钢板桩在城市排水系统施工中的应用

摘要：通过钢板桩支护，使排水渠施工能有一个安全的施工环境，同时防止基坑出现塌方，减少对周围建筑物的破坏。

关键词：钢板桩 支护 基坑安全

随着我国城乡建设的发展，人民生活水平的不断提高，对城市的防洪要求也不断提高，旧城区原有的排水系统已经不能适应新要求。因此，要对旧城区的排水系统进行改造。而旧城区的地下管线错综复杂，街道两旁的建筑物基础结构参差不齐，为了防止基坑开挖的塌方，减少对周围建筑物的破坏，对不同城市地形、地质特点可以采用不同的施工方法。本文结合江门市良化大道排水改造工程施工的实际，浅谈钢板桩支护施工技术，希望能起到一些借鉴作用。

1、工程概况

1.1、工程简介

江门市良化大道排水改造工程是为解决白石林水浸问题而兴建的，该工程位于江门市繁华闹区里，行人、车辆比较多，排水渠结构边离建筑物最近的距离为7.5米，开挖深度大部分在5米左右，最深达5.9米，最大开挖宽度为7.5米，全长约1000米，北起白石大道，南接江北路良化泵站。

1.2、岩土工程地质情况

1.2.1、地形地貌

拟建场地在地貌上原属三角洲沉积地带，由于人工改造，在里程0+000~0+300段表面已覆盖了厚度不一的填筑土，地面标高多在+4.00m~+4.50m之间，其余段里程则已铺设混凝土路面，路面标高在-3.90m~-5.10m（黄海高程）之间。

1.2.2、土层特征

勘察查明，在钻探所达深度范围内，场地地层可分为四个土层，现分述如下：

层号 土层名称 揭露厚(m)均厚(m) 土层特征描述 fak(Kpa) ① 筑填土 1.80~11.203.03 黄褐色，主要由亚粘土组成，稍密，顶部有厚0.2~0.9m的砼和填石 100 ② 亚粘土 1.50~5.903.59 褐黄色，主要由粉粒和粘粒组成，含少量沙粒，软塑 100 ③ 淤泥 0.90~19.209.74 灰黑色，主要由粘粒组成，底部含少量粉砂，饱和、流塑，zk8、zk10、zk11、zk11-1未见揭露。 50 ④ 亚粘土 1.00~8.304.10 灰褐色，主要由粉粒和粘粒组成，含少量石英粒，硬塑 300

1.2.3、地下水简况

在勘察深度范围内，筑填土层、淤泥及亚粘土为弱透水层，在浅部筑填土层内赋存少量孔隙潜水，主要靠大气降雨及侧向径流补给。

据终孔后统一测量的水位，地下水埋藏深度在1.1~2.1m之间，水位标高在+2.24~+3.00之间，无明显规律性。

2、支护方案

本项目基槽开挖深度约5米，根据工程地质分析，槽壁开挖范围主要为人工填土和淤泥，而槽底则基本位于淤泥中。因此，若处理不当，将无法保证两侧的稳定，引起整体滑波、基底隆起等严重后果，开挖前必须进行可靠而有效的基坑支护处理。

针对本工程的地质特点，采用钢板桩、IIP型钢围檩加内支撑支护方案，钢板桩采用间隔施打，桩中心距0.8m，与内支撑结合可保证不会倾覆破坏，在打完钢板桩之后，在钢板桩顶以下1.0米处设置一道IIP型钢围檩及直撑。

基坑开挖期间可通过变形观测对钢板桩的位移进行有效控制，充分保证基坑安全。钢板桩施工简便，工序简单、容易控制质量。同时施工快捷、工期短且现场整洁，完工后即可开挖基坑，另外钢板桩可重复使用，节省投资。

