雙排鋼板樁在軟土地區基坑中的設計與應用

摘要：本文結合工程項目實際，按支護結構水平位移為主要控制指標，將“雙排Ⅳ型拉森鋼板樁+雙管高壓旋噴樁止水+兩道鋼管支撐”的支護形式，用于深厚軟土地區基坑的坑中坑設計與應用進行計算分析，以達到保護周圍其他結構安全目的。

關鍵詞：基坑；安全重要性等級；雙排拉森鋼板樁；水平位移；內力；驗算

引言

拉森鋼板樁是一種帶鎖口的特制型鋼，通過施工機械設備振動打入土體中，依靠鎖口相互連接咬合形成連續的、用于擋土和擋水作用的鋼板樁墻。由于具有施工速度快、強度高、可循環利用等特點，在軟土地區基坑支護中應用較廣。

1.工程概況

本工程位于廣州市南沙區，是當年該區的重點工程項目，建筑物最高為地上39層，建筑高度約160m，采用鋼框架—鋼筋混凝土核心筒結構，樁基礎采用灌注樁基礎。地下基坑為兩層，基坑長度為590m，寬度為450m，開挖深度9.10m～9.60m。由于基坑周邊多為空地，用地紅線內管線全部拆除，用地紅線以外管線埋深較淺且距離較遠，對基坑支護不構成影響，基坑安全等級為二級。原基坑設計采用：上部小放坡+1排灌注樁+2～3道預應力錨索+坑內格柵式水泥攪拌樁加固支護，基坑外側設置1排三軸水泥攪拌樁截水帷幕。基坑施工后期，由于建筑結構設計調整，在靠近基坑一側10.0m的位置增設一個高速電梯，電梯井開挖深度為6.0m（自負2層基坑底算起），基坑的長度、寬度均為30.0m，本文是針對新增開挖深度為6.0m的軟土中的坑中坑進行支護設計。

2.工程地質和水文地質條件

2.1工程地質

2.1.5燕山三期花崗巖（γ52（3））基巖：主要由全風化花崗巖帶、強風化花崗巖帶、中風化花崗巖帶、微風化花崗巖帶等組成，埋藏深、厚度大。

2.2水文地質

本場地地下水可分為：上層滯水、松散巖類孔隙水和深部塊狀巖類裂隙水。地下水水量較豐富，具有承壓性。

2.2.1上層滯水：主要賦存在人工填土層中，含水量不穩定，其動態受季節性控制，主要接受大氣降水及生活用水的滲透補給；

2.2.2第四系松散巖類孔隙水：主要分布在沖積層砂層中，為潛水和微承壓水，主要補給來源是大氣降雨及鄰近河涌、魚塘下滲及側向補給；

2.2.3塊狀巖類裂隙水：主要賦存于基巖風化裂隙中，分布在深部強風化、中風化巖石中。

3支護設計

3.1支護設計的選型

本基坑設計是基坑施工后期建筑結構設計調整而增加的坑中坑，原基坑設計計算深度未考慮增加的坑中坑的開挖深度，增加的基坑支護結構的選型受下列因素影響：

3.1.1現增加的坑中坑離原基坑的最小距離為10.0m，基坑開挖深度在軟弱淤泥層中，現基坑的變形對原基坑影響較大；

3.1.2根據建筑結構設計的樁基礎樁位布置圖顯示，現增加的坑中坑離基礎樁的最小距離為1.30m，增加的基坑變形對施工后的基礎樁影響較大，新設計支護結構的位置也受到制約；

