關(guān)于川北軟土地區(qū)近屋深基坑拉森鋼板樁支護(hù)的應(yīng)用

倪勃文 李鋒濤 張震 王琦

（1.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710075；2.西安中交環(huán)境工程有限公司，陜西西安 710064）

0.引言

游仙區(qū)鄉(xiāng)村旅游環(huán)線及芙蓉溪整治項(xiàng)目為綿陽(yáng)市鄉(xiāng)村旅游示范區(qū)重點(diǎn)工程項(xiàng)目，項(xiàng)目涉及四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的老舊管網(wǎng)改造提升工程。

項(xiàng)目部分管網(wǎng)工程分布在場(chǎng)鎮(zhèn)內(nèi)部。場(chǎng)鎮(zhèn)內(nèi)道路大部分較狹窄，單側(cè)或雙側(cè)分布較多的老舊居民房；沿道路兩側(cè)有電線桿分布，也存在大量既有雨污水管線和部分燃?xì)狻㈦娏艿馈?chǎng)鎮(zhèn)段管網(wǎng)施工過(guò)程中深基坑的開(kāi)挖對(duì)兩側(cè)老舊建筑的安全性有一定影響，本項(xiàng)目通過(guò)采用一種加設(shè)橫向內(nèi)撐的拉森鋼板樁的支護(hù)方式減少對(duì)土體的擾動(dòng)，降低了工程造價(jià)，加快了施工速度，確保了基坑兩側(cè)建筑物的安全。為類似工程提供一定參考依據(jù)，具有一定的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1.工程概況

1.1 施工條件

場(chǎng)鎮(zhèn)內(nèi)的深基坑均位于道路上，兩側(cè)民房較為密集，且房屋結(jié)構(gòu)老舊，房屋基礎(chǔ)埋深淺，所需開(kāi)挖基坑距離房屋較近，如果處理不慎可能導(dǎo)致較大的危險(xiǎn)事故發(fā)生。同時(shí)，由于房屋距離施工點(diǎn)位較近，基坑開(kāi)挖過(guò)程中不具備放坡開(kāi)挖的條件。因此項(xiàng)目場(chǎng)鎮(zhèn)段管網(wǎng)工程基坑支護(hù)方案應(yīng)盡可能減少開(kāi)挖量，避免對(duì)土體造成較大擾動(dòng)。因此減少對(duì)土體擾動(dòng)，避免對(duì)老舊房屋造成損壞成為設(shè)計(jì)關(guān)鍵難點(diǎn)所在。

1.2 土壤指標(biāo)

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及鉆孔揭露，擬建場(chǎng)地在勘探深度范圍內(nèi)地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)（Q4al+pl）粉質(zhì)黏土、粉土、黏土、粉細(xì)砂、卵石等，白堊系下統(tǒng)劍閣組（K1Jn）砂、泥巖互層等。計(jì)算各層土性見(jiàn)表1。

表1 土層信息

1.3 水文條件

場(chǎng)地內(nèi)地表水主要為降雨期積水，一般規(guī)模不大，采用抽水設(shè)備可滿足排水要求，對(duì)工程建設(shè)無(wú)影響。

據(jù)地形地貌、地層巖性及地下水賦存條件，區(qū)內(nèi)地下水類型可分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水。勘察期間，工程區(qū)除新橋鎮(zhèn)、太平鄉(xiāng)西北側(cè)丘陵地貌段地下水位埋深較大，其余沖洪積平原地貌段（地下水多屬松散巖類孔隙水）地下水位埋藏一般較淺，約0.5m～4.0m（根據(jù)鉆孔及老鄉(xiāng)自用水井揭示），局部低洼地段近地表，雨季地下水位會(huì)升高，因季節(jié)變化影響地下水位，地下水位變幅按±1.5m考慮。

勘察期間，鉆孔揭示的地下水主要為松散巖類孔隙水，總體來(lái)說(shuō)項(xiàng)目地下水位埋藏較淺，但水量較小，不會(huì)對(duì)工程造成過(guò)大影響，通過(guò)抽水設(shè)備可以滿足工程要求。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

隨著我國(guó)的工程建設(shè)的需要，各種土質(zhì)的深基坑都已出現(xiàn)。再軟土地區(qū)基坑工程中，單排支護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)普遍采用，但單拍支護(hù)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：頂部水平位移大、抗彎能力差。因此，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移要求嚴(yán)格的工程中，單排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)就顯得力不從心。[1]

由于兩側(cè)均距離房屋較近，無(wú)法進(jìn)行放坡開(kāi)挖，項(xiàng)目采用拉森鋼板樁的設(shè)計(jì)方式[2]。如圖1所示，在鋼板樁打入的地面設(shè)置一道圍檁，圍檁采用HW300×300型鋼，所用材料材質(zhì)為A3鋼。在鋼板樁頂部以下1.5m處設(shè)置一排橫向支撐，間距8m。橫撐采用φ200鋼管作為材料。

圖1 雙側(cè)施作鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面圖 （單位/m）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，以基坑平均深度3m～6m，現(xiàn)按開(kāi)挖最深度6m，寬2m的基坑支護(hù)作為典型工況進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

鋼板樁選用拉森Ⅲ型鋼板樁，每延長(zhǎng)米截面矩W=1350cm3/m，[f]=215MPa，取基坑深H=6.0m，附加荷載q=20kN/m2，采用理正深基坑驗(yàn)算，通過(guò)驗(yàn)算不同設(shè)計(jì)滿足基坑穩(wěn)定的最小嵌入深度，確認(rèn)增設(shè)橫向支撐可以有效減少鋼板樁的嵌固深度和沉降量。

