拉森鋼板樁在海港深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

曾丹丹 趙侃

作者簡(jiǎn)介：曾丹丹（1987—），高級(jí)工程師，研究方向：水工混凝土結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)等。

針對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目工期緊、施工場(chǎng)地受限的問(wèn)題，文章以欽州港勒溝作業(yè)區(qū)雨污水?dāng)U容改造工程沉淀池基坑開挖為例，進(jìn)行了明挖方案與鋼板樁支護(hù)方案的對(duì)比分析。結(jié)果表明：拉森鋼板樁施工工序簡(jiǎn)單，大量減少取土量，周轉(zhuǎn)性好，能夠重復(fù)多次利用，能最大限度降低對(duì)周邊環(huán)境的影響。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用及監(jiān)測(cè)，該工程鄰近道路、建構(gòu)筑物無(wú)裂縫與沉陷。

深基坑支護(hù)；鋼板樁；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；監(jiān)測(cè)

U655.54A612123

0?引言

拉森鋼板樁是目前應(yīng)用廣泛的基坑新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，較傳統(tǒng)基坑支護(hù)形式，其具有工藝簡(jiǎn)單、防水性能好、可周轉(zhuǎn)性強(qiáng)、成本低、環(huán)保性好、工期短等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地用于深基坑支護(hù)工程中［1-3］。

為此，本文以欽州港勒溝作業(yè)區(qū)雨污水?dāng)U容改造工程沉淀池基坑開挖為案例，介紹了海港工程中拉森鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)方案及施工要求，為類似海港工程中的深基坑支護(hù)提供借鑒。

1?工程概況

欽州港勒溝作業(yè)區(qū)7#泊位碼頭前沿堆場(chǎng)區(qū)域已建有一座污水沉淀池，規(guī)格為B×L×H=17 m×10 m×3.5 m，有效容積為255 m3；8#泊位前沿堆場(chǎng)區(qū)域已建污水沉淀池規(guī)格為B×L×H=24 m×12 m×3.0 m，有效容積為432 m3。已建沉淀池的容積無(wú)法滿足《水運(yùn)工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求［4］，需在7#、8#泊位后方分別新建一座有效容積約為3 500 m3的污水沉淀池。新建沉淀池緊鄰已建港內(nèi)道路，距離碼頭前沿35 m，平面尺寸為40 m×30 m，凈深為3.7～3.9 m，底板厚1.2 m，底板下設(shè)0.1 m厚C20混凝土墊層和0.5 m厚渣石墊層，基礎(chǔ)持力層為中粗砂，厚度約為10～15 m。新建沉淀池平面布置見(jiàn)圖1。

2?基坑支護(hù)型式設(shè)計(jì)

2.1?基坑支護(hù)要求

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工與開挖應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、基坑周邊環(huán)境和工期安排等因素，因地制宜、合理選型、嚴(yán)格監(jiān)控［5］。對(duì)于場(chǎng)地開闊、建筑物稀少的環(huán)境，宜優(yōu)先采用明挖施工；當(dāng)條件困難、明挖施工對(duì)周邊環(huán)境影響大時(shí)，宜通過(guò)樁基、土釘墻等支護(hù)形式進(jìn)行基坑施工。

2.2?基坑邊界條件

新建沉淀池緊鄰已建港內(nèi)道路，距離港內(nèi)道路最近處約為3 m，港內(nèi)道路寬15 m；701堆場(chǎng)、802堆場(chǎng)目前堆有少量煤炭，距離沉淀池頂約8 m。沉淀池處地質(zhì)以中粗砂為主，中粗砂層厚15～20 m，承載力為150～180 kPa，內(nèi)摩擦角為30°。

2.3?基坑開挖方案研究

由于基坑最大深度約為6.5 m，結(jié)合周邊環(huán)境、工期安排和作業(yè)區(qū)運(yùn)營(yíng)要求等因素，該項(xiàng)目提出了樁基支護(hù)方案與明挖方案。

