徐 辉 张 磊 薛春松 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司

摘 要：通过分析拉森钢板桩的诸多优点，结合工程实例，阐述了无内撑双排钢板桩在净水厂阀门井施工中的设计、运用和施工，并对基坑监测结果进行分析，使其形成一个成熟的施工工法供同类工程参考。

关键词：无内撑；双排钢板桩；阀门井基坑；监测

1 前言

拉森钢板桩是一种特制的型钢板桩，钢板桩结构具有质量轻、强度高、锁口紧密、水密性好、施工方便、施工速度快等优点。近年来随着经济建设和城市建设的快速发展，拉森钢板桩作为围护结构在民用、市政、桥梁、工业建筑的基础工程中得到了广泛应用。

2 工程概况

2.1 工程简介

金海水厂位于浦东曹路镇，北至盛家浜，东至华东路，南至红星路，西至顾唐路，二期工程位于金海水厂厂区内，一期工程南侧，建设规模为40万立方米，建成后，金海水厂的供水总规模达80万立方米。本工程新建阀门井13座，阀门井基坑开挖深度为4m~6m，阀门井平面尺寸为12m²。工程标高系统为吴淞绝对标高，厂区路面标高为+5m，阀门井位置自然地面标高为+4.9m。

2.1.1 工程地质条件

上海是中国南北海岸中心点，长江和黄浦江入海汇合处，长江三角洲冲积平原的一部分，典型的软土地区。本工程地质情况，由上到下为：3.21m（吴淞高程）以上为①素填土，2.21m~3.21m为②灰黄色粉质黏土，-0.59m~2.21m为③灰色淤泥质粉质黏土，-4.19m~-0.59m为③灰色砂质粉土，-8.09m~-4.19m为④灰色淤泥质粉质黏土，-12.26m~-8.09m为④灰色淤泥质黏土；微承压水的含水层主要为第⑤2、⑤32层，本工程阀门井施工主要考虑浅层地下水。

3 围护方案的确定

为确保基坑施工安全，同时考虑施工的周期、成本等方面，经过方案论证，本工程阀门井基坑围护结构采用无内撑双排钢板桩。

原因主要有以下几点：

（1）阀门井施工周期短，采用钢板桩施工可重复利用，成本低；

（2）阀门井位于金海水厂内，施工场地紧凑，无法采用自然放坡；

（3）采用无内撑双排钢板桩，外圈和内圈钢板桩桩顶用卡槽式拉杆固定的复合结构，双排钢板桩桩和桩间土体形成重力挡土墙挡土结构，保证了围护结构的稳定性，增强了防水效果；

（4）采用无内撑的双排钢板桩结构，钢板桩内部无内撑围檩，阀门井施工空间可充分利用。

4 双排钢板桩支护设计

双排钢板桩内圈和外圈钢板桩采用拉森IV型钢板桩，通过卡槽式拉杆连接内圈和外圈钢板桩，卡槽式拉杆材料为5#槽钢，这样双排钢板桩和桩间土体形成了重力挡土墙结构（无内撑双排钢板桩结构详见图1）。钢板桩的选择原则为H₁≥2H₂，L长度为80cm~100cm，本工程阀门井基坑深度为4m~6m，内圈和外圈钢板桩的距离L分为两种情况：（1）H₂<5m，L=80cm；（2）H₂≥5m,且H₂<7m，L=100cm。

根据无内撑双排钢板桩结构的受力特点，应用ANSYS软件，钢板桩采用三维壳单元she1163建模，拉杆采用弹簧单元combin14，土层采用实体solid模拟，根据以上两种情况施加与土层接触条件，对围护结构的刚度和强度进行了计算，刚度和强度均符合要求，结构在计算工况下是稳定可靠的。

