拉森钢板桩在昆明市滇池环湖干渠截污基坑支护中的应用

【摘 要】昆明市滇池环湖干渠截污工程为滇池截污最后一道屏障，目的是不让未经处理的生活污水进入滇池。采用拉森钢板桩进行支护， 可充分发挥其方便快捷、经济环保的优点。由于拉森钢板桩整体刚度小， 基坑开挖较深时围护体的变形量有时较大， 在实际应用中应加以考虑。本文通过一工程实例介绍拉森钢板桩在软土地区基坑支护工程中的应用实践，为拉森钢板桩基坑支护可行性提供可靠依据。

【关键词】拉森钢板桩；基坑；施工工艺

1. 前言

干渠截污是截流和处理进入滇池污水的最后一道屏障，能大量削减入湖污染负荷，有效改善滇池水质，促进滇池水生生态系统恢复具有重要作用。拉森钢板桩是一种特制的型钢板桩，用打桩机及振动锤将钢板桩压入地下构成一道连续的板墙，作为深基坑开挖的临时挡土、挡水围护结构。钢板桩结构具有质量轻、强度高、水密性好、施工方便、周期短、建设费用便宜、施工速度快等特点，还具有显著的环保效果（大量减少了取土量和混凝土的使用量，有效地保护了土地资源）。其主要适用于软塑～可塑状粘性土、粉土和淤泥等基坑围护工程中，本文主要结合拉森钢板桩在昆明市滇池环湖干渠截污工程中的应用实践，为拉森钢板桩在类似工程中的应用积累一定的经验。

2. 工程概况

昆明市环湖东岸截污干渠工程拟建场地地处昆明市城郊东部，该拟建干渠起于环湖东路K19+360，终于环湖东路K24+600，其西面为环湖东路，路基起坡线离干渠基坑边7.8m，属于昆明市东部的主要污水截污干渠。干渠长度为5.24Km，截污干渠箱体尺寸为6.0×4.5m，其中污水涵净尺寸为1.5×4.5m，雨水涵净尺寸为4.5×4.5m。

3. 地质条件概述

场地位于昆明市东南部地带，属滇池湖泊沉积平原与边缘山麓冲洪积交接地带，地势平坦，钻孔的高程为1886.41m～1892.35m，高差为5.94m，地势起伏不大，开阔平缓。根据钻孔揭露，拟建场地主要分布第四系人工填土层（Qml）、第四系耕土层（Q4pd）、第四系冲洪积层（Q4al+pl）、第四系湖沼积层（Ql+h），场地地基土按成因类型、岩性与物理力学性质指标，可划分为10个主层。其中对基坑支护影响较大的地层现自上而下分述如表1：

拟建场地地貌上属滇池湖泊沉积平原与边缘山麓冲洪积交接地带，拟建线路西侧约500～1000米为滇池，勘察期间所有钻孔均可观测到稳定的地下水，经稳定后水位量测，地下水埋深在0.20～1.80m之间，稳定标高1886.02～1891.35m；钻探深度范围内揭露的土层为不透水（粘性土）、弱透水（粉土、粉砂）、强透水土层（砾砂、圆砾），地下水类型为微具承压性的第四系孔隙型潜水，场地地下水对砼结构中的钢筋不具腐蚀性，对外露钢结构具弱腐蚀性。

4. 支护结构的选择

4.1 方案比选。

4.1.1 结合本工程基坑周边环境、工程地质及水文地质条件及基坑开挖情况，本工程基坑围护可采用以下几种支护结构形式：（1）钢板桩加钢支撑；（2）SMW工法加钢支撑；（3）钢管桩加钢支撑。

4.1.2 方案（1）钢板桩采用拉森Ⅳ钢板桩，可同时起到止水和挡土的双重作用，对于截污干渠这种窄长形基坑，在钢板桩上设置支撑后，整个支撑系统受力合理。拉森钢板桩围护结构最大的优点在于其施工工艺成熟，施工简单、工期短、建设费用便宜及互换性良好，施工可不受天气条件的制约，具有显著的环保效果，大量减少了取土量和混凝土的使用量，有效地保护了土地资源。

4.1.3 方案（2） SMW工法施工速度较快，插入型钢可回收再利用，整个过程中无泥浆等污染物，挡水效果好，工程造价低，是一种较为环保的围护结构形式，但基坑开挖需待三轴水泥搅拌桩达到设计强度后进行。整个施工工期较长。