3、设计计算

3.1、地下无淤泥层区段设计计算

3.1.1、计算参数

土层按ZK11号孔作为典型断面进行计算。

C、Φ、γ值取各土层的加权平均值，即γ=19.5KN/m2，c=18.2Kpa、Φ=16.48度。

地面附加荷载q=20Kpa。

3.1.2钢板桩桩长计算

沿基槽边取一延长米计算，开挖深度约5米，板桩墙前后土压力采用水土压力合算模式进行:

eaa=qK0-2c<0

h0=(2c-q K0)/(γK0)=1.47m

eab =(q+γh+γt) K0-2c=38.37+10.88t

epc=2c=48.74KN/m

epb=γt K0+2c=34.94t+48.74

由桩上作用力对支撑点d点的力矩平衡得：

1/2*(38.37+10.88t)*(t+3.53)(2t/3+2.82)

=48.74t*(t/2+4)+1/2*34.94t2*(2t/3+4)

解得：t=1.45m

则桩入土深度d=1.1t=1.6m

地面卸载0.6m后，使用6m长的钢板桩。

3.1.3、钢板桩强度计算：

ΣH=0 得：

T=1/2*(38.37+10.88t)*(t+3.53)-1/2*(2*48.74+34.94t)t

=27.42KN/m

设钢板桩的最大弯矩截面在距地面x0处

则1/2[（q+γx0）K0-2c](x0-1.47)=T

即x02-2.94x0-2.88=0 x0=3.72m

Mmax=T(x0-1)-1/6[（q+γx0）K0-2c](x0-1.47)2

=53.96Kn.m

间隔打U型Ⅲ号钢板桩 W=278.75cm

σmax=Mmax/W=193.58Mpa

3.1.4、围檩强度计算:

围檩间距取L=5m

Mmax=1/8TL2=85.69Kn.m

选用HP300*300*94.5kg/m型钢 W=1360cm σmax=Mmax/W=63.0Mpa

3.1.5、支撑强度计算

轴向力 N=27.42*5=137.1KN

最大支撑长度约6m

材料选用HP300*300*94.5kg/m型钢

W=1360cm2W=450cm2 i=7.51cmA=132cm2

Λ=L/i=79.9 查表得Φ=0.687

Σ=N/(ΦA)=15.12Mpa

3.2、地下淤泥层较厚区段设计计算

3.2.、1计算参数

土层按ZK14号孔作为典型断面进行计算。

C、Φ、γ值取各土层的加权平均值，即γ=18.52KN/m2，c=11.54Kpa，Φ=10.32度。

地面附加荷载q=20Kpa

3.2.2、钢板桩桩长计算

沿基槽边取一延长米计算，开挖深度约5米，板桩墙前后土压力采用水土压力合算模式进行。

ead =qK1-2c<0

h0=(2c-qK)/(γK)=0.41M

eab =(q+γh+γt)K-2c=59.12+12.89t

epc=2c=22.67KN/M

epb=γtK+2c=26.61t+27.67

由桩上作用力对支撑点d点的力矩平衡得：

1/2*(59.12+12.89t)*(t+4.59)(2t/3+2.47)

=27.67t*(t/2+4)+1/2*26.61t2*(2t/3+4)

