曲曉帆

(福州市勘測院 福建福州 350108)

0 引言

近年來，福州地區(qū)的工程建設(shè)快速發(fā)展，而河道駁岸工程、地下管道工程、綜合管廊、橋臺基礎(chǔ)開挖、地下室開挖及各種地下構(gòu)筑物的施工均需要進行基坑支護。拉森鋼板樁作為基坑支護結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟、環(huán)保、施工速度快、可循環(huán)利用、止水效果好等多種優(yōu)點[1]，在各種基坑支護工程特別是在應(yīng)急搶險工程中得到了廣泛應(yīng)用。但相關(guān)文獻對拉森鋼板樁的使用效果、適應(yīng)性及拉森鋼板樁使用存在的問題較少進行歸納。

本文以福州地區(qū)拉森鋼板樁的應(yīng)用工程為例，歸納了福州市拉森鋼板樁在不同類型基坑支護工程中的運用情況，總結(jié)拉森鋼板樁支護設(shè)計中存在的一些問題，并提出了解決問題的具體方法和方向，以供類似工程參考。

1 拉森鋼板樁支護型式分類及工程實例

拉森鋼板樁按照支護型式可分為懸臂式結(jié)構(gòu)、錨拉式結(jié)構(gòu)、樁錨式結(jié)構(gòu)、支撐式結(jié)構(gòu)和復合式結(jié)構(gòu)等型式，以下例舉了福州地區(qū)4種常見基坑支護應(yīng)用實例。

1.1 河道駁岸工程

某河道駁岸工程位于福州市倉山區(qū)，基坑深度約4.5m，主要地層為雜填土、淤泥、(含泥)中砂和淤泥層，條形基坑東側(cè)為空地，西側(cè)臨近擬建建筑(建筑地基處理已完成)。

根據(jù)上述地質(zhì)和場地條件，設(shè)計采用“拉森鋼板樁+一道鋼管支撐+放坡”的支護結(jié)構(gòu)，鋼板樁樁長15m，如圖1所示。經(jīng)計算，基坑整體穩(wěn)定安全系數(shù)1.85，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)1.57，均滿足規(guī)范要求。

根據(jù)施工現(xiàn)場反饋，駁岸施工已完成，各項監(jiān)測指標均滿足規(guī)范要求，且未對臨近建筑建設(shè)產(chǎn)生不良影響。

圖1 某河道駁岸工程基坑支護剖面

1.2 管道工程

某管道工程位于福州市臺江區(qū)，擬埋設(shè)雨水管道埋深3.5m，主要地層為雜填土、淤泥質(zhì)土和細中砂層，基坑主要位于現(xiàn)狀道路上，周邊存在大量淺基礎(chǔ)古建筑，且距離較近。

根據(jù)上述地質(zhì)和場地條件，設(shè)計采用“拉森鋼板樁+一道型鋼支撐”的支護結(jié)構(gòu)，鋼板樁樁長9m，如圖2所示。

圖2 某管道工程基坑支護剖面

根據(jù)施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，直至施工完成，基坑周邊建筑物沉降最大值23.5mm，建筑物傾斜累計變化量最大值0.5‰，均滿足規(guī)范要求。

1.3 橋梁工程

某橋梁工程位于福州市馬尾區(qū)，基坑深度2.50m～3.00m，主要地層為雜填土、(含泥)粉砂、(含泥)中粗砂，橋臺基坑一側(cè)臨水，一側(cè)在陸地上。

根據(jù)上述地質(zhì)和場地條件，設(shè)計采用“懸臂式拉森鋼板樁”的支護結(jié)構(gòu)，如圖3所示。經(jīng)計算可滿足基坑的整體穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性等要求，另由于該基坑一側(cè)臨水，拉森鋼板樁可起到圍堰的作用，無需另外增設(shè)圍堰。

根據(jù)施工現(xiàn)場反饋，該橋梁工程順利完成，拉森鋼板樁在臨水條件下止水效果良好。

圖3 某橋梁工程基坑支護剖面

1.4 應(yīng)急搶險工程

某應(yīng)急搶險工程位于福州市馬尾區(qū)，由于道路下部雨水管道破裂導致路面塌陷，管道修復需要開挖基坑，基坑深度約5.50m，主要地層為雜填土、淤泥、細砂、淤泥質(zhì)土。由于塌陷處位于城市主干路，交通壓力大，建設(shè)部門要求快速處理并盡快恢復交通。

根據(jù)上述地質(zhì)和場地條件，結(jié)合項目的特殊性，設(shè)計采用“拉森鋼板樁+2道鋼管支撐”的支護結(jié)構(gòu)，鋼板樁樁長12m，考慮到路基土體被掏空，在路面塌陷側(cè)采用雙排拉森鋼板樁，樁間打設(shè)3排高壓旋噴樁，并在路面塌陷側(cè)基坑支護結(jié)構(gòu)外打設(shè)3排高壓旋噴樁，如圖4所示。

圖4 某應(yīng)急搶險工程基坑支護剖面

該支護方案確定后，施工單位連夜運輸材料，第二天即完成拉森鋼板樁及高壓旋噴樁施工，第三天即恢復交通，并進行基坑開挖作業(yè)直至管道修復完成。本次搶險工程中，充分發(fā)揮了拉森鋼板樁施工速度快的特點，施工過程中基坑一側(cè)保證車輛通行，土體亦未發(fā)生較大變形，該搶險任務(wù)圓滿完成。

2 拉森鋼板樁支護常見問題探討

2.1 接樁問題

拉森鋼板樁樁長一般為6m、9m、12m和15m，其中9m和12m較為常見，6m和15m較少，需要提前準備。若基坑較深或下部淤泥層較厚，鋼板樁設(shè)計長度超過15m，需采用接樁處理，但接樁對施工質(zhì)量要求較高，一旦質(zhì)量把控不嚴，接樁處焊縫開裂，下部支護樁將起不到支護作用，甚至發(fā)生工程事故。

