鋼板樁在城市排水系統施工中的應用

摘要：通過(guò)鋼板樁支護，使排水渠施工能有一個(gè)安全的施工環(huán)境，同時(shí)防止基坑出現塌方，減少對周?chē)ㄖ锏钠茐摹?/p>

關(guān)鍵詞：鋼板樁 支護 基坑安全

隨著(zhù)我國城鄉建設的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對城市的防洪要求也不斷提高，舊城區原有的排水系統已經(jīng)不能適應新要求。因此，要對舊城區的排水系統進(jìn)行改造。而舊城區的地下管線(xiàn)錯綜復雜，街道兩旁的建筑物基礎結構參差不齊，為了防止基坑開(kāi)挖的塌方，減少對周?chē)ㄖ锏钠茐?，對不同城市地形、地質(zhì)特點(diǎn)可以采用不同的施工方法。本文結合江門(mén)市良化大道排水改造工程施工的實(shí)際，淺談鋼板樁支護施工技術(shù)，希望能起到一些借鑒作用。

1、工程概況

1.1、工程簡(jiǎn)介

江門(mén)市良化大道排水改造工程是為解決白石林水浸問(wèn)題而興建的，該工程位于江門(mén)市繁華鬧區里，行人、車(chē)輛比較多，排水渠結構邊離建筑物最近的距離為7.5米，開(kāi)挖深度大部分在5米左右，最深達5.9米，最大開(kāi)挖寬度為7.5米，全長(cháng)約1000米，北起白石大道，南接江北路良化泵站。

1.2、巖土工程地質(zhì)情況

1.2.1、地形地貌

擬建場(chǎng)地在地貌上原屬三角洲沉積地帶，由于人工改造，在里程0+000~0+300段表面已覆蓋了厚度不一的填筑土，地面標高多在+4.00m~+4.50m之間，其余段里程則已鋪設混凝土路面，路面標高在-3.90m~-5.10m（黃海高程）之間。

1.2.2、土層特征

勘察查明，在鉆探所達深度范圍內，場(chǎng)地地層可分為四個(gè)土層，現分述如下：

層號 土層名稱(chēng) 揭露厚(m)均厚(m) 土層特征描述 fak(Kpa) ① 筑填土 1.80~11.203.03 黃褐色，主要由亞粘土組成，稍密，頂部有厚0.2~0.9m的砼和填石 100 ② 亞粘土 1.50~5.903.59 褐黃色，主要由粉粒和粘粒組成，含少量沙粒，軟塑 100 ③ 淤泥 0.90~19.209.74 灰黑色，主要由粘粒組成，底部含少量粉砂，飽和、流塑，zk8、zk10、zk11、zk11-1未見(jiàn)揭露。 50 ④ 亞粘土 1.00~8.304.10 灰褐色，主要由粉粒和粘粒組成，含少量石英粒，硬塑 300

1.2.3、地下水簡(jiǎn)況

在勘察深度范圍內，筑填土層、淤泥及亞粘土為弱透水層，在淺部筑填土層內賦存少量孔隙潛水，主要靠大氣降雨及側向徑流補給。

據終孔后統一測量的水位，地下水埋藏深度在1.1~2.1m之間，水位標高在+2.24~+3.00之間，無(wú)明顯規律性。

2、支護方案

本項目基槽開(kāi)挖深度約5米，根據工程地質(zhì)分析，槽壁開(kāi)挖范圍主要為人工填土和淤泥，而槽底則基本位于淤泥中。因此，若處理不當，將無(wú)法保證兩側的穩定，引起整體滑波、基底隆起等嚴重后果，開(kāi)挖前必須進(jìn)行可靠而有效的基坑支護處理。

針對本工程的地質(zhì)特點(diǎn)，采用鋼板樁、IIP型鋼圍檁加內支撐支護方案，鋼板樁采用間隔施打，樁中心距0.8m，與內支撐結合可保證不會(huì )傾覆破壞，在打完鋼板樁之后，在鋼板樁頂以下1.0米處設置一道IIP型鋼圍檁及直撐。

