钢板桩支护在灵武太中银铁路立交特大桥深基坑施工中的应用

张 静

中铁一局集团桥梁工程有限公司

钢板桩支护在灵武太中银铁路立交特大桥深基坑施工中的应用

张 静

中铁一局集团桥梁工程有限公司

钢板桩支护系用一种特制的型钢板桩，利用打桩机沉入地下构成一道连续的板墙，作为深基坑开挖的临时挡土、挡水围护结构，钢板桩因其安全、环保、经济以及快捷的优点作为一种新型的基坑支护方式近年来得到广泛的应用。文章以灵武太中银铁路立交特大桥基坑工程为例，分析了深基坑钢板桩支护在铁路工程施工中的应用特点,阐述了深基坑钢板桩支护的施工过程,对钢板桩在基坑工程中的应用进行了对比分析，进一步验证其在深基坑工程的可行性，为类似工程设计、施工提供有益的参考，并积累了钢板桩支护经验,对于实现社会效益和经济效益的最大化有重要意义。

钢板桩；深基坑；围护结构；基坑支护；施工

1 引言

基坑支护技术是一项涉及土力学中典型的强度、稳定性及变形问题，又涉及土与支护结构共同作用的问题的综合性岩土力学的问题。相比桩基础和地基处理，其具有更大的难度。鉴于基坑支护是临时性工程，因此如何寻找安全的支护方式与经济支出之间的平衡就显得尤为重要。

2 工程概况

新建银西铁路(银川至吴忠段)客专工程灵武太中银铁路立交特大桥位于灵武市境内，大桥全长10.255km，在DK586+912.77处上跨银灵一级公路，桥梁上部采用1-64m系杆拱施工，桥梁下部12#、13#墩为钻孔桩基础，大体积承台施工紧临银灵一级公路。12#、13#墩承台结构尺寸为19.4m×10.6m×5m，，承台顶埋深1.5m，基坑最大开挖深度6.5m。

该地区地势较为平坦，桥址区地层主要为第四系全新统、上更新统洪积粉土、粉砂、粗（细）圆砾土，无不良地质及特殊岩层。其中0～3.5m为粉质粘土，3.5～9.5m为粉砂，9.5～15m为细砂，以下为粗（细）圆砾土等。

3 钢板桩施工方案

钻孔灌注桩施工完成后，利用拉森Ⅳ型钢板桩支护基坑，将钢板桩打入土层，钢板桩长15m，钢板桩嵌入深度不小8.5m。钢板桩打设完成后开始开挖宽1m、深1m的沟槽安装围囹，围囹截面形式为Ⅰ45a工钢，闭合成环，增强围囹处焊接角板，内撑采用φ429×9mm钢管，斜撑采用HW400c型钢。继续开挖至设计高程。

4 钢板桩支护设计计算

4.1 钢板桩结构计算

4.1.1土压力计算

图1 钢板桩围堰立面布置图（单位：m）

由工程概况知土层1粉质粘土土体粘聚力c为15.00kPa，土体内摩擦角φ为23°，土的容重γ1为20kN/m3，水的容重γ2为10 kN/m3，粉质粘土厚度为3.42m，地下水高度为2.42m。

土层2粉砂土体粘聚力c为3.00kPa，土体内摩擦角φ为34°，土的容重 γ1为20kN/m3，水的容重 γ2为10 kN/m3，粉砂土厚度为6.10m，地下水高度为6.10m。

土层3细砂土体粘聚力c为0.00kPa，土体内摩擦角φ为36°，土的容重 γ1为20kN/m3，水的容重 γ2为10 kN/m3，细砂厚度为5.48m，地下水高度为5.48m。

1.计算三层图的主动土压力系数Ka1和被动土压力系数Kp1：

2.计算左半部分土压力强度

B点：

分界面以上：

分界面以下：

D点：

分界面以上：

分界面以下：

E点：

图2 计算图

3.计算左部分钢板桩内侧土压力强度

钢板桩内D分界面以上：

D分界面以下：

底端：

4.左右合成主动土压力得：

作用于挡土墙上总的主动土压力和被动土压力，即为土压力分布面积之和故：

Ea作用点位置 Hc：

5.左右合成水压力Ew得：

Ew作用于距墙底：

4.2 基坑稳定性验算

4.2.1钢板桩强度

钢板桩采用德国拉森Ⅳ型钢板桩，截面抵抗矩为W=2270cm3,截面面积620cm2，允许抗剪应力选取[τ]=110MPa。剪应力：

由上述计算可知选取德国拉森Ⅳ型钢板桩强度满足要求。

4.2.2围囹验算

I45a截面各参数：Ix=32240cm4，wx=1430cm3，S=102cm2，允许抗弯应力选取[σ]=140MPa，允许抗剪应力选取[τ]=75 MPa。

抗弯验算：

故围檩满足抗弯要求。

5 钢板桩支护施工过程

采用钢板桩施工时，为确保边坡稳定，防治坍塌，避免二次基坑开挖，采用6m钢板桩配合内支撑进行支护。钢板桩打入深度应根据现场实际情况进行控制，一般为承台底部以下3m左右。测量人员首先确定钢板桩位置，可每隔一定距离设置导向桩，一般距承台边线1.0m，然后挂绳线作为导线。

钢板桩采用履带式液压挖土机KAT021250带VH22000液压振锤的锤机施打，施打前先查明地下管线、构筑物的情况，测放出支护桩中心线。在施打中考虑到钢板桩较长，钢板桩容易向一边倾斜，由于倾斜误差积累不易纠正，难以控制钢板桩墙的平直度，所以钢板桩施工拟采用屏风式打入法。

5.1 钢板桩施工的一般要求

①钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于混凝土承台基础施工，即在基础最边缘外留有支模、拆模的余地。

②打桩前，对钢板桩逐根检查，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩，不合格者待修整后才可使用。

③基坑护壁钢板桩的平面布置形状应尽量平直整齐，避免不规则的转角，以便标准钢板桩的利用和支撑设置。

④整个基础施工期间，在挖土、吊运、绑钢筋、浇筑混凝土等施工作业中，严禁碰撞支撑，禁止任意拆除支撑，禁止在支撑上任意切割、电焊，也不应在支撑上搁置重物。

5.2 钢板桩施工顺序

钢板桩位置的定位放线→挖沟槽→安装导梁→施打钢板桩→拆除导梁→围囹加固→基坑开挖→承台施工→基坑回填→拔除钢板桩。

6 结论

（1）板桩的埋置深度选取要适当，过深则浪费，过浅则不安全。从各种资料看，设内支撑板桩的h与hd，比一般不超过1:1；

（2）在地下管线及邻近密集建筑群中进行深基础开挖，采用内支撑钢板桩支护是一种有效的方法，其安全可靠，施工设施不占用场地。这种支撑是工具式的，可以多次重复使用，节约投资，且机械化程度高；

（3）当开挖面以下土质较好,钢板桩人土深度不大时,单层支撑可简化成简支梁模型,多层支撑可简化成连续梁模型,以方便计算；

（4）当地下水位较高,需考虑水压力影响,土的容重应以浮容重计,同时计人水压力,文中有关公式应做相应变更；

（5）拉森钢板桩实际施工时其变形量往往较设计计算值偏大，设计时应对可能产生位移过大的原因予以考虑。

[1]刘国斌,王卫东.基坑工程手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2009.

[2]中国建筑科学研究院,JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程[S],北京：中国建筑工业出版社,1999.

[3]中国建筑科学研究院，GB50497-2009建筑基坑工程监测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[4]朱丽霞.基于等值梁法的基坑支护设计[J].土工基础,2010,24(6)42～45.