針對以上問題，分析如下：一般設(shè)計樁長超過15m的基坑，基坑深度較大或軟土層較厚，對支護結(jié)構(gòu)嵌固深度和強度要求均較高，故不建議采用接樁處理，可采用坑內(nèi)加固等土體加固措施改善土體強度或增加內(nèi)支撐道數(shù)以減少鋼板樁嵌固深度。

2.2 可打入土層深度問題探討

拉森鋼板樁一般適用于淤泥層，松散、稍密、中密的砂層等土層，對于硬雜質(zhì)含量較高的雜填土層，密實砂層，卵石層，風化巖層鋼板樁打入困難，應(yīng)根據(jù)試樁情況確認成樁可行性。

由于鋼板樁剛度較小，對土層的穿透性弱于型鋼樁和灌注樁等樁型，對此，提出以下兩種優(yōu)化措施，以提高鋼板樁的穿透能力。

(1)改造鋼板樁樁尖，將鋼板樁樁尖做成尖刀狀，減少樁端阻力。

(2)在樁身表面涂刷減摩材料，減少樁側(cè)摩阻力。

以上兩種優(yōu)化措施可減少沉樁的困難并提高打樁效率。

2.3 拔樁對周邊環(huán)境影響問題

拉森鋼板樁為可循環(huán)利用樁型，在支護結(jié)構(gòu)完成使用功能后，需要拔除鋼板樁，鋼板樁拔樁后由于樁位處土體空隙被外側(cè)土體擠壓充填，短期內(nèi)會產(chǎn)生較大的水平位移?，F(xiàn)階段，往往是拔除鋼板樁后再行注漿充填空隙，以達到限制水平位移的作用。但實際應(yīng)用中，由于漿液凝固需要一定的時間，往往不能有效控制拔樁后水平位移的發(fā)展。

對于上述問題，提出以下兩種優(yōu)化措施。

(1)通過合理安排拔樁順序，分段拔樁或跳拔。

(2)在鋼板樁上焊接注漿管，從孔底注漿，邊拔邊注。一根樁可分幾次拔除，如每次拔除3m～5m，待注漿強度達到要求后再繼續(xù)拔樁，然后繼續(xù)注漿，直至一根樁全部拔出為止。

2.4 插入比問題

鋼板樁常用于管道和河道等窄條形基坑工程中，設(shè)計計算往往需要較深的嵌固深度，這是由于現(xiàn)有的支護設(shè)計計算參照《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-2012)[2]的規(guī)定執(zhí)行，該規(guī)范在計算嵌固穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性時未考慮窄條形基坑的特殊情況[3]。

針對上述問題，可對窄條形基坑的被動區(qū)土壓力進行修正，充分考慮窄條形基坑的尺寸效應(yīng)，確定合理的嵌固深度，達到經(jīng)濟合理的目的。

2.5 懸臂式結(jié)構(gòu)是否需要加設(shè)圍檁

對于深度較淺且周邊無重要建(構(gòu))筑物的基坑，懸臂式鋼板樁支護結(jié)構(gòu)即可滿足設(shè)計要求，設(shè)計人員往往為了保證圍護樁的整體性而保留圍檁，筆者認為這是沒有必要的，增設(shè)圍檁反而會增加支護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)豎向荷載，增加傾覆力矩。懸臂式支護結(jié)構(gòu)在文中橋梁工程及筆者設(shè)計的多個基坑工程中的成功應(yīng)用充分驗證了鋼板樁的互鎖結(jié)構(gòu)可保證支護結(jié)構(gòu)的整體性，無需增設(shè)圍檁。

2.6 制度上的困境

由于鋼板樁在一些堅硬地層較難打入，且各地區(qū)地質(zhì)差異較大，若在試樁時發(fā)現(xiàn)鋼板樁插入深度無法滿足設(shè)計要求，將導致設(shè)計變更，增加工程造價。而現(xiàn)行的地方制度，很多要求設(shè)計控制造價，變更增加工程量可能會追究設(shè)計單位責任，這就導致很多工程不敢嘗試使用經(jīng)濟廉價的鋼板樁支護結(jié)構(gòu)，特別是土層堅硬和地質(zhì)條件復雜地區(qū)的基坑工程，不利于鋼板樁支護結(jié)構(gòu)的推廣，也會導致更多的資源浪費。

建議對于基坑工程應(yīng)允許設(shè)計人員在一定范圍內(nèi)采用動態(tài)設(shè)計，鼓勵新方法、新工藝的嘗試，并通過專家評審等渠道從技術(shù)角度管控設(shè)計方案，以利于巖土工程更好更快的發(fā)展，更好的服務(wù)于工程建設(shè)。

3 結(jié)語

(1)本文例舉了福州地區(qū)多種類型基坑工程中鋼板樁的應(yīng)用實例，通過基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)和施工現(xiàn)場反饋驗證拉森鋼板樁在河道駁岸工程、管道工程、橋梁工程、應(yīng)急搶險工程中的支護效果是良好的，體現(xiàn)了鋼板樁止水效果好、施工速度快、安全可靠等特點，對該地區(qū)同類型的基坑工程運用具有指導意義。

(2)指出了現(xiàn)階段鋼板樁支護設(shè)計中所存在的一些問題，如接樁、可打入土層深度、拔樁、插入比等問題，并提出了解決問題的具體方法和方向，希望隨著這些問題的解決，鋼板樁支護能夠更好、更廣泛的應(yīng)用于工程實際當中。