超厚卵石地層深基坑鋼板樁支護技術應用

陶伊洛，鞏 寧，王宏剛，江地軍，季珍珍

（中交三公局華中建設有限責任公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

1.1 工程實例概況

項目為內蒙古自治區某污水處理廠二期蓄水池工程，混凝土結構尺寸為長42.50 m×寬21.00 m，采用600 mm厚C30 鋼筋混凝土筏板基礎，400 mm 厚C30 剪力墻結構，底板標高-9.20 m。構筑物四周為污水處理廠一期建筑物，距離較近，支護結構變形控制小，周邊建筑物沉降要求嚴格。距離河道25 m，場區地層主要為圓礫卵石，基坑內卵石地層厚度在9～11 m，此地質的滲透性大，汛期水位上升，地下水位約-4 m。

1.2 地質水文

①雜填土雜色，松散狀，粉土為主層厚0.40～2.50 m。②圓礫稍密，粒徑20～30 mm 部分粒徑大于50 mm，層厚2～3 m。③1細砂稍密層厚1.00～1.90 m。④圓礫30～50 mm，部分粒徑大于100 mm，層厚8～9 m。⑤粉質粘土雜色硬塑。土層參數見表1。

表1 土層參數表

2 深基坑支護結構設計比選

2.1 支護結構方案選型

2.1.1 SWM工法樁

SMW工法樁通常以多軸攪拌機在地層中從上而下鉆進，從下而上反復噴射水泥并攪拌成型，在各施工單元之間采取重疊搭接施工，并在水泥土樁未產生強度前插入H型鋼等剛性增強材料，形成無接縫的、完整的地下墻體。這種工法樁具有構造簡單，基本無開挖，不產生泥漿，同時型鋼可以回收利用。但SWM工法樁主要適用于12 m以內的支護結構，且適用于淤泥質土、淤泥、黏土等土質較軟地層，故大多應用在中國東南沿海地區的軟土基坑圍護，而在卵石地層特別是超厚卵石地區多輥軸機械作業困難，H型鋼不容易插入到位，造價高不太適用。

2.1.2 AB咬合樁

AB咬合樁是樁與樁之間相互咬合形成的基坑圍護結構，素混凝土樁與鋼筋混凝土樁間隔排列。先施工素混凝土樁，后施工鋼筋混凝土樁，通過鋼筋混凝土樁和塑性止水樁混合而成相互咬合形成止水圍護結構，AB咬合樁具有成樁質量高、防水性能好、地層適用性強。適應卵石土地層，但使用機械設備重體積大、需要操作空間大、場地開闊；AB樁施工時泥漿坑等場地占用面積大、施工周期長、工藝繁瑣，質量控制要求高，同時工程造價高，特別是主體結構施工周期短的工程經濟性不適用。

2.1.3 鋼板樁

鋼板樁支護作為一種常見的臨時支護結構，在深基坑支護工程中應用廣泛。鋼板樁是種帶有鎖口功能的一種型鋼，形式有直板形、槽形等，拉森鋼板樁通過打樁機錘擊、靜壓、振動等方式將鋼板樁插入地層構成一道連鎖的板墻。具有施工簡便、工期短、止水水密性好、不產生泥漿綠色環保、可以回收和反復使用整體施工造價低等優點。通常在雜填土層、粉質粘土、細砂層、礫石土等地層適用廣泛，在卵石地層特別是超厚卵石地層中插打比較困難，項目通過結合螺旋鉆機引孔工藝和振動沉樁創新技術優化鋼板樁施工工序來應對在超厚卵石地層打設困難的問題，在深基坑支護技術的適用性、經濟性效果很好。

3 深基坑支護設計

3.1 設計參數

深基坑支護設計參數：采用鋼板樁為拉森鋼板樁Ⅳ型，樁長15 m、單樁寬400 mm、厚170 mm、嵌固深度6.50 m。支護基坑為46.50 m×25.10 m，基坑深9.50 m。設兩道錨固拉索，分別在-3.25 m設第一道錨索，在-6.55 m設第二道錨索。圍檁設計為2根300C工字鋼上下平行焊接穿墊板和錨索。封底采用300 mm厚C20混凝土。降水采用基坑外深井降水，井深20 m、平均間距10 m，降水井設計16眼。深基坑支護結構設計見圖1。

圖1 鋼板樁布置圖

3.2 深基坑設計計算

截面驗算σnei=2.40（MPa）＜f=215.00（MPa）滿足；基坑外側抗彎驗算（不考慮軸力）σwai=56.02（MPa）＜f=215.00（MPa）滿足；基坑內側抗彎驗算（不考慮軸力）整體穩定安全系數Ks=1.89＞1.30，滿足規范要求；抗傾覆（踢腳破壞）穩定性驗算：最小安全Kt=5.72≥1.20，滿足規范抗傾覆要求；抗隆起驗算Ks=3.17 ≥1.60，抗隆起穩定性滿足；嵌固段基坑內側土反力驗算Ps=305.78≤Ep=1 674.31，土反力滿足要求。

