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摘要：钢板桩用作基坑支护，是滇池环湖截污工程建设中使用的新技术，首次在云南省用。本文通过滇池环湖南岸截污工程为对象，介绍了拉森钢板桩、钢管内支撑支护设计与施工技术的应用情况，对钢板桩作基坑支护的施工方法（钢板桩插打、土方开挖、内支撑安装、钢板桩的拔除）、施工控制要点、基坑监测情况等方面进行说明，其经济合理、技术先进, 保障安全生产，大大缩短施工工期，取得了明显的社会效益和经济效益。
关键词：拉森钢板桩支护滇池环湖截污软土地质钢管内支撑
一、工程概况
昆明市滇池环湖南岸干渠截污工程位于昆明市、呈贡县、晋宁县、西山区境内，全长39KM，拟建工程范围现场地面标高黄海高程为1886.3—1891.25m。其中采用拉森钢桩支护桩号为起点在腰弯村，终点位于牛恋乡，对应环湖南路桩号K4＋360～K17＋400，全长约13KM。
渠道布置在环湖南路道路红线东侧面大于9.5米沿线，截污干渠断面尺寸B×H=4.0×3.0m，设计坡度0.017%。干渠结构：干渠结构为矩形双孔现浇混凝土结构箱涵，每隔25M左右设一道伸缩缝。矩形结构宽度尺寸5200mm，高度尺寸为3800～4800mm。干渠顶板、底板、中墙、边墙均为400mm。基坑深度约7.45m—10.20m。
质量要求一次验收合格，总工期75日历天，其中基坑支护及土方开挖20天，2010年5月30日前完成所有工程施工内容。
工程地质情况：根据上海市政勘察设计提供的“勘察报告”，拟建场地主要地基土分布自上而下分四大层及九个亚层，对其坑支护有较大影响的地层从上而下如下：①填土，层厚0.3-4.7m;②1粘土，流塑状，韧性高，层厚0.8-7.6m，地基承载力特征值70kpa；②2泥炭质土，流塑状，局部分泥碳或变相为淤泥，韧性中，层厚0.6-11.2m地基承载力特征值30kpa；②T粉砂，局部为粉质粘土或粉土，松散稍密，韧性低，层厚0.8-4.8m地基承载力特征值110kpa；②3淤泥质粘土，软塑状，韧性高，0.7-8.7m，地基承载力特征值65kpa；③粉砂夹粘土，夹多层粘性土，层厚0.6-20m，地基承载力特征值170kpa；③A粉质粘土夹砂，夹较多层粉状砂，软塑、流塑，韧性中，层厚0.5-17.1m，地基承载力特征值90kpa。
水纹地质情况：拟建范围内广泛分布第四系松散沉积层，局部揭露到古生代地层，根据各岩土层富水性质和水理特征，勘探区的地下水基本为第四纪松散沉积层孔隙水，属潜水类型，地下水总体由周边向滇池汇聚。勘探期间测得地下水位埋深为0.3～2.50m，标高为1889.72～1886.68m，随季节改变地下水位有一定的变化。松散沉积层孔隙潜水，赋存于砂性土和粘性土中，主要补给来源为大气降水，次为地表水，局部为上层滞水，动态变较小，属湖盆地域，随季节的干湿交替，动态变化明显，补给方式主要为大气降水及地表水补给。开挖时地下水位0.5m。
昆明環湖南岸干渠支护总平面图
二、 干渠支护方案的选择和支撑式钢板桩支撑体系的构造
滇池环湖截污干渠工程工期非常土方施工紧仅20天，经综合调查分析和论证，只有采用拉钢管内支撑森钢板桩支护体系，才能确保钢板桩施工完一段即可开始进行下一道工序施工，不影响工期，施工现场土质属软土，拉森钢板桩内支撑组合钢结构体系安拆简单，便于施工，且能够很好解决施工过程中坑壁的止水问题，克服了其他支护方案的缺点。对钢板桩的变形，则可采用加内支撑的办法加以解决。因此，基坑支护方案：采用沟渠两侧打拉森钢板桩，内加水平钢支撑的支护方式。止水及降排水：采用钢板桩止水，其渗透水采用明沟梳理，集水井抽排；降水采用人工挖孔护壁桩降水井及机械打管孔滤网钢管井点；土方开挖主要以机械为主，人工为辅，配合水平支撑分段开挖。材料要求：钢板桩为韩国生产的拉森IV型钢板桩，长12m，IX˃45655cm4/m，单桩重˃104.25kg/m；围檩采用热轧宽翼缘350×350×12×19H型钢，内支撑与角撑采用Φ485、Φ325无缝钢管、壁厚10mm。
本工程采用的内撑拉森钢板桩支护挡土结构，根据计算，主要由钢板桩和二道、三道Φ485、Φ325无缝钢管内支撑构成，合理埋置深度的拉森钢板桩承受水平方向土压力、抵抗软土层沿滑动面蠕变及干渠底部土体的隆起；多道钢支撑则主要保证钢板桩支护空间的内部体系稳定，使两道钢板桩之间不发生偏移、倾斜和变形。拉森钢板桩帷幕上设置三至四道连续的H型钢围檀以加强整个体系刚度及整体性，整个支撑体系在土方开挖过程中形成。
