基坑围护方案设计与应用

基坑围护方案设计与应用

马 惠

云南远舟工程设计有限公司

摘要：本文通过各种基坑围护方案的比选，如放坡开挖，拉森钢板桩围护，SMW工法桩，钻孔灌注桩等，对拉森钢板桩的围护结构性能特征进行了研究分析。围护方案在昆明市五华区基础设施提质升级改造工程建设成功应用，并取得了良好经济和社会效益，对同类工程有很好的借鉴作用。

关键词：拉森钢板桩 围护结构

1.基坑工程概况

昆明市五华区基础设施提质升级改造项目排水管道结构设计，包括新建雨污水管、雨水箱涵及其附属构筑物，并废除部分现状管道，且由于部分道路为改建道路，需将道路上现状检查井井盖抬高进行调整。本工程最大开挖深度<7.3m，其中开挖深度<5m 基坑安全等级为三级，5m≤开挖深度<7.3m 基坑安全等级为二级。

(以下 Y-均表示雨水检查井编号)

其中，金盘路Y-28~Y-32-1（含 Y-28~Y-28-1）、金盘路Y-35~Y-39-1（含Y-35~Y-35-1）及8号路Y-2~Y-5 为深基坑区段，5m≤开挖深度<7.3m，其余区段基坑深度均小于5m。深基坑范围内新建雨水管道管径为d600~d800，采用钢筋混凝土Ⅱ级管,设计地面下埋深为 4.74~6.63m，均坐落于粉质粘土上，采用180°砂石基础，弹性密封橡胶圈承插接口；雨水箱涵净尺寸为1.4x1.2m～2.0x2.0m，采用现浇钢筋混凝土结构。管底及箱涵内底埋深为设计地面下4.46~6.83m，箱涵底板厚300mm，垫层厚150mm。

基坑支护设计使用年限为一年，基坑周围附加地面超载按 20kPa 考虑，基坑影响范围内的建筑超载按实考虑。

工程场地为园区内交通，道路、管道两侧为厂房及建筑。金盘路北侧存在一座5层钢筋砼建筑，位于北侧新建雨水管线 Y-35~Y-38两倍基坑深度影响范围内（最近处距基坑边约8.9m）。金盘路北侧新建雨水管（箱涵）一倍基坑深度影响范围内有平行的DN400铸铁给水管线与DN300钢筋砼污水管线（最近处距基坑边约0.8m），Y-39 基坑东侧约1m处有DN400钢筋砼污水管横穿基坑；Y-39 基坑西侧约5.5m处有DN150 铸铁给水管线横穿基坑。

金盘路南侧存在一座 3 层钢筋砼厂房，位于Y-28~Y-31 两倍基坑深度影响范围内（最近处距基坑边约9.2m）。金盘路Y-32 基坑东侧约1.4m 处有DN400钢筋砼污水管横穿基坑；Y-32~Y-32-1间约25m长的DN100铸铁给水管线位于基坑范围内，有一处DN150铸铁给水管线横穿基坑。8号路北段东侧存在一座3层（局部4层）钢筋砼建筑，位于Y-2~金盘路Y-39 基坑一倍基坑深度影响范围内（最近处距基坑边约2m）。8号路南段东侧存在一座6~7层钢筋砼建筑，位于Y-4~Y-5基坑两倍基坑深度影响范围内（最近处距基坑边约10m）。8号路Y-2~ Y-5西侧一倍基坑深度影响范围内存在平行的DN150铸铁给水管线（最近处距基坑边约10m），东侧一倍基坑深度影响范围内存在平行的DN400钢筋砼污水管线（最近处距基坑边约 1m），Y-3~金盘路 Y-39之间存在2处有DN400 铸铁给水管线横穿。

2.工程地质条件

2.1地形地貌

工程地貌为园区内交通道路，道路两侧为少量厂房及建筑，周边建筑密度较小，场地较为空旷。

2.2地震效应及不良地质现象

地质年代为第4系更新世(Q2)的②-1层中砂为饱和砂土，位于昆明市五华区的拟建工程抗震设防烈度为8度，可判定为不液化。本工程在设计时未考虑软土下陷的影响，基本没有软土存在于基础主要受力层的范围之内。

