永久性鋼板樁在用地受限邊坡防護中的應用

肖華杰 易守傳

摘要：文章針對邊坡防護中坡頂近距離建筑的安全防護問題，通過多方案比選提出永久性鋼板樁+坡腳墻的綜合防護型式，并采用畢肖普法和彈塑性共同變形法對該邊坡及鋼板樁進行受力分析計算，結果滿足相關規(guī)范要求。該方案可以減少放坡，避免拆遷房屋，所需工作面及安全施工距離小，施工快捷，可為今后類似邊坡支護項目提供參考。

關鍵詞：邊坡;鋼板樁;受力分析;方案設計;靜壓植樁

0 引言

隨著城市路網的不斷完善，道路工程項目建設逐漸向城市外圍地區(qū)邁進。這些地區(qū)前期缺乏系統(tǒng)的、整體性的規(guī)劃，導致建筑物多而雜亂，分布極不規(guī)律，以致經常出現建筑物與工程項目之間的沖突。為了避讓建筑物，防止建筑物受到工程項目的影響，需要采取相應的支護措施。但在這些地區(qū)進行工程支護，常常需要面臨作業(yè)面狹小、施工范圍距建筑物較近、周邊居住人口多、施工不能干擾周邊居民等問題，施工條件較為苛刻。在工程項目中常用的支護方式有：擋土墻、樁板式擋墻、鋼板樁等。其中，鋼板樁以其施工簡單、安全快速、耐腐蝕性能好等特點而被廣泛運用于工程項目當中。采用靜壓植樁法的鋼板樁施工作業(yè)面小，對周圍環(huán)境影響小，噪聲小，不擾民，特別適合在建筑密集區(qū)進行土體支護作業(yè)，并越來越多地應用在工程項目中。

1 工程概況

1.1 項目基本情況

南寧市某工程項目，道路等級為城市主干路，南北走向，設計速度為50 km/h，路幅寬度為36 m。K0+120～K0+220樁號段為挖方段，原設計方案采用放坡開挖施工邊坡。邊坡采用分級放坡型式，坡率為1∶2，每級坡高6 m，邊坡之間設置2 m寬平臺。邊坡采用植草和骨架護坡，在平臺和坡腳設置截水溝。原設計方案用地紅線和橫斷面型式如圖1和圖2所示。

現該處邊坡共有五棟原設計考慮拆除的房子無法拆遷，因此道路左側路塹邊坡無法按原設計放坡開挖進行施工。又因開挖高度及土質情況等原因，無法在滿足房屋安全距離的情況下放緩邊坡，故需對該路段左側路塹邊坡增設支擋結構，避免拆遷這幾處房屋。

1.2 地質概況

本次擋墻及邊坡范圍內的上覆土層為：第四系人工素填土（[WTB1X]Qml）、耕表土（[WTB1X]Qpd）及第四系更新統(tǒng)望高組下段沖積層形成的黏土（[WTB1X]Qal）和粉土（[WTB1X]Qal）;下伏基巖為古近系湖相沉積的泥巖（[WTB1X]E）。硬可塑狀黏土屬沖積形成，以紅色、黃色為主，屬中等脹縮性膨脹土，地基脹縮等級為Ⅱ級。全風化泥巖，以灰色為主，屬強脹縮性膨脹土，地基脹縮等級為Ⅱ級。巖土計算參數如表1所示。

項目所在地屬地震基本烈度7度地區(qū)，地下水為包氣帶水，受大氣降水的影響較大，水量有限，無穩(wěn)定水位，對擬建道路基礎及基礎施工影響較小。

2 方案設計比選

2.1 方案設計

在本工程中，為了避免影響到坡頂建筑物的安全，此段路塹邊坡開挖需設置支擋防護措施。在綜合分析本項目工程特點的基礎上，初步擬定了三種支護方案。

方案一：永久鋼板樁支護+坡腳墻

本方案在道路邊線外側設置C20混凝土坡腳墻，墻高2 m，墻身采用C20混凝土整體現澆，墻背回填砂礫石。從墻頂向上以1∶1.75的坡率放坡，通過設置鋼板樁來收縮坡頂，使坡頂與建筑物之間留有足夠的安全距離（3～5 m）。鋼板樁頂設置護欄及排水溝，坡頂設置綠化帶，坡腳設置排水溝。詳見圖3。

根據本項目地勘資料，邊坡土是具有膨脹性的黏土，在坡面鋪設兩布一膜進行保濕防滲，以保持邊坡土體穩(wěn)定。同時，坡面采用生態(tài)袋護坡方式，用以壓覆兩布一膜及作為坡面綠化措施。

鋼板樁采用SP-IVw型，單根鋼板樁寬度為600 mm，壁厚為18 mm，樁長為3～12 m，外露部分涂刷紅丹防銹漆，并掛鋼絲網，坡頂綠化帶可栽種攀爬性植物。為避免施工鋼板樁對建筑物造成影響，鋼板樁應采用靜壓植樁法，避免錘擊振動造成房屋開裂等問題。

方案二：衡重式擋土墻

本方案在道路邊線外側設置3.5～7.5 m高C20片石混凝土衡重式擋墻，在墻頂設置排水溝，墻頂邊坡采用1∶2坡率放坡，在坡頂設置護欄。墻后土體采用放坡開挖，坡率為1∶0.5。由于邊坡較陡，開挖線離建筑物較近，且部分邊坡開挖高度達到8 m，故需增加臨時鋼板樁支護措施。詳見圖4。

