1、钢板桩支护在大型深水承台基坑施工中的应用摘要：钢板桩围堰防渗工程是将钢板桩打入原地表透水层下的相对不透水层中，拦截透水层的渗水，形成半封闭或全封闭的防渗墙，从而起到基坑开挖支护防渗作用。本文以沙湾特大桥主墩承台基坑开挖支护施工为例，着重介绍了钢板桩在深基坑支护中的设计和施工技术要点。 关键词：深基坑钢板桩支护要点 中图分类号： TV551.4 文献标识码： A 一、工程概况 沙湾特大桥跨越沙湾水道，全桥长 1819.006m。主桥跨径布置为（137.5+248+137.5）m，主桥长 523.0m，为国内第一世界第三大跨度的对称塔双索面预应混凝土矮塔斜拉桥(图 1)。 图 1 主桥桥型布置图
2、本工程沙湾特大桥主墩均位于沙湾水道中，主墩承台为整幅承台，平面位置为 14.5m24.9m 矩形，四边倒角为 3.5m4.0m 后呈八边形，承台厚度为 6.0m。承台底标高为-10.815m，顶标高为-4.815m，结构形式如图 2 所示。 图 2 主墩承台结构形式图 二、设计环境条件 1.承台及河床高程 承台顶面设计高程为-4.815m，底设计高程为-10.815m。承台封底考虑干封底，封底厚度为 50cm。故计算时基坑底标高按-11.315m 考虑，项目部进场后对承台位置河床进行了清淤处理，实测承台范围河床底高程为-7.50m。 2.水位情况 结合设计资料提供的最高通航水位+5.114m、
3、最高洪水位+4.414m 以及勘测水位-0.210m 等数据，综合比较分析，最高设计水位取+2.000m。 3.地层情况 根据设计院提供的资料和施工图纸，承台范围内河床以下 9m 范围深均为淤泥层。 4.水流速情况 沙湾水道水流速度按 2.7m/s 计。 三、设计计算原理 1.计算原理假设 、地基土作为弹性变形介质，地基系数随深度成比例增加； 、不考虑钢板桩与土之间的粘着力及摩阻力； 、钢板桩的刚度与土之间的刚度比为无限大； 、钢板桩所承受的水土压力由钢板桩自身和围囹支撑共同来承担。2.入土深度计算 多层支撑(锚杆)板桩入土深度，可采用盾恩近似法进行计算，其计算步骤如下： 、绘出板桩上土压力的
4、分布图，经简化后土压力分布如右图所示：、假定作用在板桩 FB/段上的 荷载 FGN/B/一半传至 F 点上，另 一半由坑底土压力 MB/R/承受。由 “图 3 多层支撑板桩土压力分 布图”的几何关系可得： 即： 式中：、 、H、L5 均为已知， 解得 x 值即为入土深度。图 3 多层支撑板桩土压力分布图 3.钢板桩稳定性验算 板桩入土深度除保证本身的稳定性外，还应保 证承台基底部分在施工期间不会出现隆起和管涌现象。 转动力矩： 稳定力矩： 土层为均匀土时，则 Mr=x2 图 4 板桩支护软土滑动面假设图 式中 地基土不排水剪切的抗剪强度，在饱和性淤泥土中，=0。 地基稳定力矩与转动力矩之比称抗
5、隆起安全系数，以 K 表标，若 K满足下式，则地基土稳定，不会发生隆起。 1.2 当土层为均质土时，则 1.2 式中 c内聚力地质报告提供 c=25.0KPa； q板桩外河床受上部水荷载 q=100.0KN/m2； 3.基底管涌稳定性验算 当地下水由高处向底处渗流，其向上渗流力(动水压力)j时(浮容重),坑底将产生管涌现象，为避免产生管涌，则要求Kj。 K抗管涌安全系数，K=1.52.0 近似按紧贴板桩的最短路线计算最大渗流力： j=irw= 式中：i水力梯度； t板桩入土深度； 地下水位至坑底的距离； rw地下水的重度。 不发生管涌的条件为： t图 5 基坑抽水后水头差引起的渗流图 4.钢板
6、桩受力计算 钢板桩受力计算方法为围堰内逐层抽水、开挖 后，逐层验算钢板桩在风荷载、流水压力、静水压 力和土压力作用下的钢板桩受力情况。本围堰共分 六个工况对钢板桩围堰进行受力计算，计算模型及 各工况分别为： 、工况 1、抽水至第二层围囹支撑以下 40cm，未安装第二层围囹支撑时； 、工况 2、抽水至第三层围囹支撑以下 40cm，未安装第三层围囹支撑时； 、工况 3、抽水开挖至第四层围囹支撑以下 40cm，未安装第四层围囹支撑时； 、工况 4、抽水开挖至第五层围囹支撑以下 40cm，未安装第五层围囹支撑时； 图 6 板桩受力计算图式 、工况 5、抽水开挖至第六层围囹支撑以下 40cm，未安装第六
7、层围囹支撑时； 、工况 6、抽水开挖至封底底标高，准备进行砼干封时。 5.围囹支撑受力计算 通过以上对钢板桩的六种最不利工况计算，可求得钢板桩传给每层围囹支撑的最大均布荷载集度。通过该荷载集度可对单层围囹支撑进行受力计算，计算图式如下图所示： 图 7 围囹支撑受力计算图式 6.设计成果汇总表 将各种工况作用下，钢板桩、围囹支撑各构件的计算结果汇总如下表： 各工况力学特性计算结果汇总表 表 1 工况 最大剪应力(KN) 最大弯应力(MPa) 最大轴向应力(MPa) 最大位移(mm) 工况一 2.70 62.67 - 37.41 工况二 6.85 75.46 - 8.80 工况三 6.30 44.
