钢板桩止水帷幕在深基坑支护中的应用

钢板桩止水帷幕在深基坑支护中的应用

汪海明

广东省地质局第三地质大队广东韶关512000

【摘要】深基坑施工的安全很大程度上取决于对地下水的控制,因此止水帷幕作为控制地下水的主要措施在深基坑工程中具有举足轻重的地位。文章以实际工程为例，结合该工程特点,详细介绍了静压钢板桩在深基坑止水帷幕施工中的方案设计、施工技术,并指出注意事项及施工效果，其成功的施工经验可供类似工程参考借鉴。

【关键词】深基坑；止水帷幕；钢板桩；方案设计；施工

随着国家现代化建筑的发展，一方面基坑的开挖深度在加深，开挖面积在扩大，另一方面各种复杂的地基也不断地被开发利用，这就给我们提出了新的基坑支护课题。在深基坑的设计与施工中，地下水的处理是一个非常重要的环节，调查分析表明，很多基坑事故都与地下水控制有关。常用的止水帷幕有高压旋喷桩和搅拌桩两种，但是传统止水帷幕也暴露了一些缺陷，例如：受土层影响比较大，成桩质量难以控制；水泥土受龄期限制，影响施工进度等。作为一种新型建材，静压钢板桩整体稳定性极强，能够快速形成围堰，绿色环保，施工费用成本较低,在工程施工中发挥着重要作用，显示出良好的应用前景。

1工程概况

某研发大楼位于经济开发区，其基坑周长约322m，面积约6400m2，西侧开挖深度约17.5m、东侧约13.5m。距离基坑西侧约3.5m处存在1条砖砌市政管线沟，沟底埋深约1m；距离基坑支护边线约2.2m处存在1条建设单位内部电缆沟，该电缆沟在基坑南北侧接入建设单位南北大楼(详见图1)，基坑南北侧均有已建多层预制管桩基础的建筑。基坑范围内土层主要特征参数见表1。

基坑支护原设计方案采用钻孔灌注桩加混凝土内支撑。

基坑北侧已开挖至设计标高并施工垫层，基坑西侧和南侧在开挖过程中出现严重漏水现象，施工单位随即在基坑外增加桩间旋喷桩进行补漏，但由于基坑渗水严重，水泥浆无法在桩间凝固并达到设计强度，导致该措施失效。基坑西北角、西南角以及南侧中部等位置涌水明显，造成西侧周边道路下沉，市政管线损坏，基坑处于被水浸泡状态。

2方案选择

2.1工程特点

根据规范规定和场地实际情况，项目部人员对现场进行调查后发现该工程有以下几个特点:

(1)地下水位较高。

(2)基坑开挖深度较深，最深处达到17.5m。

(3)地质条件复杂，花岗岩残积土中孤石发育；基坑南侧地下已与附近的河涌形成暗河，砂层流失严重；土层中含有钢筋、钢铝板等不明建筑垃圾。

(4)基坑涌水点具体位置不确定。

(5)由于基坑长期泡水，某些部位涌水严重，导致基坑不确定部位上土层被掏空。

(6)施工作业面条件苛刻，基坑已开挖10m左右，局部已挖至设计标高，坑内无法提供施工作业环境；周边无大型施工机械的作业空间，南北侧贴近既有建筑，西侧紧邻建业六路且路面因砂土流失已塌陷。

2.2方案种类与确定

为有效解决以上难题，可以选择的基坑支护方案有2种。

(1)方案1:采用静压施工18～24m拉森钢板桩止水围堰。钢板桩具有施工简单、工期短、可重复使用等优点，同时钢板桩由锁口相互连接成墙，止水效果良好。静压设备用日本技研F201静压植桩机。该机械体型小，可有效解决狭窄地段施工的问题，且该设备无振动、无噪声，不会对邻近居民、建筑及道路造成影响，同时还能视地质情况采用带螺旋钻的除芯压入或预掘压入，可有效解决砂砾石及岩层等不良地质压入难题。