2.3水文资料

此次调查暴露出的地下水主要为滞水，以及上层下潜用的孔洞。水给毛孔造成很大的压力。其赋存于②粉质粘土和②-1层中砂层中，主要接受大气降水补给和侧向补给，上层滞水与孔隙潜水有水力联系，勘测时测其稳定水位埋深为2.60～7.80m，水位高程为16.51～33.93m，根据区域水文地质资料结合实际勘测结果，受季节影响水位变化明显，因此，受季节影响，其稳定水位埋深为据区域水文地质资料测定，年变幅约为1.5～2.0米。

3.基坑围护设计方案

3.1 基坑支护结构安全等级

本工程在设计时综合考虑了基坑周边环境和地质条件的复杂性、基坑深度等因素，基坑深度均小于7.30米，开挖深度<5米的基坑安全等级为Ⅲ级，5m≤7.3米的基坑安全等级为Ⅱ级。

3.2 围护结构选型

各种基坑支护方案的优缺点和适用情况，根据工程地质情况如下表所示：放坡开挖、拉森钢板桩围护、SMW工法桩、钻孔灌注桩等，均可用于基坑开挖。根据工程的地质情况，基坑开挖可采用放坡开挖、拉森钢板桩围护、SMW工法桩、钻孔灌注桩等。

表 3.1 各类型基坑围护方案的优缺点及应用说明

拟建管槽位于改建道路下方，现状建筑物及管线较多，周边环境较复杂，为减小施工难度，降低施工造价，综合考虑经济性、安全性、施工可行性，本次深基坑采用拉森钢板桩围护开挖施工。

3.3基坑设计方案

根据地勘报告，本工程土层厚度较均匀，土层变化较小，深基坑开挖深度范围内主要为①杂填土、②粉质黏土。当5.0m≤箱涵（管道）开挖深度＜6.0m 时，采用Ⅳ型拉森钢板桩（桩长12m）围护开挖施工，从上到下设置两道钢支撑。

当6.0m≤箱涵（管道）开挖深度＜7.3m 时，采用Ⅳ型拉森钢板桩（桩长15m）围护开挖施工，从上到下设置两道钢支撑。

4.基坑围护计算分析

4.1计算条件

主动土压力计算①层素填土、②层粉质黏土采用固结快剪指标，②-1 层中砂采用直接剪切指标，c、A 采用地勘报告建议取值。被动土压力计算采用规范推荐采用的m值法进行计算。基坑垂直围护两侧地面超载：两侧超载取20kPa，现状建筑物超载按实计算，每层超载按15kPa考虑。地下水位：根据地勘资料，深基坑范围内揭露地下水位埋深为4.5~7.5m，水位受季节影响变化明显，年变幅约为1.5～2.0m。计算管道深基坑时，地下水埋深取为2m。

结构重要性系数 1.0（安全等级：二级），荷载分项系数1.25。

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4.2计算控制指标

围护结构的入土深度是关系到基坑围护结构整体抗滑移、抗倾覆和抗隆起的重要因素，同时又直接影响到围护结构的工程造价。因此入土深度的选择要做到安全且合理节约。利用圆弧滑动理论、库伦土压力理论等对基坑围护结构进行整体稳定性、抗隆起、抗倾覆、抗管涌验算，以确定围护结构的插入深度。

4.3主要计算成果

表 4.1 基坑变形及稳定性验算表一（管道基坑；安全等级：二级）

注：[ ] 中为规范规定的限值。

由计算结果可知，计算安全系数均在规范要求范围内，满足要求。

5.施工要点

5.1拉森钢板桩

基坑采用拉森Ⅳ型热轧钢板桩，FSP-Ⅳ型：400X170X15.5；钢材均为Q235B。拉森钢板桩沉桩施工前应先试桩，确定最有效的沉桩工艺。拉森钢板桩施打前应先检验、矫正达到验收标准，并在锁口全长范围内涂塞止水材料；后续桩与先打桩间的拉森钢板桩锁口使用前应通过套锁检查。拉森钢板桩施工必须采用导桩及导向围檩，其位置必须确保正位，经校核后才能沉桩。施打宜分段进行，不得单根打入。基坑转角处的板桩，应根据转角的平面形状做成相应的异型转角板桩，且转角桩和定位桩的桩长应比其他板桩加长 2.0m。拉森钢板桩接长可采用剖口对焊或加鱼尾板焊接；桩身接头在同一截面内不应超过 50%，相邻桩的焊缝应间隔设置，错开1.0m以上，接头焊缝质量应符合相关规范要求。

