鋼板樁支護(hù)在雨水管道工程中的應(yīng)用

劉亮明（石家莊交通勘察設(shè)計(jì)院， 河北 石家莊 050000）

0 引 言

隨著我國(guó)城市的快速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模在逐年擴(kuò)大，吸納人口數(shù)量也在不斷上升，對(duì)市政道路等基礎(chǔ)保障設(shè)施提出了更高的要求。雨水管道工程作為城市道路配套工程，對(duì)城市排洪起著決定性作用，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在不斷提高。在雨水管道設(shè)計(jì)過程中，基坑防護(hù)需要進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。本文以河北省石家莊市勝利大街南二環(huán)至南三環(huán)段改建工程為例，對(duì)鋼板樁支護(hù)在雨水管道基坑防護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，旨在提高鋼板樁支護(hù)在基坑防護(hù)中的應(yīng)用價(jià)值。

1 項(xiàng)目概況

勝利大街是河北省石家莊市主要南出市口，沿線居住區(qū)密集、開挖長(zhǎng)度較長(zhǎng)、地質(zhì)條件較差、沿線多處存在其他管線等附屬設(shè)施，周邊環(huán)境較復(fù)雜，無法開挖放坡，同時(shí)也受到環(huán)保要求的影響，因而邊坡防護(hù)采取鋼板樁支護(hù)。

本項(xiàng)目起于勝利大街與石家莊市南二環(huán)交叉處，起點(diǎn)樁號(hào) K295＋886，向南經(jīng)塔談，與倉(cāng)豐路平交后，經(jīng)南位到達(dá)本項(xiàng)目終點(diǎn)南三環(huán)，終點(diǎn)樁號(hào) K301＋142，路線長(zhǎng) 5.26 km。本工程配合新建道路，擬建一排 d600、管道界面為 B×H＝4.00 m×2.66 m 的雨水管涵和一排d500～d800 的污水管道，擬建 d600 的雨水預(yù)埋管道和d500 的污水預(yù)埋管道，沿線設(shè)置收水井和收水支管。

2 工程地質(zhì)條件

本工程土層結(jié)構(gòu)自上而下描述如下。

第 ① 層：填筑土。該土層呈雜色，稍濕，中密～密實(shí)狀；上部主要成分為混凝土路面、礦渣、碎石等，下部由黏性土、灰土及砂粒組成。該土層主要分布在原有路基，分布較連續(xù)，底板埋深 0.70 m～3.00 m，揭露層厚度在0.70 m～3.00 m 之間。

第 ①1層：雜填土。該土層呈雜色，稍濕，稍密；主要成分為粉土、粉質(zhì)黏土、砂粒，上部為混凝土路面。該土層主要分布在現(xiàn)有路東側(cè)加寬路基部分，分布不連續(xù)，揭露最大層厚度為 3.50 m。

第 ①2層：素填土。該土層呈褐黃色，稍濕，稍密～密實(shí)；主要成分為粉土、粉質(zhì)黏土，含植物根系。該土層主要分布在現(xiàn)有路東側(cè)加寬路基部分，分布較連續(xù)，底板埋深 0.60 m～2.50 m，揭露層厚度在 0.50 m～2.20 m 之間。

第 ② 層：黃土狀粉質(zhì)黏土層。該土層呈黃褐～褐黃色，可塑～硬塑狀，局部為軟塑、堅(jiān)硬狀；土質(zhì)較均勻，含鐵錳氧化物及鈣質(zhì)結(jié)核，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度、韌性中。該層夾粉土、細(xì)砂薄層或透鏡體。該層分布較均勻連續(xù)，未全部揭穿，揭露底板埋深 3.40 m～8.60 m，揭露層厚度在 1.60 m～6.30 m 之間。

第②1層：黃土狀粉土層。該土層呈褐黃色，稍濕～濕，密實(shí)狀；土質(zhì)較均勻，含砂粒、少量云母，搖震反應(yīng)中，干強(qiáng)度、韌性低；間夾粉質(zhì)黏土薄層或透鏡體，僅在鉆孔 ZK7、ZK8 揭露。該層分布不連續(xù)，揭露層最大厚度為 6.20 m。

第 ②2層：細(xì)砂層。該土層呈灰白色，稍濕，稍密狀；砂質(zhì)較純，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英，含云母，分選性較差，磨圓度中等，級(jí)配中等，僅在鉆孔 ZK4、ZK11、ZK14、ZK16 揭露。該層分布較連續(xù)，揭露層最大厚度為 2.80 m。