3.1.3基坑底部淤泥層以下為深厚砂層，存在承壓地下水，基坑底部存在坑內承壓水突涌和坑內土隆起的風險；

3.1.4坑中坑施工工期緊，要求在開挖到負二層平面后開始施工，對整個工程進度影響較大。

通過方案比選、綜合分析，確定采用“鋼板樁+高壓旋噴樁止水+內支撐”的支護形式。

3.2支護設計計算

本基坑采用理正深基坑（7.0PB4版）設計軟件，按彈性法計算。

3.2.1基坑安全重要性等級為二級，基坑側壁的重要性系數γ0=1.0；

3.2.2基坑頂面2.0m內禁止堆載，2.0m之外周邊超載按10kPa計算；地下水位按基坑頂面考慮；計算深度按開挖至底板墊層底計算；

3.2.3根據巖土工程勘察報告及相關規范，基坑各巖土層設計參數取值見表1：

3.2.4根據上述參數，設計過程分別選取“單排鋼板樁+高壓旋噴樁止水+兩道鋼管支撐”和“雙排鋼板樁+高壓旋噴樁止水+兩道鋼管支撐”的支護形式進行試計算，軟件計算結果見表2～表5：

3.2.5計算結果分析

從計算結果分析，“單排鋼板樁+高壓旋噴樁止水+兩道鋼管支撐”和“雙排鋼板樁+高壓旋噴樁止水+兩道鋼管支撐”的支護形式的各項驗算結果均能滿足設計及規范要求，但兩者最大水平位移相差較大，考慮到新增的坑中坑開挖深度范圍為軟弱淤泥層，新增的基坑水平位移控制要求高，最后確定采用：“雙排鋼板樁+雙管高壓旋噴樁止水+兩道鋼管支撐”的支護形式。

3.2.6支護結構的設計

（1）鋼板樁：采用Ⅳ型拉森鋼板樁，分為前后兩排，排距為0.80m，長度為15.00m，樁頂標高為基坑頂面下-1.0m，采用振動法擊入，施工時要求接口合攏，樁頂設置1.0m×0.50m的壓頂梁連接；

（2）高壓旋噴樁：高壓旋噴樁布在兩排鋼板樁中間，采用雙管高壓旋噴施工工藝，施工氣壓為0.70MPa，漿液壓力不低于20.0MPa，注漿流量80L/min～120L/min，提升速度為0.12m/min～0.25m/min，旋轉速度為20.0r/min；成樁樁徑不小于0.80m，樁長約為20.0m，且進入砂質粘性土深度不小于3.0m，樁身強度不低于0.50MPa；采用42.5R的普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比不低于25%，每延米水泥用量不低于250kg；

（3）鋼管支撐：支撐鋼管規格為？426mm×10mm，支撐在兩根規格為HW250mm×250mm型鋼連接而成且固定在鋼板樁的腰梁上，設計兩道支撐，橫向間距為@3.0m，分別支承在基坑頂面以下的-1.30m和-3.80m的位置；

（4）鋼管立柱：立柱布置于鋼管支撐中間位置，采用鉆孔灌注樁，成孔直徑為0.50m，樁長約為26.0m，進入全風化巖深度不小于1.50m，內安裝規格為？426mm×10mm的鋼管，孔內灌注M30水泥漿。

（5）支護結構設計立面圖如圖1：

4.基坑施工效果

本基坑施工是在原基坑開挖到負二層并對現場平整后進行，施工按設計要求順序進行，開挖后基坑沒有出現滲水、坑底隆起、管涌等異常情況，支護效果很好。第三方變形監測數據的最大的變形量為18.98mm，小于設計計算值。新增基坑施工對原深基坑、基礎樁影響很少，施工順利完成，滿足工程進度要求。

5.結論

5.1以支護結構變形為主要控制指標進行的設計，是支護結構的首要功能要求；

5.2“雙排鋼板樁+旋噴樁+連續頂梁”的支護設計，按雙排樁作為鋼架結構整體考慮，提高鋼板樁成樁后的整體剛度，減少受力后的水平位移，對距離較近的結構保護作用效果較好；

5.3雙排鋼板樁中的高壓旋噴樁深度超過鋼板樁底部，解決基坑承壓水滲透穩定問題，加固后土體強度增加，也增加了基坑支護結構安全儲備系數；

5.4雙排鋼板樁作為支護結構，雙排之間排距不大，樁位布置靈活，可解決支護結構平面位置不足的問題。

參考文獻：

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[2]汪洪峰.深基坑鋼板樁圍堰設計及應用.

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