三、支护方案设计
滇池环湖截污干渠工程基坑设计深度根据箱涵底设计标高与垫层的厚度确定，基坑开挖深度介于7.0～10m，属于深基坑。根据《建筑基坑支护技术规程》，本基坑工程支护失败破坏后果的严重程度、过大变形对周围环境及地下结构施工影响等其它综合因素综合考虑，基坑安全等级按照二级选取，基坑侧壁重要性系数取1.0，局部剖面进行了加强，按照一级考虑，基坑侧壁重要性系数取1.1。
1、拉森钢板桩设计计算
（1）与本次基坑支护相关的主要物理力学指标
层序 土层名称 重度
（KN/ M3） 固结快剪强度指标 地基承载力特征值
C（KPa） Φ（0）
②1 粘土 18.40 25.00 14.40 70
②2 泥炭质土 11.90 9.00 9.60
②T 粉砂 18.50 6.00 28.70 110
②3 淤泥质粘土 16.50 19.00 10.60 65
③ 粉砂夹粘土 18.70 8.00 28.10 170
③A 粉质泥炭夹砂 18.20 18.00 12.70 90
（2）支护计算思路
本计算采用逐层开挖，逐层支护的方法。在施工过程中，先施打拉森钢板桩，然后开挖第一层土，挖到第一层支撑以下若干距离进行第一层支撑，然后再第二次挖第二层土，挖到第二层支撑支点下若干距离，进行第二层支撑，如此循序作业，直挖到坑底为止。由于泥炭质土层地基承载力特征值仅为30KPa，地面先在干渠基坑双侧5米宽范围内挖去2米厚土层，做坑顶卸荷处理，按设置三道支撑计算，第一道离卸荷后地面1.8m为第一种工况，第二道离卸荷后地面4.2m，假设第一道支撑已做完，第二道支撑未做，并须挖土深0.5m（设置第二道支撑工作空间）为第二种工况。第三道支撑离卸荷后地面5.7m为第三种工况。根据主动土压力系数：Ka=tg2(45°-φ°/2)；被动土压力系数：KP= [cosφ/(cosδ1/2-sin(δ+φ)1/2)]2; 主动土压力基本计算公式： Pa=(ΣRiZi+Rwhw+Q) m2;粘性土：Pa=(ΣRiZi+Rwhw+Q) m2-2cm，主动土压力基本计算公式：砂性土：Pa=(ΣRiZi+Rwhw+Q) /m2;粘性土：Pa=(ΣRiZi+Rwhw+Q) /m2-2c/m分别求出三种工况中A、B、C三点所受的水平力； 用公式y＝ （eq+ea）/[γ(KP- Ka)]；公式x={6 RO2/[γ(KP- Ka)]}1/2 ，桩嵌入深度tO=(x+y) 计算求得拉森钢板桩的插入深度5.6米，加上支撑6.2m，钢板桩长度为11.8米，在计算过程中，计算中经过处理土层数值取值趋于保守，12米长的拉森钢板桩能满足施工要求。
2、拉森钢板桩设计构造参数
（1）拉森钢板桩的构造参数
截污干渠基坑挖深7.0～10m，采用IV拉森钢板桩支护，桩长12.0m；如遇原支护施工单位曾施工的单边、局部、间断混凝土灌注桩，为保证干渠施工的操作面，探明状况后，将拉森钢板桩沿混凝土灌注桩外侧布设；
（2）钢管内支撑设置参数
设三道内支撑，内支撑下设牛腿，牛腿采用400×400×12钢板制作。第一道内支撑（采用Φ500×12无缝钢管）钢管水平间距为4.0m，第二道、第三道内支撑（采用Φ500×12无缝钢管）钢管水平间距为2.0m，垂向位置第一道支撑位于干渠顶板上方400mm、第二道支撑位于第一道支撑下方1.6m、第三道支撑位于干渠底板上方600mm。在两根H型钢链接处，采用双撑。
其中K6＋360～K6＋450设四道支撑，第一道支撑位于钢板桩下400mm，第二道支撑位于干渠顶板上方400mm、第二道支撑位于第一道支撑下方1.6m、第三道支撑位于干渠底板上方600mm。在两根H型钢链接处，采用双撑。
基坑支护示意图（第一道支撑）
基坑支护示意图（第二、三道支撑）
（3）钢楔、钢垫设置
为防止过程中，受土质、地下水、工艺施工特点等的影响，可能会发生屈曲、扭转、倾斜、凸凹等现象，钢板桩不能完全保证直顺，在钢板桩的内支撑H型钢（腰梁）与部分钢板桩不能完全接触，需加钢楔、钢垫等、斜撑等辅助支撑，如下图所示。
（4）围檩、角撑和剪刀撑的设置
为加强拉森钢板桩的整体刚度，沿钢板桩墙面全长设置围檩，围檩用H型钢（400×400×13×21）组成，在纵断面上用钢板（400×400×12）与H型钢、钢板桩焊接链接。在两根H型钢接头处用槽钢焊接链接。沿干渠走向每隔25～30m左右设置一道剪刀撑，剪刀撑采用Φ500×14无缝钢管，如变形较大，适当加密。