第 ③ 層：黃土狀粉土層。該土層呈褐黃～褐黃色，稍濕～濕，中密～密實(shí)狀，土質(zhì)較均勻，含鐵錳氧化物、砂粒及少量云母，搖震反應(yīng)中，干強(qiáng)度、韌性低，局部夾粉質(zhì)黏土薄層或透鏡體。該層揭露主要存在于 ZK23～ZK66，分布較均勻連續(xù)，底板埋深 4.60 m～8.90 m，揭露層厚度在 0.90 m～2.80 m 之間。

第 ④ 層：細(xì)砂層。該土層呈灰白色，稍濕，稍密～中密狀，局部密實(shí)；砂質(zhì)較純，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英，含云母，分選性較差，磨圓度中等，級(jí)配中等，局部夾中砂薄層或透鏡體。該層揭露主要存在于 ZK17～ZK66。

第 ④1層：粉質(zhì)黏土層。該土層呈褐黃色，可塑狀，含鐵錳氧化物及鈣質(zhì)結(jié)核物，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度、韌性中。該層分布較連續(xù)，僅在 ZK64、ZK65、ZK66 揭露，揭露層最大厚度為 5.60 m。

第 ④2層：粗砂層。該土層呈灰白色，稍濕，中密狀；砂質(zhì)不純，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英，含云母，分選性較差，磨圓度中等，級(jí)配中等；局部含大量礫石，夾細(xì)砂薄層。該層揭露主要存在于 ZK54～ZK56 及BK10～BK12，揭露層最大厚度為 3.70 m。

第 ⑤ 層：粉質(zhì)黏土層。該土層呈褐黃～褐黃色，可塑～硬塑狀，局部為堅(jiān)硬狀；土質(zhì)較均勻，含鐵錳氧化物及鈣質(zhì)結(jié)核物，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度、韌性中；局部夾粉土、粉砂薄層或透鏡體。

土地層工程性質(zhì)指標(biāo)建議值如表1 所示。

表1 土地層工程性質(zhì)指標(biāo)建議值一覽表

場(chǎng)地地下水埋藏較深，勘察期間，在鉆孔深度范圍內(nèi)（最大深度 20m）未見地下水，因而不考慮地下水對(duì)土方開挖和基坑支護(hù)工程的影響。

3 鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)方案

本工程基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)， 結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，基坑支護(hù)期限為 1 年。開挖深度在 4.5 m～5.5 m 之間。根據(jù)基坑深度，采用 40 b 工字鋼支護(hù)，一丁三順布置，兩“丁”樁間距 1.3 m，樁長(zhǎng) 10 m。由一道雙拼 40b工字鋼圍檁和 Ф402×14 mm 的鋼管作為基坑的支撐體系，支撐水平間距為 4 m?？油饩嗷觾?nèi)邊線 1.5 m 處設(shè)擋水墻。

開挖深度在 5.5 m～7.5 m 之間，根據(jù)基坑深度，采用 40b 工字鋼支護(hù)，一丁一順布置，兩“丁”樁間距 450 mm，樁長(zhǎng) 12 m。由一道雙拼 40b 工字鋼圍檁和Ф402×14 mm 的鋼管作為基坑的支撐體系，支撐水平間距為 4 m?？油饩嗷觾?nèi)邊線 1.5 m 處設(shè)擋水墻。

3.2 工字鋼支護(hù)

3.2.1 工字鋼主要參數(shù)

根據(jù)基坑深度準(zhǔn)備長(zhǎng)為 10 m、12 m 的 40b 工字鋼。工字鋼主要參數(shù)及大樣如表2 所示。

表2 工字鋼主要參數(shù)及大樣表

3.2.2 工字鋼支護(hù)施工流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣、定位→施工工字鋼支護(hù)→開挖設(shè)置鋼支撐→管道施工安裝→回填溝槽→拆除鋼支撐→拔除工字鋼支護(hù)→施工完成。

3.2.3 工字鋼支護(hù)的檢驗(yàn)、吊裝、堆放

（1）工字鋼支護(hù)的檢驗(yàn)。對(duì)工字鋼支護(hù)，一般有外觀檢驗(yàn)和材質(zhì)檢驗(yàn)，以便對(duì)不合要求的工字鋼支護(hù)進(jìn)行矯正，以減少打樁過程中的困難。外觀檢驗(yàn)包括表面缺陷、長(zhǎng)度、寬度、厚度、高度、端部矩形比、平直度等項(xiàng)內(nèi)容。材質(zhì)檢驗(yàn)包括對(duì)工字鋼支護(hù)母材的化學(xué)成分及機(jī)械性能進(jìn)行全面試驗(yàn)。包括鋼材的化學(xué)成分分析，構(gòu)件的拉伸、彎曲試驗(yàn)，鎖口強(qiáng)度試驗(yàn)和延伸率試驗(yàn)等項(xiàng)內(nèi)容。每一種規(guī)格的工字鋼支護(hù)至少進(jìn)行一個(gè)拉伸、彎曲試驗(yàn)。

