钢板桩在填海造陆区域深基坑支护中的应用

1?工程概况

汕头某建筑工程是集住宅、公寓、商业、办公为一体的大型城市综合体（图1）。规划总用地面积 7.7万m ² ，总建筑面积50.7万m ² 。主要建设内容为6栋高级人才公寓、2栋办公塔楼。结构形式：1~6号为剪力墙结构，7~8号为框架–核心筒结构，地下室为框架–剪力墙结构。

   

图1?项目效果图

本工程地下室底板板面标高为–9.300?m，基础底板厚0.5?m，T7、T8核心筒周边底板厚4.0?m，桩基承台厚1.2~2.7?m不等。深基坑开挖深度有3.2?m（局部承台1、局部承台2）、3.35?m（3号）、4.75?m（1号、 5号、6号）、5.3?m（2号、4号）、7.3?m(T7、T8栋)5种，对应的相对标高分别为–13.100?m、–13.650?m、–14.250?m、–15.200?m、–17.200?m，局部承台离基坑边距离较近，因此增设1道钢板桩，保证基坑支护安全。基坑支护安全等级为二级。根据勘测孔柱状图，1号、2号、3号、5号、6号和局部承台均为粉砂土质，4号、T7和T8为淤泥土质。工程主要包括地下室、裙楼和塔楼等部分，其中地下室开挖深度较大，需进行深基坑支护。

2?工程地质特征

2.1?地层岩性及地质构造

本工程场地原始地貌为滨海滩涂，岩土种类较多，属于复杂地基。各岩土层分布厚度及范围不一，工程特性差异显著。基岩面起伏变化很大，风化岩空间分布及风化程度不均。为保证基坑支护施工的有效性，施工前委托设计院布孔勘察，以确定场地的稳定性和评价岩土层工程。通过布孔观测，发现场地内岩土层结构非常复杂，存在人工填土、淤泥、淤泥质土、中细砂、砂质粘性土、强风化花岗岩等地层，其地质情况如下。

（1）吹填土（淤泥）：深灰、灰黑色，流塑，含贝壳碎片及中细砂粒，由造陆吹填而成。该层场地均有分布，层顶标高为2.420~4.290?m，层厚4.100~9.700?m。

（2）粉、细砂：浅灰、灰黄色，饱和，松散~稍密，以粉细砂粒为主，含淤泥或淤泥质土，分选性好。场地均有分布，层顶埋深为4.10~9.70?m，层底标高为–0.380~–6.220?m，层厚为3.500~9.900?m。

（3）淤泥：灰、深灰色，流塑，高压缩性，以粘粒为主，上部含少量贝壳碎片，下部含粉细砂包团。场地均有分布，层顶埋深为10.70~14.90?m，层顶标高为–7.200~–12.150?m，层厚为6.00~11.40?m。

（4）淤泥质土：灰、深灰色，流塑，高压缩性，以粘粒为主，下部含薄层粉细砂，粘性好。场地均有分布，层顶埋深为20.00~22.30?m，层顶标高为–16.380~–19.520?m，层厚为4.600~14.300?m。

（5）中细砂：浅灰、灰白色，饱和，中密~密实，以中细砂粒为主，上部含较多泥质，级配差，层顶埋深为24.60~35.20?m，层顶标高为–21.760~–32.700?m，层厚为4.60~16.50?m。

（6）强风化花岗岩：灰白、灰黄、浅黄绿色，岩芯呈土状、底部呈碎屑状或碎块状，主要由粘土矿物及石英组成，碎块用手可折断，岩石风化强烈，原岩结构清晰可辨。层顶埋深为45.50~66.20?m，层底标高为–42.710~–62.710?m，层厚为0.50~18.60?m。

2.2?水文地质特征

本工程场地濒临南海，地下水位埋深约1.1~3.2?m， 地下水位较高，目前基坑土方已开挖至地下室底板垫层上约20~30?cm位置，基底土质为淤泥和粉砂层。场内地下水可分为孔隙潜水、孔隙承压水和基岩裂隙微承压水。勘察期间测得上层孔隙潜水稳定水位埋深为1.10~3.20?m。土体含水量较大，地下水位较高。

3?深基坑支护形式选择

本工程场地地质条件复杂，主要为淤泥质粘土和粉质粘土，基坑支护工程开挖深度较大，且地下水位较高，对基坑支护结构提出了较高的要求。根据地质勘察资料及以往的设计和施工经验，必须对基坑采取有效的降水+止水措施。经计算分析后，基坑采用拉森钢板桩的支护形式，同时，围护结构强度、变形、覆稳定性等安全指标均满足规范要求。