2.3.1?方案A：樁基支護(hù)方案

該方案中的支護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括拉森鋼板樁、鋼圍檁、鋼梁、鋼立柱。其中鋼板樁采用拉森Ⅳ型鋼板樁，圍檁、斜撐梁、水平支撐梁、立柱均采用H400型鋼。共設(shè)置1層支撐，支撐標(biāo)高為-1.50 m。支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

2.3.2?方案B：明挖方案

明挖開挖坡比為1∶2，放坡后坡口線距離前沿約22 m，占港內(nèi)道路10 m，港內(nèi)道路由原設(shè)計(jì)15 m縮窄為5 m。

2.3.3?基坑開挖方案綜合比較

對(duì)以上兩個(gè)方案中的不同設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比分析，主要比較內(nèi)容見(jiàn)表1。

2.3.4?方案選擇

從表1可知，方案B在工程費(fèi)用、基坑支護(hù)工期、主要投入設(shè)備方面均明顯優(yōu)于方案A，但由于方案B采用明挖的方式，不可避免地占用了港內(nèi)道路，對(duì)港區(qū)運(yùn)營(yíng)造

成了較大影響。方案B對(duì)港內(nèi)道路的占用，將大大增加貨物的運(yùn)距，增加貨物轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間，經(jīng)業(yè)主測(cè)算，占用港內(nèi)道路45 d將導(dǎo)致增加運(yùn)營(yíng)成本約150萬(wàn)元。因此，結(jié)合項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)要求，最終選擇了對(duì)港區(qū)運(yùn)營(yíng)影響小的方案A。

2.4?鋼板樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目所在地的環(huán)境特點(diǎn)和地質(zhì)情況，綜合考慮鋼板樁的特性和施工方法等，最終選用拉森Ⅳ型鋼板樁對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)，其主要技術(shù)參數(shù)為：型號(hào)（寬度W×高度H×厚度t）=400 mm×170 mm×15.5 mm，截面面積為96.99 cm2，理論重量g=190.4 kg/m，慣性矩I=38 600 cm4。

基坑開挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高的同時(shí)坑內(nèi)抽水完成，此時(shí)基坑內(nèi)外最大水頭差為3.5 m，同時(shí)考慮堆場(chǎng)及港內(nèi)道路等效均布堆載為20 kPa，此工況為最危險(xiǎn)工況。通過(guò)理正深基坑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模并分析計(jì)算，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，鋼板樁最大彎矩為172.6 kN·m，每米鋼板樁截面模量為W=2 270×10-6m3，最大彎曲應(yīng)力為76 MPa，小于允許彎曲應(yīng)力215 MPa，鋼板樁強(qiáng)度滿足要求。H400型鋼圍檁最大彎矩為59.97 kN·m，截面抵抗矩W=1 120×10-6m3，最大彎曲應(yīng)力為54 MPa，小于允許彎曲應(yīng)力215 MPa，鋼圍檁強(qiáng)度滿足要求。內(nèi)支撐最大軸力為382.1 kN，推算最大應(yīng)力為17 MPa，滿足要求。鋼板樁彎矩變化情況詳見(jiàn)圖4，圍檁彎矩變化情況詳見(jiàn)圖5，內(nèi)支撐軸力變化情況詳見(jiàn)圖6。

2.5?鋼板樁施工要求

打樁前，應(yīng)對(duì)鋼板樁逐根進(jìn)行檢查，剔除連接鎖扣處銹蝕嚴(yán)重或變形嚴(yán)重的鋼板樁，待修整合格后方可使用。同時(shí)，為方便鋼板樁的打入、拔出，可在鋼板樁的鎖口內(nèi)涂抹油脂。該項(xiàng)目采用振動(dòng)錘插打施工。振樁前，振動(dòng)錘的樁夾應(yīng)夾緊鋼板樁的上端，并使振動(dòng)錘與鋼板樁的重心保持在同一直線上。待鋼板樁穩(wěn)定、位置正確并垂直后，再進(jìn)行振動(dòng)使其下沉。振動(dòng)過(guò)程中，鋼板樁每下沉1～2 m，停止振動(dòng)，并檢測(cè)樁的垂直度。若發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)及時(shí)糾正，當(dāng)偏斜過(guò)大不能用拉齊方法調(diào)正時(shí)，必須拔起重打。