解得：t=5.3m

则桩入土深度d=1.2t=6.36m，取桩长L=12m

3.2.3、钢板桩强度计算

ΣH=0 得：

T=1/2*(59.12+12.89t)*(t+4.59)-1/2*(2*27.67+26.61t)t

=109.79KN/m

设钢板桩的最大弯矩截面在距地面x0处

则1/2[（q+γx0）K-2c](x0-0.41)=T

即x02-0.82x0-16.88=0 x0=4.54m

Mmax=T(x0-1)-1/6[（q+γx0）K-2c](x0-0.41)2

=237.44KN.m

间隔打U型Ⅲ号钢板桩 W=1340CM2

σmax=Mmax/W=177.20Mpa

3.2.4、围檩强度计算

围檩间距取L=4M

Mmax=1/8TL2=219.58KN.m

选用HP300*300*94.5kg/m型钢 W=1360cm2 σmax=Mmax/W=161.46Mpx

3.2.5支撑强度计算

轴向力 N=109.79*4=439.16KN

最大支撑长度约6m

材料选用HP300*300*94.5kg/m型钢

Wx=1360cm2Wy=450cm2 iy=7.51cmA=132cm2

Λ=L/ iy =79.9 查表得Φ=0.687

σ=N/(ΦA)=48.43Mpa

4、钢板桩施工工序及施工方法：

本工程基坑支护采用6～12米钢板桩配合内支撑进行支护，钢板桩施打深度根据排洪渠基础的不同而变化，在排洪渠基础为换填或木桩段钢板桩施打深度为6～9米，在排洪渠基础为搅拌桩段钢板桩施打深度为12米。施工机械采用40T履带吊车，配合振动锤及200KW专用（三相220V）发电机施工。两排钢板桩间距为6米。用振动锤打入拉森U型III号钢板桩作为围护结构，桩长6～12米，支撑体系采用HP300*300型钢水平内支撑，沿轴线方向间距5米设一道支撑，位置距钢板桩顶以下1.0米。内支撑与钢板桩之间连接处设置HP300*300型钢围檩，全部采用焊接固定。

4.1钢板桩矫正、除泥、除锈，在吊机配合下，使用千斤顶、大锤和氧气、乙炔等工具材料完成包括端部修整、桩体浇曲、扭曲及局部变形矫正、锁口变形矫正等矫正内容。

4.2按设计长度拼接钢板桩：在吊机配合下，在工场或工地现场设置平台，将待拼接桩段固定于同一轴线，然后采用鱼尾板焊接法接桩至设计桩长。

4.3测量放线，并将轴线延至施工场外以利于观测和检验。

4.4钢板桩打入施工：为达到基坑支护规范要求的各项标准，并按施工图要求，施工机械采用40T履带吊车，配合振动锤及200KW专用（三相220V）发电机施工，严格控制垂直度，将钢板桩打平基槽地面。

4.5土方开挖至板桩顶以下1米处，进行围檩、支撑施工。

4.6围檩制安：围檩及支撑设置在板桩墙顶以下0.5米处，根据设计位置在钢板桩内壁上焊围檩托架，然后吊装IIP型钢围檩并焊接加固。

4.7土方开挖至基底，排洪渠主体施工及回填。

4.8围檩及支撑拆除。

4.9钢板桩拔出：采用履带吊车，配合振动锤及200KW专用（三相220V）发电机拔桩。

5、几点体会

5.1在深槽区5米的基坑开挖中，采用钢板桩支护，可以保证两侧的稳定，避免引起整体滑波、基底隆起等严重后果，有效地消除安全隐患。

5.2采用钢板桩支护，可以准确地根据雨水渠结构形式的宽度进行控制，防止超控和塌方，减少开挖的工程量，可以减少恢复原路面的工作量。

5.3在旧城区主要道路进行深基坑开挖施工，地下管线错综复杂，若采用大开挖的方法，对管线的保护较为困难，万一发生意外，后果不堪设想。采用这种支护方法后，可以起到保护作用，易于地下管线的支护，从而达到节省费用的目的。

5.4采用钢板桩支护，施工环境较好。机械设备开挖、运输可以靠近基坑边进行，在5米深的基坑下进行雨水渠主体结构施工，就有一个安全的条件，工作效率可以大大提高。

5.5在进行钢板桩的支护施工中要特别注意地下水的影响。遇到有水的情况一定要采取有效措施进行堵塞，防止泥砂随渗水排出。遇到离建筑物较近，地质条件较差的地段，可以考虑打加密桩的方法，更有利于施工并防止泥水排出。

5.6基坑开挖及排水渠主体结构施工期间可以通过变形观测对钢板桩的位移进行有效控制，就易保证基坑安全。钢板桩施工简便，工序简单，质量容易控制，工期短，且现场整洁。另外，钢板桩可以重复使用，节省投资。