施工措施：先对基坑外周边排水系统先施工，再进行高压旋喷桩施工，加固基底，土方开挖、挂网喷混凝土、管桩截桩施工及基坑排水同步进行。开挖坑中坑前先进行钢板桩及支撑加固施工，随后进行土方开挖与管桩截桩。1~6栋深基坑及局部承台拟采用拉森钢板桩+钢管撑+被动区水泥搅拌桩加固的形式进行支护。T7、T8栋采用上部放坡+下部拉森钢板桩+钢管撑+被动区水泥搅拌桩加固的形式进行支护（图2、图3）。

   

图2?深基坑支护设计平面示意

   

图3?坑内加固旋喷桩设置示意

4?钢板桩施工常见问题及解决措施

4.1?钢板桩倾斜

在近海软土中打设钢板桩时，经常会出现由于连接锁口处的阻力大于周围土体阻力，导致板桩向前进方向倾斜。这通常是由于软土的不均匀性和打桩过程中操作不当所致。具体解决措施如下。

（1）在施工过程中，应用仪器随时检查、控制、纠正钢板桩的垂直度。一旦发现钢板桩出现倾斜，应立即采取措施进行纠正。常用方法：将已打入钢板桩的顶部朝倾斜的方向反拉，边拉边打，逐步纠正。也可以采用屏风式打法，尽量减少倾斜的发生。

（2）当倾斜过大时，可以采用增加楔桩的方法进行调整，使前端钢板桩倾斜度满足控制要求。这种方法能够有效调整钢板桩的倾斜度，使其恢复到正常的施工状态。

（3）在打入过程中为了避免钢板桩产生过大的倾斜，可以在打桩行进方向用卡板锁住钢板桩的前锁口，同时在钢板桩与围檩之间的两边空隙内设1个定滑轮支架，以制止钢板桩下沉中的转动，有效控制钢板桩转动和倾斜。

（4）如果钢板桩的倾斜是由于地质变化或土壤阻力不均导致，可以考虑更换功率更高的振动锤进行打设，或者采用高压水枪辅助下桩。对于硬夹层或土壤阻力大的区域，可以使用螺旋钻机提前进行破坏处理，以降低打桩难度。

（5）对于已经倾斜的钢板桩，可通过焊接等方式进行临时固定，防止其继续倾斜或影响其他钢板桩的稳定性。同时，在连接锁口处涂油脂或使用特殊的塞子，防止土砂进入连接锁口等措施，也可以提高钢板桩的整体稳定性和密封性。

4.2?钢板桩与腰梁间隙过大

由于钢板桩相互之间采用咬合的形式进行安装，所以在安装完腰梁的工况下，钢板桩与工字形腰梁仅能做到隔一贴一，经常会出现钢板桩与腰梁间隙过大的问题。解决措施如下。

（1）检查腰梁的安装位置是否准确。如果腰梁位置不当，应重新调整其位置，确保与钢板桩紧密贴合。可以使用千斤顶或其他调整工具进行微调，使腰梁与钢板桩的间隙达到最小。

（2）在腰梁与钢板桩之间增加垫片或填充物，以减小间隙。垫片或填充物应选用具有足够强度和稳定性的材料，如橡胶、钢板等。填充时应确保填充物紧密无缝隙，以提高支护结构的整体性。

（3）如果间隙过大，且无法通过调整腰梁位置或增加垫片解决，可以考虑加强支撑体系。例如，在腰梁与钢板桩之间增设临时支撑或加强支撑，以提高支护结构的承载能力。

（4）注浆加固。对于无法直接处理的间隙，可以采用注浆加固的方法。通过向间隙中注入高强度水泥浆或其他合适的注浆材料，填充并固化间隙，增强钢板桩与腰梁之间的连接。

4.3?钢板桩嵌固深度不足

如果钢板桩的嵌固深度设计不足，会导致桩体在侧向土压力或水压力作用下失稳。因此，在钢板桩深化设计时，嵌固的深度必须由专业设计人员进行核算，并充分考虑地质条件、地下水位、基坑开挖深度等因素，确保钢板桩有足够的嵌固深度。