2.1 支護(hù)樁設(shè)計(jì)內(nèi)力沉降

有內(nèi)撐的鋼板樁支護(hù)及無(wú)內(nèi)撐鋼板樁分別在1m嵌入深度及1.7m嵌入深度的條件下滿足各項(xiàng)規(guī)范[3-4]要求，其內(nèi)力包絡(luò)圖對(duì)比見(jiàn)圖2，沉降對(duì)比見(jiàn)圖3。

圖2 內(nèi)力對(duì)比圖

圖3 沉降量對(duì)比圖（單位/mm）

2.2 穩(wěn)定計(jì)算

2.2.1 整體穩(wěn)定性計(jì)算

采用瑞典條分法[5]，應(yīng)力狀態(tài)利用總應(yīng)力法，條分法中的土條寬度:1.00m。下滑裂面數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

2.2.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

Mp—被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩，對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定;對(duì)于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值。

Ma—主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩。

經(jīng)計(jì)算有內(nèi)撐的情況下最小安全Ks=19.773>=1.200，滿足規(guī)范要求。無(wú)內(nèi)撐情況下，最小安全Ks =1.207>=1.200，滿足規(guī)范要求。

2.2.3 抗隆起驗(yàn)算

分別采用式（2）、（3）進(jìn)行驗(yàn)算。在滿足規(guī)范要求的情況下，無(wú)撐需要嵌入深度1.7m，有撐需要嵌入深度僅為1.0m。有撐工況安全系數(shù)為1.901>1.9，無(wú)撐工況為2.608>1.6。

2.3 設(shè)計(jì)方案比選

通過(guò)上述計(jì)算，可以確認(rèn)拉森鋼板樁支護(hù)在有無(wú)橫向內(nèi)撐時(shí)所需最小嵌入深度分別為1.0m、1.7m。因此可以確認(rèn)在通過(guò)增加橫向內(nèi)撐可以有效減少拉森鋼板樁的嵌入深度，同時(shí)可以使周邊土體的沉降量大幅減小，有效減少對(duì)土體的擾動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)增加內(nèi)撐可以減少鋼板樁自身的長(zhǎng)度，有效降低工程造價(jià)。

3.施工工法

3.1 鋼板樁施工流程

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)地下管線復(fù)雜，且距離房屋距離較近，采用液壓震動(dòng)錘施打，施打前一定要熟悉地下管線、構(gòu)筑物的情況，認(rèn)真放出準(zhǔn)確的支護(hù)樁軸線。

考慮到鋼板樁較長(zhǎng)，在施打中，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(fēng)式打入法。屏風(fēng)式打入法不易使板樁發(fā)生屈曲、扭轉(zhuǎn)、傾斜和墻面凹凸，打入精度高，易于實(shí)現(xiàn)封閉合攏。施工時(shí)，將10～20根鋼板樁成排插入導(dǎo)架內(nèi)，使它呈屏風(fēng)狀，然后再施打。如圖4所示。

圖4 鋼板樁定位樁及導(dǎo)梁示意圖 （單位/mm）

施工工序如下：鋼板樁位置的定位放線—挖導(dǎo)梁溝槽及人工探管線—安裝導(dǎo)斬梁—施打鋼板樁—拆除導(dǎo)梁—挖土及裝支撐—安裝排水管道—回填溝槽—拔除鋼板樁—修復(fù)路面。

3.2 施工要點(diǎn)

打樁前，剔除連接鎖口銹蝕、變形嚴(yán)重的鋼板樁，不合格者待修整后才可使用。在鋼板樁的鎖口內(nèi)涂油脂，以方便打入拔出。

在插打過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量監(jiān)控每塊樁的斜度不超過(guò)2%，當(dāng)偏斜過(guò)大不能用拉齊方法調(diào)正時(shí)，采取拔起重打。一次打入的深度一般控制為0.5m～3.0m。鋼板樁施打的公差標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 鋼管樁打設(shè)公差標(biāo)準(zhǔn)

3.3 鋼管樁拔除

基坑回填后，要拔除鋼板樁，以便重復(fù)使用。拔除鋼板樁前，應(yīng)仔細(xì)研究拔樁方法順序和拔樁時(shí)間及土孔處理。否則，由于拔樁的振動(dòng)影響，以及拔樁帶土過(guò)多容易引起地面沉降和位移，給已施工的地下結(jié)構(gòu)帶來(lái)危害，并影響臨近原有建筑物、構(gòu)筑物或底下管線的安全。設(shè)法減少拔樁帶土十分重要，采用灌水震實(shí)和夯實(shí)的措施。

4.結(jié)論

項(xiàng)目所在地位于川北農(nóng)村地區(qū)，勘探范圍內(nèi)巖層結(jié)構(gòu)以軟土為主，施工區(qū)域兩側(cè)農(nóng)舍較多，存在大量構(gòu)造物。本文結(jié)合綿陽(yáng)地區(qū)鄉(xiāng)村場(chǎng)鎮(zhèn)的現(xiàn)狀，分析了軟土地基近農(nóng)舍深基坑開(kāi)挖所需面臨的問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范，通過(guò)理正軟件驗(yàn)算，設(shè)計(jì)了一種帶橫向內(nèi)撐的拉森鋼板樁支護(hù)，該支護(hù)可以有效減少深基坑開(kāi)挖對(duì)土體造成的擾動(dòng)。

通過(guò)增設(shè)橫向支撐可以有效減少拉森鋼板樁嵌入深度，降低周圍土體沉降量，減少對(duì)土體的擾動(dòng)。同時(shí)有效減少了每延米拉森鋼板樁的長(zhǎng)度，有效解決了工程造價(jià)，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。所建項(xiàng)目已完工，該方案在項(xiàng)目其他工程施工中也得到推廣應(yīng)用。