基坑開挖應(yīng)進(jìn)行分層開挖施工，且最大開挖厚度≤1 m，開挖深度應(yīng)保持均勻，防止造成土體的橫向擠壓，從而使鋼板樁的受力不均。為確保鋼板樁不受碰撞，鋼板樁周邊土體采用人工開挖，挖土機(jī)不可緊貼鋼板樁挖土。當(dāng)基坑開挖深度至鋼圍檁的設(shè)計(jì)底標(biāo)高時(shí)，方可進(jìn)行鋼圍檁的安裝。鋼圍檁沿著鋼板樁墻進(jìn)行全場(chǎng)設(shè)置，并形成閉環(huán)。待鋼圍檁完成安裝及固定后，再進(jìn)行支撐梁的施工安裝。同時(shí)，為保障內(nèi)支撐與鋼圍檁的整體受力良好，在內(nèi)支撐與鋼圍檁的連接處設(shè)置了限位加勁板，從而起到了增加受力的作用。當(dāng)鋼圍檁與鋼板樁之間存在間隙時(shí)，為了避免出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，可在鋼圍檁與鋼板樁縫隙處另行支墊鋼板，從而確保受力均勻。

基坑開挖完成后，在低潮位時(shí)利用5臺(tái)20 kW的水泵對(duì)基坑進(jìn)行抽排水，抽排完畢后進(jìn)行沉淀池結(jié)構(gòu)的澆筑施工。待沉淀池側(cè)壁澆筑至-2.00 m高程且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%后可依次拆除內(nèi)撐、圍檁。結(jié)構(gòu)澆筑完成、基坑回填后，采用振動(dòng)錘拔樁。拔樁起點(diǎn)應(yīng)離腳樁5根以上，拔樁順序宜與打樁順序相反，對(duì)拔樁后留下的樁孔，必須及時(shí)進(jìn)行回填處理，可以在鋼板樁每拔高1 m后暫停引拔，待振動(dòng)幾分鐘，土孔填實(shí)后再繼續(xù)起拔，如此循環(huán)直至完全拔出鋼板樁。

2.6?基坑監(jiān)測(cè)

施工過(guò)程中，采用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀對(duì)基坑坡頂水平位移、坡頂沉降、地表裂縫、地面沉降、鄰近建構(gòu)筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)［6］。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，水平位移單次變化量一般在1～2 mm，最大單次變化量為4 mm，累計(jì)最大水平位移為16 mm；豎向位移單次變化量一般在0～1 mm，最大單次變化量為2 mm，累計(jì)最大豎向位移為12 mm。施工過(guò)程中，鄰近道路、建構(gòu)筑物無(wú)裂縫與沉陷。

3?結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)于新建港口工程項(xiàng)目，地埋式沉淀池基坑一般采用明挖方式，其施工快、造價(jià)低、安全性相對(duì)較高。但對(duì)于改建項(xiàng)目，由于場(chǎng)地受限，利用鋼板樁進(jìn)行基坑的支護(hù)能最大限度降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，更符合港區(qū)運(yùn)營(yíng)要求。

（2）鋼板樁支護(hù)施工工序簡(jiǎn)單，質(zhì)量控制效果好，極大減少了取土量，環(huán)保性好，現(xiàn)場(chǎng)整潔度較高。同時(shí)鋼板樁周轉(zhuǎn)性好，能夠重復(fù)多次利用。

（3）基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，對(duì)于深度為6 m的中粗砂層基坑，通過(guò)拉森Ⅳ型鋼板樁的支護(hù)型式，能有效保證現(xiàn)場(chǎng)施工安全，對(duì)類似項(xiàng)目具有一定的借鑒意義。

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