方案三：樁板式擋墻

本方案在道路邊線外側設置懸臂長為5～6 m的樁板式擋墻，樁徑為1.5 m，樁中心距為3 m，平均樁長13 m。樁頂設冠梁，尺寸為1.7 m×0.8 m（寬×厚）。樁間設預制的擋土板，擋土板采用逆作法施工，尺寸為0.4 m×0.9 m（厚×寬）。擋土板底部埋入地面30 cm以上，樁頂設排水溝。詳見圖5。

2.2 方案比選

將以上三種方案的特點進行分析如表2所示。

根據以上比選，樁板式擋土墻雖然施工期間安全系數高不需要額外的臨時防護，雨季影響較小，但是造價高、工期長、景觀效果差。衡重式擋墻雖然造價最低，但是需分段施工，施工過程中對房屋影響較大，局部邊坡基坑開挖深度達到8 m，施工期間臨時邊坡較高，需嚴格控制分段長度，邊坡開挖受雨季影響較大，局部開挖線離房屋較近，需增加臨時鋼板樁支護，開挖回填工程量大，借土和棄土較多。鋼板樁方案造價合理，景觀效果好，工期短，施工簡單，施工對房屋影響小，滿足本工程需要。因此推薦采用方案一：永久鋼板樁支護+坡腳墻。

3 土坡受力分析

3.1 土坡穩(wěn)定性計算

（1）計算原理

本項目利用GEO5-深基坑結構支護設計軟件進行土坡穩(wěn)定性計算。軟件利用簡化畢肖普法（Bishop）進行邊坡穩(wěn)定性計算。

（2）土坡穩(wěn)定性計算

為方便軟件進行計算，需根據已知的土層信息和橫斷面條件，對地質情況和土坡受力情況作簡化處理，并在軟件中建立邊坡計算模型。模型圖例見圖6。

鋼板樁墻后土體從上到下總共分為5層，依次為2 m厚素填土，4 m厚黏土，3 m厚黏土，1 m厚黏土，10 m厚泥巖，墻前楔形土體均為黏土，總厚度為6 m，鋼板樁總長為12 m，嵌固于泥巖中2 m，墻頂與土層頂平齊。邊坡土體計算參數如表1所示。

軟件自動搜索最不利滑動面位置，并計算得出：

圓弧滑動面半徑R=19.62 m，下滑力矩Ma=28 824.52 kN·m，抗滑力矩Mp=67 155.14 kN·m，安全系數Fs=Mp/Ma=2.33>1.35，邊坡穩(wěn)定，滿足我國《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB 50330-2013）的要求。

（3）鋼板樁受力分析

將邊坡土體視為彈塑性模型，主動土壓力計算采用庫倫土壓力理論（Coulomb理論），被動土壓力計算采用朗金土壓力理論（Rankine理論），采用彈性支點法對鋼板樁內力進行計算，采用拋物線法對墻后土體沉降進行計算。計算結果如圖7～8所示。

通過圖中曲線可以看出，鋼板樁結構內力最大值為：剪力最大值=24.45 kN/m，彎矩最大值=53.03 kN·m/m，位移最大值=21.9 mm，墻后地表沉降最大為6.9 mm，均滿足規(guī)范要求。

4 鋼板樁在本工程中的實際應用效果分析

本項目鋼板樁已經施工完畢。鋼板樁總施工長度約為100 m，總植入鋼板樁根數約為167根，采用螺旋鉆入靜壓植樁工藝，施工總時長為7 d。鋼板樁施工過程中并未對周圍居民正常生活造成干擾。借助之前布設的變形沉降觀測點，對鋼板樁施工前、中、后期進行觀測，結果顯示并未對居民房屋造成影響。樁前邊坡也已施工完畢，坡頂及坡面均做了綠化處理，景觀效果較好。

5 結語

（1）與重力式擋土墻、樁板式擋墻等邊坡支護方式相比，采用靜壓植樁施工工藝的鋼板樁，對周邊建筑物影響小，施工期間噪音小，不會對周邊居民產生干擾。同時施工簡單、便捷，適用于居民密集、邊坡放坡條件受到建筑物限制的地區(qū)，具有廣闊的應用前景。

（2）運用鋼板樁進行邊坡支護，計算方法簡單，計算理論也已成熟。鋼板樁經過防銹處理后其使用壽命也能達到工程建筑設計要求，工程技術已經成熟。

[1]趙世龍，何 平，吳文濤，等.克服堅硬地質靜壓植樁施工技術[J].公路， 2016，61（6）：115-121.

[2]張征浩，張光明.鋼板樁在基坑開挖支護中的應用[J].河南水利與南水北調，2016（5）：62-63.

[3]李國洋.談深基坑護坡方式選擇及鋼板樁護坡施工[J].山西建筑， 2016， 42（14）：81-82.

[4]趙樹強， 李建功.云南地區(qū)拉森鋼板樁實踐應用的技術分析[J].長春工程學院學報（自然科學版）， 2017， 18（2）：29-34，39.

作者簡介：肖華杰（1981—），高級工程師，主要從事市政基礎設施建設和管理工作;

易守傳（1994—），助理工程師，主要從事市政項目設計工作。