基坑開(kāi)挖期間可通過(guò)變形觀(guān)測對鋼板樁的位移進(jìn)行有效控制，充分保證基坑安全。鋼板樁施工簡(jiǎn)便，工序簡(jiǎn)單、容易控制質(zhì)量。同時(shí)施工快捷、工期短且現場(chǎng)整潔，完工后即可開(kāi)挖基坑，另外鋼板樁可重復使用，節省投資。

3、設計計算

3.1、地下無(wú)淤泥層區段設計計算

3.1.1、計算參數

土層按ZK11號孔作為典型斷面進(jìn)行計算。

C、Φ、γ值取各土層的加權平均值，即γ=19.5KN/m2，c=18.2Kpa、Φ=16.48度。

地面附加荷載q=20Kpa。

3.1.2鋼板樁樁長(cháng)計算

沿基槽邊取一延長(cháng)米計算，開(kāi)挖深度約5米，板樁墻前后土壓力采用水土壓力合算模式進(jìn)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

由樁上作用力對支撐點(diǎn)d點(diǎn)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

則樁入土深度d=1.1t=1.6m

地面卸載0.6m后，使用6m長(cháng)的鋼板樁。

3.1.3、鋼板樁強度計算：

ΣH=0 得：

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

=27.42KN/m

設鋼板樁的最大彎矩截面在距地面x0處

則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

間隔打U型Ⅲ號鋼板樁 W=278.75cm

σmax=Mmax/W=193.58Mpa

3.1.4、圍檁強度計算:

圍檁間距取L=5m

Mmax=1/8TL2=85.69Kn.m

選用HP300*300*94.5kg/m型鋼 W=1360cm σmax=Mmax/W=63.0Mpa

3.1.5、支撐強度計算

軸向力 N=27.42*5=137.1KN

最大支撐長(cháng)度約6m

材料選用HP300*300*94.5kg/m型鋼

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、地下淤泥層較厚區段設計計算

3.2.、1計算參數

土層按ZK14號孔作為典型斷面進(jìn)行計算。

C、Φ、γ值取各土層的加權平均值，即γ=18.52KN/m2，c=11.54Kpa，Φ=10.32度。

地面附加荷載q=20Kpa

3.2.2、鋼板樁樁長(cháng)計算

沿基槽邊取一延長(cháng)米計算，開(kāi)挖深度約5米，板樁墻前后土壓力采用水土壓力合算模式進(jìn)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

由樁上作用力對支撐點(diǎn)d點(diǎn)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

則樁入土深度d=1.2t=6.36m，取樁長(cháng)L=12m

3.2.3、鋼板樁強度計算

ΣH=0 得：

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

=109.79KN/m

設鋼板樁的最大彎矩截面在距地面x0處

則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

間隔打U型Ⅲ號鋼板樁 W=1340CM2

σmax=Mmax/W=177.20Mpa

3.2.4、圍檁強度計算

圍檁間距取L=4M

Mmax=1/8TL2=219.58KN.m

選用HP300*300*94.5kg/m型鋼 W=1360cm2 σmax=Mmax/W=161.46Mpx

3.2.5支撐強度計算

軸向力 N=109.79*4=439.16KN

最大支撐長(cháng)度約6m

材料選用HP300*300*94.5kg/m型鋼

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

Λ=L/ iy =79.9 查表得Φ=0.687

σ=N/(ΦA)=48.43Mpa

4、鋼板樁施工工序及施工方法：

本工程基坑支護采用6～12米鋼板樁配合內支撐進(jìn)行支護，鋼板樁施打深度根據排洪渠基礎的不同而變化，在排洪渠基礎為換填或木樁段鋼板樁施打深度為6～9米，在排洪渠基礎為攪拌樁段鋼板樁施打深度為12米。施工機械采用40T履帶吊車(chē)，配合振動(dòng)錘及200KW專(zhuān)用（三相220V）發(fā)電機施工。兩排鋼板樁間距為6米。用振動(dòng)錘打入拉森U型III號鋼板樁作為圍護結構，樁長(cháng)6～12米，支撐體系采用HP300*300型鋼水平內支撐，沿軸線(xiàn)方向間距5米設一道支撐，位置距鋼板樁頂以下1.0米。內支撐與鋼板樁之間連接處設置HP300*300型鋼圍檁，全部采用焊接固定。