4.1.4 方案（3）锁口钢管桩虽一次性投入大，但是可重复使用，适应于各种复杂地质、地层，施工速度快，桩长易调整、浪费少，挤土有限、对周边环境影响少，质量有保证，截面刚度大，使围堰内支撑减少，单价较高。

4.1.5 综合以上各方案的特点，本着“安全可靠、经济合理、方便施工”的原则，本工程基坑围护选用方案（1）。

4.2 基坑支护方案。 根据本基坑的特点，考虑到拉森钢板桩抗弯刚度不大特点，为减小围护体的所承受的土压力作用，基坑上部1.5m按1：1.0坡比放坡开挖，平台宽5.0m，平台下围护桩采用长15m 的拉森钢板桩和两道型钢支撑。结构支护方案典型平面图（图1）及剖面图（图2）如下：

设计计算采用理正深基坑软件按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）[1]规定的分布模式计算，作用在钢板桩及钢支撑的内力计算采用“弹性法”，钢板桩的嵌固深度由整体稳定（K≥1.3）和抗倾覆稳定（K≥1.20）确定。根据围护结构在不同工况下的内力绘制围护体的内力包络图，然后结合内力包络图验算围护桩、围檩及钢支撑的强度。本次基坑支护设计典型剖面计算结果如下表（表2）。

5.2 第一道围檩计算。围檩布置为每跨4.0m，按三跨等跨连续梁计算，取最大均布荷载 ，连续梁弯矩、剪力采用连续梁计算程序进行计算，计算结果如下表（表3）所示。

6. 支护效果说明

该段昆明市滇池环湖干渠截污工程于3月15日施工，5月15日截污干渠施工完毕。土方开挖过程中，围护结构整体较为稳定，局部变形量较大接近设计计算值，最大位移达41mm，地面也有较明显的裂缝出现，但基坑周边环境条件较简单，未影响到周边建（构）筑物等使用，在基坑截污箱涵施工完毕后，即进行回填工作。基坑开挖后的效果图见图4：

（1）由于昆明市滇池环湖截污干渠是云南省的重点工程，由于工期紧、任务重，致使基坑土方开挖速度太快，未能完全按设计工况进行施工，围护体承受土压力变化较大。

（2）支撑安装过程中考虑施工方便未对支撑施加预应力，围护钢板桩在一定程度上处于被动受力，钢板桩经过较大变形后受力才趋于稳定。

（3）钢围檩安装时，围檩与拉森钢板桩之间存在一定的间隙，现场施工时未能及时将间隙填充，存在变形空间。

（4）拉森钢板桩本身的整体刚度有限，加之钢板桩经过多次循环使用，其抗弯刚度会明显降低，在以后设计时需对其抗弯刚度进行适当折减。

整个基坑在使用期间，支护结构安全稳定，未发生异常现象，说明拉森钢板桩加钢管支撑围护形式在本工程基坑围护的应用中是非常成功的，此次在滇池截污工程中采用拉森钢板桩进行基坑支护是云南的首例，为云南相关工程的建设提供了宝贵的经验。

7. 结语

（1）拉森钢板桩加钢管支撑在狭窄长形基坑围护中施工方便快捷，实现了机械化施工和钢板桩全部回收，达到了安全、快速和经济的效果，确保了工程的顺利实施和保护邻近建筑物的安全。

（2）滇池环湖截污干渠钢板桩围堰工程已成功实施，设计计算结果与工程实施情况吻合较好，保障了工程的顺利完成。

（3）严格控制钢支撑施工质量及土方开挖速度，是确保基坑安全的重要环节。基坑开挖过程中，应边挖边撑，严禁机械或材料等碾压、碰撞支撑杆件；通过对钢支撑施加预应力可控制基坑基坑变形，使基坑应变的可控性增强。

（4）拉森钢板桩在昆明滇池软土地区基坑围护中的成功应用为该地区基坑围护积累了一定的实践经验，可供类似工程参考。

参考文献

[1] 中华人民共和国建设部 . 建筑基坑支护技术规程（JGJ120 -99 .中国建筑工业出版社 . 1999 . 北京.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部与中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局联合 . 建筑基坑工程监测技术规范（GB50497 -2009 .中国计划出版社 . 2009 . 北京.

[3] 中华人民共和国建设部与中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局联合 . 钢结构设计规范（GB50017 -2003 .中国计划出版社 . 2003 . 北京.

[4] 西南有色昆明勘测设计（院）股份有限公司.昆明市环湖东岸干渠截污基坑支护施工图设计 . 2010 . 昆明.