（2）工字鋼吊運(yùn)及堆放。裝卸工字鋼支護(hù)宜采用兩點(diǎn)吊。吊運(yùn)時(shí)，每次起吊的工字鋼支護(hù)根數(shù)不宜過多，并應(yīng)注意保護(hù)鎖口免受損傷。吊運(yùn)方式有成捆起吊和單根起吊。成捆起吊通常采用鋼索捆扎，而單根吊運(yùn)常用專用的吊具。工字鋼支護(hù)堆放的地點(diǎn)，要選擇在不會(huì)因壓重而發(fā)生較大沉陷變形的平坦而堅(jiān)固的場(chǎng)地上，并便于運(yùn)往打樁施工現(xiàn)場(chǎng)。

3.2.4 施工放樣

為保證工字鋼施打位置準(zhǔn)確無誤，清表后底部須大致平整，技術(shù)人員定位后，灑白灰線，為防止白灰線受施工過程中澆水沖洗影響，需要每在中心線上每 5 m 插釘木樁，保證位置準(zhǔn)確。

3.2.5 工字鋼支護(hù)

工字鋼支護(hù)施工關(guān)系到施工擋土和管線的安全，是本工程施工最關(guān)鍵的工序之一，在施工中要注意以下事項(xiàng)。

（1）在插打過程中隨時(shí)測(cè)量監(jiān)控每塊樁的斜度不超過5/1 000，當(dāng)偏斜過大不能用拉齊方法調(diào)正時(shí)，拔起重打。

（2）施工中應(yīng)根據(jù)具體情況變化施打順序，采用一種或多種施打順序，逐步將板樁打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（3）工字鋼支護(hù)施工前應(yīng)試樁，確定在礫石層中的打樁效果，不能穿透礫石層時(shí)，應(yīng)使用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行引孔。

（4）工字鋼支護(hù)采用振動(dòng)法成樁，成樁時(shí)垂直度允許偏差為 1/200，沿基坑軸線方向墻面左右允許偏差為100 mm，橫向?yàn)?－50 mm～0。

（5）必須保證工字鋼支護(hù)沉樁的垂直度即施打板樁墻墻面的平整度，必要時(shí)可在工字鋼支護(hù)打入時(shí)設(shè)置打樁支架。

（6）若地層內(nèi)部有塊石，導(dǎo)致工字鋼支護(hù)施工困難，則清除石塊后再施工工字鋼支護(hù)。

（7）工字鋼支護(hù)必須堅(jiān)持在合理的范圍內(nèi)進(jìn)行重復(fù)使用的原則，以節(jié)省工程造價(jià)。

3.2.6 拔除工字鋼

（1）本工程拔樁采用振動(dòng)錘拔樁，利用振動(dòng)錘產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)，擾動(dòng)土質(zhì)，破壞工字鋼支護(hù)周圍土黏聚力以克服拔樁阻力，依靠附加起吊力作用將樁拔除。

（2）拔樁注意事項(xiàng)。① 拔樁時(shí)，可先用振動(dòng)錘將板樁鎖口振活以減小土的黏附，然后邊振邊拔。為及時(shí)回填拔樁后的土孔，當(dāng)把板樁拔至比基礎(chǔ)底板略高時(shí)暫停引拔，用振動(dòng)錘振動(dòng)幾分鐘，盡量讓土孔填實(shí)一部分。② 對(duì)引拔阻力較大的工字鋼，采用間歇振動(dòng)的方法，每次振動(dòng)15 min，振動(dòng)錘連續(xù)不超過 1.5 h。③ 工字鋼土孔處理對(duì)拔樁后留下的樁孔，及時(shí)采用水泥漿灌入密實(shí)。注漿采用P.O42.5 普通水泥攪拌均勻的 1∶1 水泥漿，加入 2% 的水玻璃。注漿流量控制在 10 L/min～15 L/min 之間，注漿壓力為 0.2 MPa～0.3 MPa。

