部須大致平整，技術人員定位后，灑白灰線，為防止白灰線受施工過程中澆水沖洗影響，需要每在中心線上每 5 m 插釘木樁，保證位置準確。

3.2.5 工字鋼支護

工字鋼支護施工關系到施工擋土和管線的安全，是本工程施工最關鍵的工序之一，在施工中要注意以下事項。

（1）在插打過程中隨時測量監控每塊樁的斜度不超過5/1 000，當偏斜過大不能用拉齊方法調正時，拔起重打。

（2）施工中應根據具體情況變化施打順序，采用一種或多種施打順序，逐步將板樁打至設計標高。

（3）工字鋼支護施工前應試樁，確定在礫石層中的打樁效果，不能穿透礫石層時，應使用長螺旋鉆機進行引孔。

（4）工字鋼支護采用振動法成樁，成樁時垂直度允許偏差為 1/200，沿基坑軸線方向墻面左右允許偏差為100 mm，橫向為 －50 mm～0。

（5）必須保證工字鋼支護沉樁的垂直度即施打板樁墻墻面的平整度，必要時可在工字鋼支護打入時設置打樁支架。

（6）若地層內部有塊石，導致工字鋼支護施工困難，則清除石塊后再施工工字鋼支護。

（7）工字鋼支護必須堅持在合理的范圍內進行重復使用的原則，以節省工程造價。

3.2.6 拔除工字鋼

（1）本工程拔樁采用振動錘拔樁，利用振動錘產生的強迫振動，擾動土質，破壞工字鋼支護周圍土黏聚力以克服拔樁阻力，依靠附加起吊力作用將樁拔除。

（2）拔樁注意事項。① 拔樁時，可先用振動錘將板樁鎖口振活以減小土的黏附，然后邊振邊拔。為及時回填拔樁后的土孔，當把板樁拔至比基礎底板略高時暫停引拔，用振動錘振動幾分鐘，盡量讓土孔填實一部分。② 對引拔阻力較大的工字鋼，采用間歇振動的方法，每次振動15 min，振動錘連續不超過 1.5 h。③ 工字鋼土孔處理對拔樁后留下的樁孔，及時采用水泥漿灌入密實。注漿采用P.O42.5 普通水泥攪拌均勻的 1∶1 水泥漿，加入 2% 的水玻璃。注漿流量控制在 10 L/min～15 L/min 之間，注漿壓力為 0.2 MPa～0.3 MPa。

3.3 鋼支撐施工

本工程鋼支撐由一道雙拼 4 0 b 工字鋼圍檁和Ф402×14 mm 的鋼管作為基坑的支撐體系，支撐水平間距為 4 m，主要包括圍檁及鋼管支撐等材料。支撐體系，如圖1 所示。

圖1 支撐體系示意圖

3.3.1 鋼支撐施工流程

鋼支撐安裝施工工藝流程為：基坑開挖→測量定位→焊接鋼牛腿→安裝鋼腰梁→吊裝鋼支撐→施加預應力→鋼楔鎖定→檢查各節點情況并組織完工驗收→交下道工序挖土施工→重復以上步驟直至鋼支撐全部安裝完畢→基坑開挖時時監控。

3.3.2 鋼支撐施工注意事項

（1）土方開挖時避免挖掘機械碰撞已經架設的鋼支撐。

（2）施工中做好對鋼支撐在安裝和使用過程中的軸線和位移觀測，如超過允許值，及時處理。

（3）注意基坑支護結構內的水平位移及地面沉降監測，其控制范圍為水平位移≤5.0 cm，地面沉降＜2.5 cm。

（4）意外原因造成基坑變形過大的處理措施：外界條件突然改變 （如基坑外附近管線漏水、地面荷載突然增大），或其他原因造成樁背后土壓力增大，通過位移觀測，樁頂位移超過 5 cm（警戒值），采取減壓或加固措施，如加強鋼支撐等以阻止位移繼續擴大，確保基坑安全。

3.4 監控量測

3.4.1 監測項目

結合本工程周圍環境特點，本基坑工程應設置（包括但不限于）以下幾個方面的監測內容：支護樁頂部水平位移，支護樁頂部豎向位移，地表沉降，地表裂縫，支護施工前對周邊建構筑物、管線及道路進行監測，并且做好記錄，施工時均納入監測范圍。

3.4.2 監測點布置

（1）在基坑施工過程中應在坡頂按每間隔≤20 m 且每邊不應少于 3 個監測點數布設，用于觀測邊坡水平位移和豎向直位移，同時又作為沉降觀測點。

（2）利用遠離場區的城市高程系水準控制點或獨立水準點作為沉降觀測的起算點，與以上點聯測，構成基坑支護沉降觀測網。四面圍墻周邊附近各布置 4 個沉降觀測點，與基坑周邊淺埋基礎建（構）筑物、重要管線監測點一起構成監測周邊環境的沉降觀測網。

3.4.3 觀測方法

水平位移監測采用小角法觀測。距離采用全站儀監測，按二級電磁波測距精度施測。豎向位移和沉降按一級沉降觀測的要求進行觀測。高程觀測儀器為 DS05 精密水準儀，水準尺為銦鋼尺。觀測要求如下：視距長≤30 m，前后視距差≤0.7 m，前后視距累計差≤1 m，視線高度≥0.3 m，基輔尺分劃讀數較差≤0.3 mm，基輔尺分劃高程較差≤0.5 mm。

4 結 語

本工程由于受到占地、地質等外界條件的限制，采用了鋼板樁支護。鋼板樁作為成品利用，其抗壓、抗彎、材料、接縫處理等在生產過程中都可以得到嚴格把控，應用效果更加可靠，并且具有耐久性好、可重復利用、施工工序簡單、縮短工期等優點，其在基坑防護中的應用價值被廣泛認可。不過，鋼板樁支護也存在樁接頭漏水、打拔樁振動噪聲大、容易引起周邊沉降等問題，在施工過程中應做好施工組織工作。