拉森钢板桩的桩顶标高偏差不大于100mm，垂直度偏差不大于 1%。钢围檩与拉森钢板桩宜采用焊接的连接方式，钢围檩应贴合拉森钢板桩，其间如果存在间隙应灌以细石混凝土填实。拉森钢板桩起拔须采取跳拔、随拔随注浆等措施，控制钢板桩拔除过程中对周边环境的影响，并保证拔除后的空隙及时有效填充密实。拆除拉森钢板桩时，重要地段必须跟踪注浆，要求开挖一段，埋设一段，施工顺序为：打板桩→开挖支护→管基→排管→坞膀→回填。同时对于周边距离较近的现状管线及房屋采取必要的保护措施，并加强监控措施。

5.2拆除支撑

待管道敷设完成沟槽回填至需拆除支撑相应设计标高后，方可拆除钢管支撑。钢管支撑拆除应自下而上分层进行。支撑拆除流程为：卸去活动端锁定装置→释放支撑轴力→拆开端头连接部位→吊出钢管支撑→拆除钢围檩。拆除过程中应采取措施防止待拆除的钢管支撑坠落。拆除过程中，应加强对基坑的监测与现场巡视，发现隐患的，应立即停止拆除作业，找出原因，排除隐患后方可继续作业，必要时调整拆除方案。

6.基坑降排水方案及风险保护

6.1基坑降水

坑内降水的目的是为了疏干基坑，促使土体在坑内形成固结，并减少坑内受到掘土扰动的冲击。较好的降水质量可以提高被动式侧地的土质强度，减少围挡的移位。

为提高基坑内被动区土体强度、保证施工安全性，基坑开挖一般应在坑内进行降水，降水深度为坑底以下 0.5m。坑外观测水位与降水后原有水位相差不超过0.5米，否则应考虑采取回灌措施，否则，应采取回灌措施。降水期间应加强周边建筑物的监测，对周围建筑物的沉降变化应及时分析，必要时调整降水方案，控制降水对周边环境的影响。

6.2基坑排水

根据地勘报告，本工程勘察期间揭露地下水主要为上层滞水及孔隙潜水，孔隙承压水赋存于②粉质黏土以及②-1 层中砂层中，主要接受大气降水补给及侧向补给，上层滞水与孔隙潜水有存在水力联系，基坑排水主要为坑内明排。

施工期间要注意地面及基坑内引排水，并准备一定数量的抽水设备及独立应急备用电源，以便在雨季施工时及时排水，保证工程安全及设备正常运行，确保大雨过后能马上恢复施工。此外，在沟槽基坑沿线的地面上设置截水沟，设置数量需要满足排水要求的临时排水沟和集水井，可根据实际情况在基坑内设置。应备抽水机、电动机，以保证降水持续，防止设备故障、断电等突发情况的发生；同时，对工作水压、地下水流量、井点真空度、观察孔水位等情况要经常进行观测记录，做到发现问题，及时处置。

如：在排查不能解决的问题，如增设降水井、更换排水能力较大的深井泵、出现坑内降水故障工况后，及时查明原因、采取应急预案、调整降水方案、采取补救措施、施工方案及时调整、开挖速度放缓等降水故障工况。当出现降雨、坑外进水等原因造成降水失效工况时，应在基坑周围设置挡水措施，并根据情况设置一定数量的抽水泵；降雨时可在基坑上方设置遮挡措施。。

7.基坑监测及信息化施工

为保证工程质量和施工安全，除施工必须按有关规定进行质量检验外，尚需在各个施工环节加强，加强结构和环境监测，及时将观测成果通报各有关部门，发现异常情况及时处理解决，实现信息化施工管理，消除在施工过程中可能出现的隐患，以确保围护结构的安全，本工程基坑监测主要为自身围护结构监测。