路橋工程基坑鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)分析

馬述林

（成都市市政建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司 廣東分公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)技術(shù)，如土釘墻支護(hù)、混凝土錨桿墻支護(hù)、抗滑樁與連接梁組合以及土工合成材料包圍墻等，都有其獨(dú)特的適用性和使用效果[1]。然而這些技術(shù)也存在一定的缺點(diǎn)，如施工過程繁瑣、成本較高、施工周期長及可能對環(huán)境造成一定影響。

近年來，鋼板樁支護(hù)技術(shù)在路橋工程中的應(yīng)用越來越廣泛。鋼板樁由高強(qiáng)度的鋼材制成，能夠迅速插入土中，形成連續(xù)的墻體，為基坑提供穩(wěn)定的支撐。這種技術(shù)的核心原理在于，鋼板樁通過其互鎖連接，形成了一個連續(xù)、剛性的屏障，從而有效地阻止土體的側(cè)向移動和水的入侵，保障基坑的穩(wěn)定性[2]。與傳統(tǒng)方法相比，鋼板樁支護(hù)技術(shù)不僅施工速度快，還對周邊環(huán)境影響小，能夠適應(yīng)不同的土質(zhì)和基坑深度，并在成本效益上表現(xiàn)出眾[3]。本文根據(jù)青島市黃島區(qū)某沿海市政路橋工程實(shí)例，對基坑鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)展開分析，以期為類似工況提供借鑒[4]。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

項(xiàng)目為沿海市政路橋工程，位于山東省青島市黃島區(qū)。在基坑段存在一條已建的地鐵隧道，其結(jié)構(gòu)外徑為6.3m，拱頂埋深為16.25m，位于基坑附近。結(jié)合對工程現(xiàn)場地質(zhì)條件和建筑群的調(diào)研后，確定擬開挖深度為12.56m，安全等級為一級。經(jīng)測量，地鐵隧道與建筑地下室支護(hù)邊緣的間距為5.2m左右，直線距離為5.0m。

1.2 土層分析

根據(jù)工程勘察報告顯示，施工區(qū)域土層分布如表1所示。

表1 土層分布及其物理參數(shù)

由表1可以看出，施工區(qū)域的第一層為雜填土層，其厚度趨近于0.90m，內(nèi)摩擦角和粘聚力數(shù)值較低，說明其不具備較優(yōu)的土力學(xué)性能。在對第二至五層的土層進(jìn)行整體分析后，發(fā)現(xiàn)均為粉土，隨著埋深不斷增加，各層所對應(yīng)的土層承載力與其呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即隨著埋深增加不斷增強(qiáng)。粉質(zhì)土層的厚度分別為2.78mm、3.52mm、7.90mm、5.17mm。

2 基坑鋼板樁支護(hù)施工工藝要點(diǎn)

2.1 基坑鋼板樁支護(hù)技術(shù)的選擇依據(jù)

合適的鋼板樁支護(hù)技術(shù)是基于當(dāng)前工程的具體情況，如地質(zhì)環(huán)境、施工條件、預(yù)期工期、成本預(yù)算等因素進(jìn)行全面的評估和權(quán)衡后，選擇一套綜合方案，既能滿足工程的技術(shù)需求，又能確保工程的經(jīng)濟(jì)性和施工的安全性。

（1）工程地質(zhì)條件的考慮。這包括土的類型、厚度、物理和力學(xué)特性，以及地下水的情況。這些因素決定了鋼板樁的材料、截面和施工方法的選擇。例如，在有大量地下水的地區(qū)，可能需要考慮使用耐腐蝕材料的鋼板樁，并采用特定的施工方法以防止水的入侵。

（2）施工條件的考慮。包括施工空間的大小、周圍的建筑和結(jié)構(gòu)、以及噪音和震動的限制也會影響鋼板樁的選擇和施工方法。在城市中心或其他敏感區(qū)域，振動和噪音的限制可能會導(dǎo)致某些施工方法不可用。

（3）經(jīng)濟(jì)性的考慮。合適的鋼板樁支護(hù)技術(shù)應(yīng)確保在滿足所有技術(shù)和安全要求的同時，保持工程成本在預(yù)算范圍內(nèi)。

基于以上考慮，結(jié)合工程概況，該工程基坑支護(hù)選擇基坑鋼板樁支護(hù)技術(shù)。

2.2 鋼板樁施工前的準(zhǔn)備工作

2.2.1 鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算

在該工程中，為確保基坑的穩(wěn)定性，鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。首先確定關(guān)鍵參數(shù)，從而推導(dǎo)出合理的支護(hù)方案。首先需確定土壤對鋼板樁的壓力，即土壓力，土壓力計(jì)算公式如下：