4 深基坑支護施工技術

4.1 施工準備

4.1.1 測量定位

定樁位按順序標明鋼板樁的具體樁位兩側打入20 mm×20 mm×500 mm的木樁或者短鋼筋作為軸線控制樁，以便隨時恢復中線位置。

4.1.2 鋼板樁的選用與檢驗

鋼板樁選用拉森鋼板樁Ⅳ型，規格為PU400×170，長度為15 m。鋼板樁進行外觀檢驗并測量其實際斷面厚度。對鋼板樁母材的化學成分及機械性能進行復核。檢測相關參數，包括鋼材的化學成分，彎曲參數、構件的拉伸，止水性能等內容。

4.2 引孔施工

螺旋鉆機引孔配備大扭矩動力頭，動力頭帶動螺旋鉆桿鉆頭快速干式鉆進成孔，在超厚卵石地層中預先攪動卵石及破巖處理。引孔采用Φ600鉆機鉆孔，每3根鋼板樁引兩眼孔，引孔深度為設計高程。首根樁施工時，下進尺不可太快勻速慢進，熟悉地層對鉆機的影響情況，確定螺旋鉆在該地層條件下的施工參數，然后進行連續跳孔引孔施工，每完成1 個鉆孔后回填粘土，可每連續跳孔完成鉆孔10 個為一個施工段后施工鋼板樁。如遇孤石應上下反復鉆動土體，底部移動卵石顆粒。

4.3 導架安裝

用振動錘兩端各打入2 根定位鋼板樁，焊接牛腿安裝導架，導架采用28槽鋼，長度9 m，采用定位儀器控制和調整導梁的橫向、縱向位置。

4.4 鋼板樁施打

先用打樁機夾住鋼板樁頂部，用液壓鉗配合振動錘對好鎖口，調整好垂直度及方向，振動插入。在打樁進行方向的鋼板樁鎖口處設定位卡板防止鎖口中心平面偏移。用經緯儀在兩個方向監控好鋼板樁雙向垂直度，每根打入至設計標高。首片鋼板樁插打完成后，再向兩邊對稱插打其他鋼板樁，插打過程嚴格遵守插樁正直、偏斜即糾。在鋼板樁插打過程中隨時測量樁的斜度，當偏斜過大不能用拉正方法調整時，拔出重新打入。

4.5 深基坑降水

4.5.1 坑外截水溝

在基坑開挖前，沿基坑上口1 m 范圍設截水溝，以攔截場外雨水，并及時把水排掉，經沉淀并集中排放。截水溝做法為素土夯實、碎石墊層厚100 mm、溝底厚200 mm、溝身厚200 mmM7.5 砂漿砌體明溝，溝頂做成0.50%內坡，溝內側厚30 mm1∶2水泥砂漿抹光；場地排水溝外圍應進行場地封閉。

4.5.2 深井降水

地下水降水設計：井深20 m、平均間距10 m，降水井設計16 眼，通過水泵φ50PE 支管匯集到DN200×6 鋼管集中排放。水泵采用QS-40-30/2-5.5 設置30 臺其中14 臺備用。為防止基坑涌水，配備雙電源，現場租賃一臺100 kW發電機作為切換電源。在降水二級配電箱內安裝雙電源轉換開關自動切換。密切觀測水位，特殊情況采用大水泵抽水，防止基坑灌水事故。

4.6 深基坑土方開挖

深基坑開挖以機械作業為主，采用260履帶式反鏟挖掘機配1 臺加長臂挖掘機裝20 T 自卸汽車運輸，距建基面300 mm輔以人工清槽。土方開挖遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則。由于錨索孔位于地表下3.25 m，鋼板樁位置土方開挖至地表下3.50 m位置時暫停土方開挖，同時平整場地，并留有足夠施工空間，待錨索施工的全部工序完成后繼續開挖第二層-7 m，第二道錨索完成后開挖第三層至-9.50 m。

4.7 錨索施工

鉆孔直徑150 mm，錨索采用低松弛高強度鋼絞線，單根強度為1 220 MPa。用純水泥漿注漿，水泥漿固結體強度不低于20 MPa。注漿為二次壓力注漿，終止注漿的壓力不小于2 MPa。選用42.5級水泥，水灰比為0.50～0.55。注漿量應達到理論注漿量的1.2～1.5倍，并及時補漿。上下兩排30C工字鋼圍檁用連接滿焊焊板進行連接，連接焊板尺寸400x1000xRGu4B+0 310，間距為2 m。當孔內水泥漿體強度達到20 MPa或達到設計強度的75%時方可張拉，錨索張拉分為三個階次進行。

5 結語

該項目針對超厚砂卵石地層鋼板樁插打困難問題，采用長螺旋鉆機引孔工藝加振動打設鋼板樁技術，有效保證了插打速度及精度。通過在臨河域超厚卵石地層深基坑工程實踐證明使用鋼板樁支護方案技術上可行且能大幅度縮短工期、降低施工成本，社會及經濟效益顯著。