4.1鋼板樁矯正、除泥、除銹，在吊機配合下，使用千斤頂、大錘和氧氣、乙炔等工具材料完成包括端部修整、樁體澆曲、扭曲及局部變形矯正、鎖口變形矯正等矯正內容。

4.2按設計長(cháng)度拼接鋼板樁：在吊機配合下，在工場(chǎng)或工地現場(chǎng)設置平臺，將待拼接樁段固定于同一軸線(xiàn)，然后采用魚(yú)尾板焊接法接樁至設計樁長(cháng)。

4.3測量放線(xiàn)，并將軸線(xiàn)延至施工場(chǎng)外以利于觀(guān)測和檢驗。

4.4鋼板樁打入施工：為達到基坑支護規范要求的各項標準，并按施工圖要求，施工機械采用40T履帶吊車(chē)，配合振動(dòng)錘及200KW專(zhuān)用（三相220V）發(fā)電機施工，嚴格控制垂直度，將鋼板樁打平基槽地面。

4.5土方開(kāi)挖至板樁頂以下1米處，進(jìn)行圍檁、支撐施工。

4.6圍檁制安：圍檁及支撐設置在板樁墻頂以下0.5米處，根據設計位置在鋼板樁內壁上焊圍檁托架，然后吊裝IIP型鋼圍檁并焊接加固。

4.7土方開(kāi)挖至基底，排洪渠主體施工及回填。

4.8圍檁及支撐拆除。

4.9鋼板樁拔出：采用履帶吊車(chē)，配合振動(dòng)錘及200KW專(zhuān)用（三相220V）發(fā)電機拔樁。

5、幾點(diǎn)體會(huì )

5.1在深槽區5米的基坑開(kāi)挖中，采用鋼板樁支護，可以保證兩側的穩定，避免引起整體滑波、基底隆起等嚴重后果，有效地消除安全隱患。

5.2采用鋼板樁支護，可以準確地根據雨水渠結構形式的寬度進(jìn)行控制，防止超控和塌方，減少開(kāi)挖的工程量，可以減少恢復原路面的工作量。

5.3在舊城區主要道路進(jìn)行深基坑開(kāi)挖施工，地下管線(xiàn)錯綜復雜，若采用大開(kāi)挖的方法，對管線(xiàn)的保護較為困難，萬(wàn)一發(fā)生意外，后果不堪設想。采用這種支護方法后，可以起到保護作用，易于地下管線(xiàn)的支護，從而達到節省費用的目的。

5.4采用鋼板樁支護，施工環(huán)境較好。機械設備開(kāi)挖、運輸可以靠近基坑邊進(jìn)行，在5米深的基坑下進(jìn)行雨水渠主體結構施工，就有一個(gè)安全的條件，工作效率可以大大提高。

5.5在進(jìn)行鋼板樁的支護施工中要特別注意地下水的影響。遇到有水的情況一定要采取有效措施進(jìn)行堵塞，防止泥砂隨滲水排出。遇到離建筑物較近，地質(zhì)條件較差的地段，可以考慮打加密樁的方法，更有利于施工并防止泥水排出。

5.6基坑開(kāi)挖及排水渠主體結構施工期間可以通過(guò)變形觀(guān)測對鋼板樁的位移進(jìn)行有效控制，就易保證基坑安全。鋼板樁施工簡(jiǎn)便，工序簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易控制，工期短，且現場(chǎng)整潔。另外，鋼板樁可以重復使用，節省投資。