式中：σs——土壤側(cè)壓力；

Kγ——土壤的側(cè)壓系數(shù)；

H——土層厚度。

其中K取決于土層的內(nèi)摩擦角（φ）和土粘聚力（C），計(jì)算公式如下：

式中：δ——墻土摩擦角。

此外，該項(xiàng)目為沿海市政路橋工程，因?yàn)殇摪鍢兑矔艿剿挠绊?，水對鋼板樁壓力?jì)算公式如下：

式中：σω——水壓力；

γω——水的單位容量；

h——地下水高度。

通過對以上參數(shù)的精準(zhǔn)測量和計(jì)算，為深基坑方案設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確依據(jù)。

2.2.2 鋼板樁選型

在基坑支護(hù)中，對鋼板樁的選型、驗(yàn)算到進(jìn)場驗(yàn)收，每一步都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行，確保其滿足工程需求。

（1）鋼板樁選型依據(jù)。在選擇鋼板樁型號之前，首先要對相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行深入研究，明確這些規(guī)范對于不同土質(zhì)、深度和工況對鋼板樁性能的要求。

（2）通過力學(xué)計(jì)算確定鋼板樁型號，基于該工程而言，鋼板樁選用截面抵抗矩拉森IV 型鋼板樁w=2270cm3。這一型號不僅能夠滿足工程的支護(hù)需求，還具有較佳的經(jīng)濟(jì)性和良好的施工性能。

（3）做好進(jìn)場驗(yàn)收與質(zhì)量控制。在鋼板樁進(jìn)場前，需進(jìn)行缺陷矯正和外觀檢查，這是關(guān)鍵的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。只有在確保鋼板樁無明顯缺陷、符合設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，才能允許其進(jìn)場使用。

2.2.3 施工設(shè)備選型

在基坑支護(hù)工程中，選擇合適的施工設(shè)備也至關(guān)重要，不僅關(guān)系到施工效率，還涉及到施工的安全性、經(jīng)濟(jì)性和對周邊環(huán)境的影響。由于基坑開挖較深，周圍地下建筑物較多，靜壓設(shè)備和沖擊樁設(shè)備的使用效果并不理想，所以結(jié)合項(xiàng)目情況最終確定振動沉樁設(shè)備，振動沉樁設(shè)備為“上海振中YZPJ-100 型液壓振動錘+三一重工SY245H 中型挖掘機(jī)”組成的振動打樁機(jī)，完全符合深基坑的開挖要求和鋼板樁的長度限制，對現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，而且還可用于振動拔樁。它可以高效、安全地完成鋼板樁的沉拔工作，減少施工中的風(fēng)險，并且從經(jīng)濟(jì)角度考慮，此種振動打樁機(jī)也是目前市場上較為經(jīng)濟(jì)的選擇，可有效控制施工成本。

2.3 鋼板樁施工要點(diǎn)

2.3.1 鋼板樁打設(shè)

鋼板樁打設(shè)作業(yè)前，要與市政相關(guān)部門取得聯(lián)系，確定打設(shè)區(qū)域的消防管、雨水管等管線的設(shè)計(jì)圖紙，必要時由市政部門指導(dǎo)施工單位處理建筑物附近管線。結(jié)合鋼板樁打設(shè)施工要求，借助灰線標(biāo)注鋼板樁的打設(shè)位置，便于施工中定位鋼板樁編號。在面對堅(jiān)硬土層時，使用挖掘機(jī)在打設(shè)區(qū)域內(nèi)挖出約寬1m、深1m 的溝槽，清理溝槽垃圾和雜物，運(yùn)用分打法完成作業(yè)。施工中要先確定振打位置，將第一根樁吊運(yùn)至相應(yīng)區(qū)域，在施工負(fù)責(zé)人確定位置契合設(shè)計(jì)要求后，采取振打作業(yè)。隨后依次按照以上吊運(yùn)、振打操作方式，將所有鋼板樁置于設(shè)計(jì)位置，完成整體鋼板樁打設(shè)任務(wù)。

2.3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置

在距鋼板樁墻頂500mm 處設(shè)置圍檁，圍檁采用22號槽鋼背靠背雙拼組成，置于鋼支架上，用25mm 鋼筋固定在后側(cè)錨樁上。固定方式為螺紋連接。錨樁號是20 號工字鋼。將鋼結(jié)構(gòu)H400×400×13×21 放置在框架柱之間垂直于地面的位置，用25mm鋼筋拉桿固定在鋼結(jié)構(gòu)上。為安全起見，鋼板樁四角檁條采用H4004001321，角撐采用42mm×610mm鋼管。