(2)方案2:采用MJS工法加固土体形成止水帷幕。MJS工法即全方位高压喷射法，能进行360°全方位地基加固，对于周边环境及地基扰动影响极其微小，能实施大深度地基加固及水面下的施工，并且可以选择排泥场所。但在该工程中使用时存在3个问题:一是基坑南北侧建筑均为预应力管桩基础建筑，而MJS工法喷射压力高达40MPa，高压喷射可能造成预应力管桩水平偏移，从而影响已有建筑的安全；二是由于地下涌水点位置和涌水量大小不确定，高涌水点可能会使水下水泥浆难以凝固，且MJS工法的造价也较高；三是南北两侧无作业空间供MJS工法机械施工。

综合分析可知，方案2在技术上存在难度且有可能影响已有建筑的安全，因此选用方案1施工。

3钢板桩止水帷幕设计

3.1钢板桩止水帷幕平面布置

根据基坑渗水情况，在基坑西侧、南侧及北侧部分区域施工1排钢板桩作为止水帷幕，具体范围为:西侧全长约97m，南侧全长约77m，北侧靠近西侧约10m，总长约184m，具体见图2。

3.2拉森钢板桩截面特性

为保证止水效果，采用全新日本进口钢板桩JFE-Ⅳw，其截面参数见表2。

3.3钢板桩桩长设计

根据场地土层情况，采用落地式帷幕。依据相关规范，落地式帷幕进入下卧隔水层的深度应满足式(1)要求，且不小于1.5m，即:

l≥0.2△h-0.5b。(1)

式中:l为帷幕进入隔水层的深度，m；△h为基坑内外的水头差值，m；b为帷幕的厚度，m。

综合考虑现场实际情况和工程经验，最终确定钢板桩桩长按如下要求设计:

(1)钢板桩穿透中粗砂层，进入③层砂质黏性土约2m；

(2)当钢板桩打入深度尚未达到设计标高即遇花岗岩层时，入岩0.5m可停止压桩；

(3)根据业主与设计要求，在南侧靠近东侧约25m范围内，采用动态施工，并根据止水效果适时调整施工范围。

计算结果显示，钢板桩设计长度为18.00～24.00m，典型埋深示意见图3。

4施工

4.1施工材料及施工设备

4.1.1施工材料

根据地质情况，钢板桩止水帷幕采用JFE-Ⅳw型钢板桩密扣成墙，分3个阶段施打，共计307根，桩长18～24m。为确保钢板桩止水帷幕与现有搅拌桩止水帷幕在基坑外侧形成相对闭合的区域，需要将钢板桩止水帷幕两端嵌入现有搅拌桩内。

4.1.2施工设备

根据工程的实际情况，考虑造价原因，压桩采用日本技研F201静压植桩机，拔桩采用不带螺旋钻辅助设备的SW150静压植桩机，主要的配套设施有260，130，50t履带吊各1台及25t汽车吊1台。

4.2施工工艺流程(见图4)

4.3钢板桩止水帷幕施工效果

按施工流程和设计桩长进行钢板桩静压施工至全部钢板桩施工完毕，基坑不再有渗水现象，说明该方案是成功的。

5结语

综上所述，在深基坑的止水帷幕施工中，钢板桩结构确具有质量轻、强度高、锁口紧密、水密性好、施工简便、施工速度快等优点，此外，钢板桩可以重复使用，节省投资采用钢板桩支护，对周围环境影响较小，不失为一种绿色环保，经济合理的止水帷幕材料，具备良好的应用前景，应得到进一步的推广使用。

参考文献

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[2]吴杰,王海秀.拉森钢板桩在深基坑支护施工中的应用[J].科技情报开发与经济,2010,20(21):199-201

[3]陈礽.浅谈拉森式钢板桩在玉容路深基坑支护中的应用[J].中小企业管理与科技旬刊,2011(27):159-160