拉森钢板桩支护在电力工程基坑支护中的应用

我国历史文化源远流长，各地都存在具有历史文化气息的祠堂或庙宇建筑，施工过程中会不可避免地经过这类古建筑。随着我国现代化建设不断加强，深基坑支护工程随之增多，工程施工中遇到古建筑物时更需要考虑建筑物保护措施。将电力工程中电力隧道基坑支护施工作为主要研究案例，分析施工过程中对古建筑影响较小的拉森钢板桩支护选择，总结拉森钢板桩施工过程中的注意事项，可为类似项目工程的建设提供借鉴。

1工程概况

1.1工程基本情况

工程建设场地位于北京市昌平区北七家镇平坊村，拟建基坑南北长310m，东西宽5m，占地面积1550㎡，基坑周长640m，基底标高30.000m，工程±0.000标高为绝对标高38.440m。

王府花园东二路规划为城市支路，道路红线宽20m，道路标准横断面为一幅路形式，自王府花园中一路至规划十一路，规划沿道路永中以西8.0m新建1条2.0m×2.1m电力隧道，南与王府花园中一路规划电力管井连通。工程共计5座检查井，其中双层直线井1座、双层三通井3座、双层四通井1座；2.0m×2.1m明开隧道302m，挖深6.7~9.5m。

基坑支护采用挂网锚喷与Ⅳ型拉森钢板桩结合支护方式，逐层开挖及支护方式施工。基坑支护施工参照DB11/489—2016《建筑基坑支护技术规程》、DB11/T1609—2018《预拌喷射混凝土应用技术规程》、GB50202—2018《建筑地基基础工程施工质量验收标准》、GB50497—2019《建筑基坑工程监测技术标准》等相关规程。

1.2水文地质条件

根据现场勘探、原位测试与室内土工试验成果的综合分析，将本次岩土工程勘察勘探深度范围内（最深20.00?m）的地层按岩性及工程特性划分为6个大层，除第①层为人工填土层、第②层为新近沉积层外，其余各层均为一般第四纪沉积地层。拟建隧道标高为29.140~31.980m，主要穿越土层为杂填土层①1层、粘质粉土~粉质粘土层②层、粘质粉土~粉质粘土层③层；局部存在粉砂层②1层。拟建场地历年最高水位接近地表，近3~5年拟建场地最高地下水水位标高约34.500m。根据北京市有关水文资料，该地区地下水位年升降幅度为1.0~2.0m，呈平稳趋势。拟建隧道标高为29.140~31.980m，主要受潜水层 影响。

2支护结构设计与方案比选

平坊村菩萨庙位于昌平区北七家镇平坊村，拟实施的昌平区北七家镇平坊村一级开发项目涉及昌平区文物保护单位平坊村菩萨庙的二类建设控制地带，该菩萨庙为清代建筑，是平原区保留不多的古建筑。此庙现仅存正殿，院内东西配房为后建。正殿面阔3间，进深1间，前出廊，硬山筒瓦过垄脊，门窗为现代玻璃窗。新建2.0m×2.1m明开电缆隧道（0+050~0+075施工段），与菩萨庙东侧围墙顺行，围墙为240mm砖墙，本工程拟建电力隧道支护高度为7.08~9.55m，基坑安全等级为二级。通过现场实地勘察与支护设计图纸的对比，以及与文物管理人员协商，对两种支护设计方案进行比选，从中选择对菩萨庙影响最小的施工方案。

比选方案1对电力隧道（0+050~0+075施工段）基坑支护设计采取土方开挖深度逐层开挖，第1层开挖深2.5m，放坡1∶0.75，对基坑边坡采取锚喷支护，在锚喷强度达到设计强度后，施打长12m拉森钢板桩，再挖1.0m的土，制作钢托座并焊接钢支撑，直至开挖到设计标高。结合设计图纸和现场实际调查，发现方案1中由于0+050~0+075施工段若采取第一步土放坡开挖，将占据菩萨庙外围墙内2?m范围，易造成文物破坏。且在该施工区域内，通过试打钢板桩过程中发现地下存在相邻房建施工项目遗留的预应力锚索，大幅增加了钢板桩施工难度（图1）。