2.3.3 鋼板樁拔除

鋼板樁應(yīng)在土建工程完成后拔除，先拆檁條、角撐、拉桿，再拆鋼板樁、錨桿。利用振動錘產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動擾動土體，破壞鋼板樁周圍土體的粘聚力以克服拔樁阻力，拔出樁體。

2.4 工程位移監(jiān)測

利用現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行信息反饋，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)達(dá)到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)、合理、快速施工的目的。具體監(jiān)測內(nèi)容如表2所示。

表2 監(jiān)測內(nèi)容

3 鋼板樁支護(hù)施工過程管理優(yōu)化

信息化施工管理技術(shù)可以進(jìn)一步強(qiáng)化基坑鋼板樁支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用效果并確保施工安全。目前常用的信息化施工管理技術(shù)有以下三種：BIM 技術(shù)數(shù)字化模擬與三維建模，智能監(jiān)測系統(tǒng)，移動應(yīng)用與云端協(xié)作。

該項(xiàng)目中采用智能監(jiān)測系統(tǒng)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)場的各種傳感器可以實(shí)時監(jiān)測基坑的土壓、地下水位、振動等關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅可以遠(yuǎn)程實(shí)時傳輸?shù)绞┕す芾硐到y(tǒng)，讓施工管理人員隨時獲取工程建設(shè)中的各種數(shù)據(jù)，還可以設(shè)置閾值進(jìn)行預(yù)警，幫助施工人員做出正確判斷，及時調(diào)整施工策略，避免潛在的風(fēng)險。同時，智能監(jiān)測系統(tǒng)能夠給出支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)時受力數(shù)據(jù)，可根據(jù)數(shù)據(jù)信息衡量是否存在結(jié)構(gòu)相互影響的問題，據(jù)此對方案進(jìn)行優(yōu)化，協(xié)助現(xiàn)場人員完成基坑施工作業(yè)。

4 位移監(jiān)測結(jié)果分析

該項(xiàng)目共計(jì)布設(shè)8 個位移監(jiān)測點(diǎn)，基坑位移監(jiān)測結(jié)果如圖1所示。

圖1 監(jiān)測點(diǎn)1～8的基坑位移監(jiān)測折線圖

根據(jù)圖1可以得知，隨著開挖過程的不斷推進(jìn)，各監(jiān)測點(diǎn)的垂直位移也逐漸增大，但測點(diǎn)1～8 的最大垂直位移分別為16..3mm、16.2mm、14.7mm、13.5mm、13.2mm、17.4mm、16.2mm、16.3mm，均低于該工程的報警限度值（20mm），符合基坑工程規(guī)范規(guī)定的35mm 的臨界值要求。因此，此種支護(hù)形式能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求，支護(hù)方案可行性較強(qiáng)。

另外基坑開挖引起的豎向位移主要發(fā)生在前5d。監(jiān)測點(diǎn)1 和2 開挖開始時發(fā)生了7mm 和5mm 的垂直位移；監(jiān)測點(diǎn)3、4 和6 發(fā)生了1mm 的沉降；但監(jiān)測點(diǎn)5、7和8 處未發(fā)現(xiàn)明顯的地表沉降現(xiàn)象。受到附近大型施工項(xiàng)目的影響，在監(jiān)測點(diǎn)1、2位置也出現(xiàn)沉降較大的情況。因此，在遭遇相鄰基坑施工工況時，應(yīng)充分考慮相鄰基坑之間的相互作用力，盡可能避開地下大型作業(yè)項(xiàng)目，避免出現(xiàn)異常沉降，影響施工質(zhì)量。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)青島市黃島區(qū)某沿海市政路橋工程實(shí)例，對基坑鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)展開分析，通過對基坑鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)位移監(jiān)測結(jié)果分析表明，8個監(jiān)測點(diǎn)中測點(diǎn)1～8 的最大垂直位移分別為16.3mm、16.2mm、14.7mm、13.5mm、13.2mm、17.4mm、16.2mm、16.3mm，低于該工程的報警限度值（20mm），符合基坑工程規(guī)范規(guī)定的35mm的臨界值要求，說明該項(xiàng)目的施工方法能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求，具有較高的可行性。但在施工過程中應(yīng)考量相鄰基坑開挖工程的沉降相互作用力，避免出現(xiàn)施工事故。