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鋼板樁在城市排水系統(tǒng)施工中的應用論文
摘要：通過鋼板樁支護，使排水渠施工能有一個安全的施工環(huán)境，同時防止基坑出現塌方，減少對周圍建筑物的破壞。
關鍵詞：鋼板樁 支護 基坑安全
隨著我國城鄉(xiāng)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(qū)原有的排水系統(tǒng)已經不能適應新要求。因此，要對舊城區(qū)的排水系統(tǒng)進行改造。而舊城區(qū)的地下管線錯綜復雜，街道兩旁的建筑物基礎結構參差不齊，為了防止基坑開挖的塌方，減少對周圍建筑物的破壞，對不同城市地形、地質特點可以采用不同的施工方法。本文結合江門市良化大道排水改造工程施工的實際，淺談鋼板樁支護施工技術，希望能起到一些借鑒作用。
1、工程概況
1.1、工程簡介
江門市良化大道排水改造工程是為解決白石林水浸問題而興建的，該工程位于江門市繁華鬧區(qū)里，行人、車輛比較多，排水渠結構邊離建筑物最近的距離為7.5米，開挖深度大部分在5米左右，最深達5.9米，最大開挖寬度為7.5米，全長約1000米，北起白石大道，南接江北路良化泵站。
1.2、巖土工程地質情況
1.2.1、地形地貌
擬建場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，場地地層可分為四個土層，現分述如下：
層號土層名稱揭露厚(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100②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100③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未見揭露。50④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(tǒng)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，無明顯規(guī)律性。
2、支護方案
本項目基槽開挖深度約5米，根據工程地質分析，槽壁開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，將無法保證兩側的穩(wěn)定，引起整體滑波、基底隆起等嚴重后果，開挖前必須進行可靠而有效的基坑支護處理。
針對本工程的地質特點，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。
基坑開挖期間可通過變形觀測對鋼板樁的位移進行有效控制，充分保證基坑安全。鋼板樁施工簡便，工序簡單、容易控制質量。同時施工快捷、工期短且現場整潔，完工后即可開挖基坑，另外鋼板樁可重復使用，節(jié)省投資。
3、設計計算
3.1、地下無淤泥層區(qū)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行計算。
C、、γ值取各土層的加權平均值，即γ=19.5KN/m2，c=18.2Kpa、=16.48度。
地面附加荷載q=20Kpa。
3.1.2鋼板樁樁長計算
沿基槽邊取一延長米計算，開挖深度約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d點的力矩平衡得：
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長的鋼板樁。
3.1.3、鋼板樁強度計算：
H=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<f=215Mpa
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<f=215Mpa
3.1.5、支撐強度計算
軸向力 N=27.42*5=137.1KN
最大支撐長度約6m
材料選用HP300*300*94.5kg/m型鋼
W=1360cm2 W=450cm2 i=7.51cm A=132cm2
Λ=L/i=79.9 查表得=0.687
=N/(A)=15.12Mpa<f=215Mpa
3.2、地下淤泥層較厚區(qū)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行計算。
C、、γ值取各土層的加權平均值，即γ=18.52KN/m2，c=11.54Kpa，=10.32度。
地面附加荷載q=20Kpa
3.2.2、鋼板樁樁長計算
沿基槽邊取一延長米計算，開挖深度約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d點的力矩平衡得：
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L=12m
3.2.3、鋼板樁強度計算
H=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<f=215Mpa
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<f=215Mpa
3.2.5支撐強度計算
軸向力 N=109.79*4=439.16KN
最大支撐長度約6m
材料選用HP300*300*94.5kg/m型鋼
Wx=1360cm2 Wy=450cm2 iy=7.51cm A=132cm2
Λ=L/ iy =79.9 查表得=0.687
σ=N/(A)=48.43Mpa<f=215Mpa
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，配合振動錘及200KW專用（三相220V）發(fā)電機施工。兩排鋼板樁間距為6米。用振動錘打入拉森U型III號鋼板樁作為圍護結構，樁長6～12米，支撐體系采用HP300*300型鋼水平內支撐，沿軸線方向間距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按設計長度拼接鋼板樁：在吊機配合下，在工場或工地現場設置平臺，將待拼接樁段固定于同一軸線，然后采用魚尾板焊接法接樁至設計樁長。
4.3測量放線，并將軸線延至施工場外以利于觀測和檢驗。
4.4鋼板樁打入施工：為達到基坑支護規(guī)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，配合振動錘及200KW專用（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土方開挖至板樁頂以下1米處，進行圍檁、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，配合振動錘及200KW專用（三相220V）發(fā)電機拔樁。
5、幾點體會
5.1在深槽區(qū)5米的基坑開挖中，采用鋼板樁支護，可以保證兩側的穩(wěn)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行控制，防止超控和塌方，減少開挖的工程量，可以減少恢復原路面的工作量。
5.3在舊城區(qū)主要道路進行深基坑開挖施工，地下管線錯綜復雜，若采用大開挖的方法，對管線的保護較為困難，萬一發(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，易于地下管線的支護，從而達到節(jié)省費用的目的。
5.4采用鋼板樁支護，施工環(huán)境較好。機械設備開挖、運輸可以靠近基坑邊進行，在5米深的基坑下進行雨水渠主體結構施工，就有一個安全的條件，工作效率可以大大提高。
5.5在進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行堵塞，防止泥砂隨滲水排出。遇到離建筑物較近，地質條件較差的地段，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基坑開挖及排水渠主體結構施工期間可以通過變形觀測對鋼板樁的位移進行有效控制，就易保證基坑安全。鋼板樁施工簡便，工序簡單，質量容易控制，工期短，且現場整潔。另外，鋼板樁可以重復使用，節(jié)省投資。
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