图1拉森钢板桩支护方案1

通过建设单位组织支护设计单位及施工单位现场踏勘，围绕菩萨庙文物保护展开讨论，与文物管理部门协商后，决定采用比选方案2：0+050~0+075施工段在距菩萨庙外围墙与拟建隧道拉森钢板桩支护结构之间净距2.15~3.66m范围处，采用长螺旋钻机将钢板桩施工区域进行引孔，引孔过程中将存在于地下的预应力锚索钻出后，西段施打15m长拉森钢板桩，东 段为避开房建项目深层预应力锚索施打长9m拉森钢板桩。将全部钢板桩施打完毕后，开挖1.0m第1步土，制作第1道钢托座并焊接钢支撑；随后开挖3.5m深第2步土，制作第2道钢托座并焊接钢支撑。

为不影响后期污水管线基坑槽底土扰动，在第2步开挖完毕后预留1.8m工作台，工作台西段采取1∶1放坡开挖（边坡采取锚喷支护），直至开挖到电力隧道槽底设计标高。该支护方式有效避开了菩萨庙围墙区域，由于螺旋钻机引孔，后期施打钢板桩过程中有效降低了对菩萨庙的影响，同时预留平台放坡开挖，减少了后期污水工程施工槽底土扰动现象的发生，通过减小东侧钢板桩长度，使钢板桩施打避开深层遗留的预应力锚索，大幅降低了施工难度（图2）。

图2拉森钢板桩支护方案2

3拉森钢板桩支护施工

3.1拉森钢板桩施工工序

根据工程特点，拉森钢板桩施工流程为：钢板桩位置的定位放线→长螺旋钻机引孔→施打钢板桩→基坑开挖并完成支撑体系→开挖至基底标高→基底排水沟及集水井施工→边回填基坑边拆除支撑→拔除钢板桩→桩孔灌砂。

3.2拉森钢板桩施工

3.2.1钢板桩主要参数及指标

本工程钢板桩材料采用SP–IV型拉森钢板桩，宽600mm、高210mm、厚18mm，截面积135.3c㎡、理论重量106kg/m，长度计划为9m/15m，伸入基坑底以下6~7m。拉森钢板桩要求无穿孔，修边调直后方可使用。施工过程中对于钢板桩强垂直度允许偏差不得超过1/150；沿基坑轴线方向墙面左右允许偏差不得超过300mm，桩底标高允许偏差不得超过500mm。

3.2.2施工放样

为了保证钢板桩施工位置精度，施工区域控制点应有专职人员提前标注，复核无误后按顺序洒石灰放线，标明钢板桩具体桩位，并加以保护。

3.2.3长螺旋钻机引孔

根据施工方案，钢板桩施工区域应经由专职测量人员进行测量放线，再经建设单位及监理复核无误后方可施工。将旋挖式钻机移至相应点位布置处，并对垂直度进行调整，偏差值应控制在1/150。为保证移动过程安全顺利，钻机的移位需由当班机长统一指挥调度，移动前需对现场进行清理，以保证钻机移位安稳、安全。钻机定位后，由机长负责对孔位进行复核，要求偏差值控制在10mm范围内，成孔直径600mm，长9m，引孔间距800mm，按顺序依次进行引孔施工。在进行第1根桩引孔施工过程中，进尺速度不宜过快，需慢速进行，以便于掌握底层岩性对钻机的影响，确定该地层条件下钻机的钻进系数后进行连续引孔施工。引孔过程中将埋设于地下的预应力锚索钻出，并利用螺旋钻机正反螺旋循环拆除螺旋钻机上的预应力锚索，在拆除螺旋钻机上的预应力锚索时机械周边禁止人员路过。

3.2.4钢板桩施工

为保证钢板桩打设精度，采用振动沉桩方式。钢板桩施工与电力工程基坑支护施工和安全紧密相关，是本工程施工的关键工序之一，施工需注意 以下要求。

（1）钢板桩施工前，需对施工区域地下管线、构筑物等情况进行人工挖探，以确保钢板桩施工不影响既有管线运行。

（2）打桩前需逐根检查钢板桩，若过程中出现年久失修、锁扣锈蚀、变形钢板桩严重等不合格的情况，需对不合格桩进行修整或退场处理。

（3）钢板桩插打过程中需实时监控每根钢板桩的偏斜度，保证每根桩偏斜度低于2?%，如钢板桩出现偏斜，可采取拉齐的方式进行调整；若偏斜程度过大，无法采用拉齐调整矫正，则需进行拔出重打，引孔完成后需经监理签字验收方可对引孔区域进行钢板桩施工。