8、15 - 1.93 工况四 6.69 38.57 - 1.16 工况五 11.92 96.80 - 4.11 工况六 10.81 61.28 - 1.63 顶层围囹支撑 22.13 33.26 20.27 0.23 其它层围囹支撑 77.09 114.53 82.71 1.11 四、钢板桩支护方案 1.支护结构方案形式 钢板桩共设置六层围囹支撑，其中心标高分别为：+2.500m、-1.000m、-4.000 m、-5.700 m、-7.200 m、-9.500 m。根据其受力大小不同，顶层围囹采用 245a 型钢，支撑分别采用6308mm、2736mm 钢管；第二层至底层围囹采用 256a 型
9、钢，支撑分别采用6308mm、4008mm 钢管；在六层支撑之间共设置2736mm 竖向钢管联接。除钢板桩之间外各构件间均为焊接连接，其焊缝厚度按不小于薄板母材厚度控制。 图 8 钢板桩支护结构形式图 2.钢板桩的施工顺序 钢板桩位置的导向定位放线插打钢板桩合拢逐层抽水开挖安装围囹支撑封底砼干封承台砼浇注拆除围囹支撑拔除钢板桩。 3.钢板桩原材料的检查、堆放和吊装 、钢板桩的检验：对钢板桩，一般有材质检验和外观检验。材质检验时对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验。包括钢材的化学成分分析，构件的拉伸、弯曲试验，锁口强度试验和延伸率试验等项内容。每一种规格的钢板桩至少进行一个拉伸、弯曲试验
10、。每 60100 t 重的钢板桩应进行两个试件试验。 、钢板桩吊运：装卸钢板桩宜采用两点吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。 、钢板桩堆放：钢板桩堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。 4.导向架的安装 在钢板桩施工中，导向架主要利用顶层围囹支撑材料，并用 20a 型钢将其临时焊接固定在原来钻孔平台钢管基础上，形成一个牢固的框架。由于导向架的位置准确度会将严重影响续插打钢板桩定位，故需由测量组仔细定位，复测后方可进行钢板桩的施工。 5.钢板桩打设和合拢 插打前先对河床底面的标高进行一次摸底，以便算出每块钢板
11、桩具体的插打深度，保证其效果达到最佳。 对所插打范围的具体情况了解后即进行钢板桩的 插打，插打的顺序是从上游开始，然后逐根往两边插 打。 在合拢部位是根据实际情况要采用异形钢板桩， 要保证锁口稳固连接，合拢的异形板根据实际情况可 能要根据实际尺寸加工。 图 9 钢板桩插打图 6.围囹支撑的安装和抽水 围囹支撑的安装采用逐层抽水开挖逐层安装，安 装过程中要密切注意河床水位的变化，并安排专人负 责施工期间的抽水工作。 图 10 围囹支撑安装图 7.钢板桩的堵漏止水 由于钢板桩不可能达到很理想的堵水效果，在抽 水过程中会发现多少会有漏水现象。一般的做法是在 钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接
12、缝。 假如效果不理想，可以在钢板桩全部插打完毕开始抽 水安装围囹时，采用一边抽水一边顺着钢板桩的接缝 下溜较干细砂的方法，借助水压力将细砂吸入接逢内 而达到堵漏的目的，对于变形较大的接缝在围囹安装 后用棉絮塞填。 图 11 成功实施的围堰图 五、结束语 1、采用钢板桩进行桥梁水下基础防渗加固处理，具有处理深度大、防渗效果好、施工时对相邻结构物影响小、施工速度快等优点。 2、钢板桩插打施工技术性要求高，必须对钢板桩的轴向、法向倾斜度严格加以控制。否则，不仅会增加标准钢板桩和异形钢板桩的用量，增加合拢的难度，而且会损坏钢板桩，影响打桩速度，甚至影响工程的防渗效果。 3、本项目对钢板桩支护运用于桥梁工程大型深水基础开挖支护防渗处理作了大胆的探索和尝试，并取得了成功实施，为今后实施类似工程起到了示范作用。 参考文献： 1 东新高速 S09 标施工图设计文件 中国公路工程咨询总公司. 2公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86) 中华人民共和国交通部. 3 凌志平、易经武 基础工程 人民交通出版社出版 1997 年10 月. 4 刘建航 基坑工程手册中国建筑工业出版社 1997 年 4 月.