图1 无内撑双排钢板桩结构

5 钢板桩施工

5.1 钢板桩施工流程

根据施工图及高程放设沉桩定位线→根据定位线控设沉桩导向槽→打基坑外圈钢板桩→打基坑内圈钢板桩、卡槽式拉杆安装→挖土、主体结构施工→土方回填→拔出钢板桩。

5.2 钢板桩打桩

对施工机械设备、运输车辆进行全面的保养，确保使用正常。对进场的拉森桩进行外观验收，对于锁口变形，锈蚀严重的拉森桩弃之不用，弯曲变形的拉森桩用油压千斤顶或火崐烘的方法矫正。正式打设前，预先将拉森桩堆放到打设点附近，减少翻驳次数。拉森桩在打入前，清除板桩内的积泥和浮锈。锁口内应予先抹上润滑油（黄油）。

打设拉森桩机械选用PC-450机械手一台，本工程采用单桩打入法。捆扎拉森桩保险绳用直径18mm为宜。当钳口钳住板桩后将桩吊至插桩点外进行插桩。插桩时锁口要对准，之后即可开始进行沉桩。在打桩过程中，为保证拉森桩垂直度，用经纬仪加以控制。采用屏风式施工方法，打桩时利用导架控制拉森钢板桩的轴线。开始打设的第一、二根拉森桩的位置和方向必须确保精确，在阀门井两个方向分别架设两台经纬仪，每打入1m观测一次，以确保拉森桩的垂直度。外圈钢板桩搭设完成后，进行内圈钢板桩施工，内圈钢板桩打桩的顺序与外圈相反，内圈钢板桩每完成一侧后，安装卡槽式拉杆。

5.3 钢板桩拔除

阀门井基坑回填后拔除钢板桩，拔桩前应仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间，本工程阀门井先拔除内圈钢板，采用跳拔的方法，对称拔除相对两侧的钢板桩，内圈钢板桩完成后，拔除外圈钢板桩，外圈钢板桩同样采用内圈钢板桩拔除的方法，这样可以保证阀门井结构的稳定性。

拔桩时先用拔桩机夹住钢板桩头部振动1min~2min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢地往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，可先行往下施打少许，再往上拔，如此反复可将桩拔出来。

在拔桩过程中加强监测，如阀门井结构发生不均匀沉降，可采取压密注浆措施，压密注浆采用水泥和水玻璃的双液型混合浆液，水玻璃掺量为水泥用量的5%，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比为1.0。

5.4 基坑围护监测

在阀门井施工过程中，主要对基坑围护系统进行监测，考虑到基坑深度为4m~6m，外圈钢板桩不设置监测点，在内圈钢板桩桩顶每相距2m设置1个监测点，在距离桩顶3m处每相距2m设置1个监测点，监测布点完成后对原始数据进行测量，基坑监测的频率随土方开挖进度和基坑变化情况作调整。基坑开挖过程中开挖频率不少于2次/d，开挖完成后开挖频率不少于1次/d。若观测的钢板桩顶部位移出现突变，观测次数要适当增加。当观测的位移趋于稳定时，观测间隔可延长。

根据工程13座阀门井基坑施工过程中的监测数据显示，钢板桩整体变形处于允许值范围内，且围护未出现渗水现象，该围护结构安全可靠。

6 结语

净水厂阀门井基坑施工有其本身的特点，本文主要根据阀门井所处地区的地质情况、阀门井现场的实际环境，对钢板桩围护结构进行了优化，提出了一种无内撑双排钢板桩围护结构。根据现场的工程实例从围护方案的设计和现场的施工方面进行了阐述。无内撑双排钢板桩不仅具有钢板桩结构简单、可重复使用、施工速度块、经济等特点，而且由于双排桩与土体形成重力挡土墙结构，基坑结构更加稳定，防水效果得到了加强。希望此种施工工法能给相似工程环境的净水厂和污水厂阀门井基坑施工提供一定的参考经验。

参考文献：

[1] JGJ 120—2012.建筑基坑支护技术规程[S].

[2]张作鹏.双排钢板桩在深基坑中的应用[J].山西建筑，2010(18):97.

[3]上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司.金海水厂二期工程岩土工程勘察报告[Z].2015：6.