（4）为保证钢板桩施工过程的顺畅及安全，施工过程中需严格控制钢板桩震动频率，确保钢板桩的自振频率低于振动锤的锤动频率。为保证施工过程中钢板桩的与振动锤的重心处于同一直线上，振动锤的桩夹应加紧钢板桩上端，并采取人工校核。

（5）振动沉桩试打钢板桩数量不得小于10根，若沉桩施工过程中，钢板桩下沉速度突变减小，应立即停止沉桩施工，将钢板桩拔出0.6~1.0m，然后重新快速下沉。

（6）支撑体系的安装与拆除。钢支撑的架设可以有效保证基坑开挖和主体施工的安全性，控制基坑收敛和位移的有效控制。钢支撑安装器前应先整平控制点附近的基坑地面，由专人进行放样定位后就地进行组装。结构防水施工完成后，回填肥槽至钢支撑标高处后，方可进行钢支撑拆除工作，施工过程中应严格遵守相应施工流程，以保证施工安全。

（7）拔除钢板桩时，起点应距离角部桩基5根以上，如现场情况特殊，必要时也可采取跳桩方式进行拔除。根据沉桩情况，确定拔桩的顺序和起始点，拔除顺序尽量与打桩顺序相反。

（8）拔桩时先采用振动锤振动钢板桩锁扣，降低泥土粘附力，拔除采用拉振同时进行。如遇拔桩困难，可先用柴油锤将桩震落100~300mm，再用振锤交替进行振达、振拔。

（9）对拔桩后留下的桩孔，必须采用中粗砂及时回填处理。

4监控量测

4.1基坑支护基准点及检测点布置

4.1.1监测基点布设

监测基点布设应位于观测监测点相对稳定且易于保存的区域进行。在场地附近布设不少于3个监测基点，本项目的沉降观测基准点拟埋设墙上水准标志。

4.1.2支护结构顶部竖向位移监测点布置

工程中支护结构竖向沉降监测点布置在支护结构顶部1?m范围内，将护坡翻边打穿，使观测点与土体紧密结合。

4.1.3周边建（构）筑物沉降观测点布设

按照规范要求，周边建筑物沉降观测点的布点间距约为15~30?m（依据设计图纸布设），建筑的四角、大转角处沿外墙布设。

4.2量测方法

4.2.1水平位移观测

本工程基坑水平位移监测方法采用视准线法。在场地范围内，沿基坑每条边线的延长线两端，埋设工作基点。基准点稳定性检测与日常观测时均采用原装进口徕卡TS09 Ultra型全站仪，仪器摆放需在每条边端点的工作基点上，后视另一端的工作基点时，使各观测点均在仪器的视准线上，每次均以固定角度观测同一监测点，直接读取各监测点的标尺刻度，通过与初始刻度度数计算累计单次偏移量（钢板尺的刻度为毫米）。

每次进行现场观测须检核工作基点的稳定性。检测方法为：在工作基点上精确整平对中全站仪，选取基坑周边影响范围外3个易辨识的方向目标作为角度后方交会基点，按顺时针方向依次照准3个目标点，照准起始目标点后将全站仪水平读盘置零或置00°00′10″，每个方向目标观测一测回，然后计算3个目标点之间的两个夹角，通过与初始夹角值比较分析工作基点的稳定性。

4.2.2沉降观测

采用DS05精密水准仪和铟钢水平标尺，按一级沉降监测规程进行沉降观测。要求具备下列条件：（1）视距不得大于30m；（2）前后视距差不得大于0.7m；（3）前后视距累计相差不得大于1m；（4）视线高度不得小于0.3m；（5）基辅尺分划读数较差不得大于0.3mm；基辅尺高程精度≤0.5mm。当测量站数为n时，水准路线环线的闭合差应在0.3mm范围内。

5排水沟与集水井

沿基坑肥槽两侧设置排水沟，人工挖土，排水沟中填充碎石（图3）；集水井沿排水沟设置，人工挖土，在肥槽内间距约25m，采用内径300mm、外径400mm、长800mm的无砂管，通过潜水泵将集水井中的水排出，可用于施工用水（图4）。

图3?排水沟示意

图4集水井示意

6结束语

基坑支护施工方法与施工现场实际情况紧密相连，由于施工工况复杂，施工前必须结合实际情况， 找出各类影响因素，才能切实有效地对施工全过程进行质量控制与管理，从而保证基坑施工进度及质量要求，为电力隧道结构施工项目建设奠定坚实的基础。