在施工过程中遇到钢板桩嵌固深度不足问题的解决措施如下。

（1）如果嵌固深度不足的程度较轻，可以通过增加钢板桩的长度进行解决。这可以通过在原有钢板桩的基础上接长实现，确保钢板桩能够深入到足够稳定的土层中。

（2）当嵌固深度不足的问题较严重时，需要对地基基础进行加固。如对水泥搅拌桩裙边加固，以弥补钢板桩嵌固深度不足的缺陷。

（3）在施工过程中，根据实际情况调整施工顺序和方法，如采用分段施工、跳打等方式，以减少对钢板桩的扰动和破坏，确保其嵌固深度达到设计要求。

（4）在钢板桩的侧面增加水平横向支撑，如使用钢支撑或横梁，以提高支护结构的整体稳定性。这些支撑可以有效分担侧向土压力和水压力，减轻钢板桩的受力。

（5）在钢板桩的内侧或外侧增设锚杆或土钉，通过将这些构件深入到稳定的土层中，为钢板桩提供额外的固定和支撑力，从而增强其嵌固效果。

4.4?钢板桩渗漏和涌沙

基坑挖土过半时，在钢板桩旧桩较多且未进行校正修理时，易导致锁水处咬合不好；转角桩处理不当，也会产生变形；打设过程中两块板桩锁口插对不严密等，都会导致钢板桩在接缝处和转角处出现渗漏，有时伴有涌沙现象，影响基坑的稳定性。解决措施如下。

（1）严格控制打桩的施工质量，钢板桩在打设前应进行纠正，确保桩体笔直。同时，要做好围檩支架，保证钢板桩打入后墙面平直。防止钢板桩锁口中心线位移，可在打桩行进方向的钢板桩锁口处设卡板。

（2）在钢板桩锁口处涂抹润滑剂，减少摩擦阻力，使锁口更容易闭合。在打设过程中，应定期检查锁口是否闭合紧密，如有间隙，应及时处理。

（3）对于出现的微小缝隙，可以使用橡胶条、密封胶等专用的密封材料进行填充，防止水或沙土从缝隙中渗出。

（4）在基坑内设置抽水井或排水沟，及时将渗漏进来的水排出，防止积水导致涌沙。定期对抽排水设施进行检查和维护，确保其正常运行。

（5）加强对基坑和钢板桩进行实时监测，包括水位、位移、沉降等参数的变化。建立预警机制，一旦发现异常情况，立即采取措施进行处理，防止问题扩大。

4.5?坑底加固桩优化

由于坑底土质情况较差，基本为淤泥与淤泥质土，故选取直径600?mm的单轴水泥搅拌桩作为坑底加固措施。根据设计图纸要求，水泥搅拌桩均位于支护内侧，且最外侧的搅拌桩应紧邻钢板桩。

由于淤泥与淤泥质土流动性较大的原因，会出现搅拌完成的水泥浆外溢，涌入桩身周边土体导致最终成型搅拌桩尺寸大于图纸要求的情况。在这种情况下，水泥搅拌桩侵占钢板桩的空间，导致在后续钢板桩定位施打过程中，经常出现阻力较大，甚至无法施打的情况。

在出现上述情况时，操作人员通常通过微调钢板桩角度、定位或强行施打处理此问题，会对钢板桩支护结构的整体性造成一定的影响，给安全增加不确定因素。

因此，在做坑底加固桩的深化设计时，需着重考虑以下问题。

（1）事先进行详尽的地质勘察，了解坑底土壤的物理力学性质、土层分布及地下水位等关键信息。根据勘察结果，选择合适的桩型和加固方法。例如，在软弱土层中，可考虑使用注浆桩、旋喷桩或深搅桩等加固工艺。

（2）根据基坑深度和侧向土压力，计算所需的桩长和直径，确保桩的承载力满足要求。考虑桩身抗弯性能和稳定性，适当增大桩径或增加配筋，提高桩的整体性能。

（3）合理安排施工顺序，先进行坑底加固桩施工，再进行钢板桩插打，确保基坑开挖过程中的稳定性。采用分段施工法将基坑分为若干段进行开挖和加固，降低对周围土体的扰动。

（4）对于采用注浆加固的桩体，优化注浆工艺，确保注浆均匀、饱满，提高桩与周围土体的摩阻力。根据土层性质，选择合适的注浆材料和注浆压力，避免对周围环境造成不利影响。

5?结束语

本研究深入探讨了钢板桩在深基坑支护中的实际应用，分析了其常见问题及改进措施。通过对实际工程案例的研究不难发现，钢板桩作为一种成熟且有效的支护结构，在深基坑工程中展现出了独特的优势。钢板桩因其高强度、良好的止水性能以及施工简便性，在深基坑支护中得到了广泛应用。

在实际应用中，也发现了诸如钢板桩变形、渗漏以及嵌固深度不足等问题。因此，钢板桩支护技术也需要不断创新和完善，以适应新的挑战。通过深入研究和实践探索，以期推动钢板桩支护技术向更高水平发展，为填海造陆区域的建筑工程提供更安全、经济、高效的支护解决方案。