3.3 鋼支撐施工

本工程鋼支撐由一道雙拼 4 0 b 工字鋼圍檁和Ф402×14 mm 的鋼管作為基坑的支撐體系，支撐水平間距為 4 m，主要包括圍檁及鋼管支撐等材料。支撐體系，如圖1 所示。

圖1 支撐體系示意圖

3.3.1 鋼支撐施工流程

鋼支撐安裝施工工藝流程為：基坑開挖→測(cè)量定位→焊接鋼牛腿→安裝鋼腰梁→吊裝鋼支撐→施加預(yù)應(yīng)力→鋼楔鎖定→檢查各節(jié)點(diǎn)情況并組織完工驗(yàn)收→交下道工序挖土施工→重復(fù)以上步驟直至鋼支撐全部安裝完畢→基坑開挖時(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.3.2 鋼支撐施工注意事項(xiàng)

（1）土方開挖時(shí)避免挖掘機(jī)械碰撞已經(jīng)架設(shè)的鋼支撐。

（2）施工中做好對(duì)鋼支撐在安裝和使用過程中的軸線和位移觀測(cè)，如超過允許值，及時(shí)處理。

（3）注意基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的水平位移及地面沉降監(jiān)測(cè)，其控制范圍為水平位移≤5.0 cm，地面沉降＜2.5 cm。

（4）意外原因造成基坑變形過大的處理措施：外界條件突然改變 （如基坑外附近管線漏水、地面荷載突然增大），或其他原因造成樁背后土壓力增大，通過位移觀測(cè)，樁頂位移超過 5 cm（警戒值），采取減壓或加固措施，如加強(qiáng)鋼支撐等以阻止位移繼續(xù)擴(kuò)大，確?；影踩?。

3.4 監(jiān)控量測(cè)

3.4.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

結(jié)合本工程周圍環(huán)境特點(diǎn)，本基坑工程應(yīng)設(shè)置（包括但不限于）以下幾個(gè)方面的監(jiān)測(cè)內(nèi)容：支護(hù)樁頂部水平位移，支護(hù)樁頂部豎向位移，地表沉降，地表裂縫，支護(hù)施工前對(duì)周邊建構(gòu)筑物、管線及道路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且做好記錄，施工時(shí)均納入監(jiān)測(cè)范圍。

3.4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

（1）在基坑施工過程中應(yīng)在坡頂按每間隔≤20 m 且每邊不應(yīng)少于 3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)布設(shè)，用于觀測(cè)邊坡水平位移和豎向直位移，同時(shí)又作為沉降觀測(cè)點(diǎn)。

（2）利用遠(yuǎn)離場(chǎng)區(qū)的城市高程系水準(zhǔn)控制點(diǎn)或獨(dú)立水準(zhǔn)點(diǎn)作為沉降觀測(cè)的起算點(diǎn)，與以上點(diǎn)聯(lián)測(cè)，構(gòu)成基坑支護(hù)沉降觀測(cè)網(wǎng)。四面圍墻周邊附近各布置 4 個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，與基坑周邊淺埋基礎(chǔ)建（構(gòu)）筑物、重要管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)一起構(gòu)成監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境的沉降觀測(cè)網(wǎng)。

3.4.3 觀測(cè)方法

水平位移監(jiān)測(cè)采用小角法觀測(cè)。距離采用全站儀監(jiān)測(cè)，按二級(jí)電磁波測(cè)距精度施測(cè)。豎向位移和沉降按一級(jí)沉降觀測(cè)的要求進(jìn)行觀測(cè)。高程觀測(cè)儀器為 DS05 精密水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)尺為銦鋼尺。觀測(cè)要求如下：視距長(zhǎng)≤30 m，前后視距差≤0.7 m，前后視距累計(jì)差≤1 m，視線高度≥0.3 m，基輔尺分劃讀數(shù)較差≤0.3 mm，基輔尺分劃高程較差≤0.5 mm。

4 結(jié) 語(yǔ)

本工程由于受到占地、地質(zhì)等外界條件的限制，采用了鋼板樁支護(hù)。鋼板樁作為成品利用，其抗壓、抗彎、材料、接縫處理等在生產(chǎn)過程中都可以得到嚴(yán)格把控，應(yīng)用效果更加可靠，并且具有耐久性好、可重復(fù)利用、施工工序簡(jiǎn)單、縮短工期等優(yōu)點(diǎn)，其在基坑防護(hù)中的應(yīng)用價(jià)值被廣泛認(rèn)可。不過，鋼板樁支護(hù)也存在樁接頭漏水、打拔樁振動(dòng)噪聲大、容易引起周邊沉降等問題，在施工過程中應(yīng)做好施工組織工作。