四、钢板桩支护结构施工
1、工艺流程
测量放线→打钢板桩→第一层土方开挖→第1层内支撑安装→第二层土方开挖→第2层内支撑安装→第三层土方开挖→第3层内支撑安装→人工清理基底淤泥及桩间土→垫层砼→主体结构施工→拆除支撑→回填土方→拔出板桩
2、钢板桩施工
2.1 钢板桩吊运及堆放
装卸钢板桩宜采用两点吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，注意保护锁口免受损伤。钢板桩应堆放在平坦而坚固的场地上，必要时对场地地基土进行压实处理。在堆放时要注意：
①堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便；
② 钢板桩要按型号、规格、长度、施工部位分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；
③钢板桩应分别堆放，每层堆放数量一般不超过5根，各层间要垫枕木，垫木间距一般为3～4m，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2m。
2.2 钢板桩的插打
施工机械采用25T汽车吊，配合KATO-1250履带式打桩机施工。
①单桩打入法以一块或两块钢板为一组，从一角开始逐块插打，直至工程结束，这种打入方法施工简便，可不停顿地打，桩机行走路线短，速度快。但单块打入易向一边倾斜，误差积累不易纠正，墙面平直度难控制。先用吊车将钢板桩吊至插点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽，轻轻加以锤击；
② 在打桩过程中，为保证钢板桩的垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制；
③ 为防止锁口中心线平面位移，可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板桩的位置，以便随时检查校正；
④ 开始打设的一、二块钢板桩的位置和方向应确保精度，以便起到样板导向作用，故每打入1m应测量一次，打至预定深度后应立即用钢筋或钢板与围檩支架焊接固定。
⑤钢板桩的转角和封闭合拢。由于板桩墙的设计长度有时不是钢板桩标准宽度的整数倍，或板桩墙的軸线较复杂，或钢板桩打入时倾斜且锁口部有空隙，这些都会给板桩墙的最终封闭合拢带来困难，采用轴线修整法解决。
轴线修整法通过对板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整，实现封闭合拢，封闭合拢处最好选在短边的角部。具体作法如下：
① 沿长边方向打至离转角桩约沿有8块钢板桩时暂时停止，量出至转角桩的总长度和增加的长度；
② 在短边方向也照上述办法进行；
③ 根据长、短两边水平方向增加的长度和转角桩尺寸，将短边方向的围檩与围檩桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核对无误后再将围檩和围檩桩重新焊接固定；
④ 在长边方向的围檩内插桩，继续打设，插打到转角桩后，再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩；
⑤ 根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打，最后一块封闭合拢的钢板桩，设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。
3、土方开挖
土方开挖应配合三层内支撑的安装分四次进行出土，每个工作面采用长臂挖机于基坑顶作业，考虑到：长臂挖机旋转速率小，装土速度慢；要配合内支撑施工，挖土效率大大降低；土方直接堆放在基坑会对内支撑施加巨大侧压力，影响基坑支护安全，土方必须全部外运。经计算，每台长臂挖机每小时出土量约30m3，夜间施工时出土量更少。由于以上原因，每工作面配备1m3斗容量长臂挖机2台，运土车辆6台，24小时不间断施工。
第一次掘土，从自然土面向下挖至第一层内支撑安装位置；这层土采用普通挖掘机挖掘，采用自卸车辆运土。施工时，挖掘机位于基坑顶中间后退开挖，考虑到要配合第一道内支撑施工以及夜间施工的降效因素（效率降低约一倍），每工作面配备1台斗容量为2m3的挖掘机挖土，配备8台自卸车辆运土至弃土场。
第二次掘土，从第一层内支撑安装位置向下挖至第二层内支撑安装位置；这层土采用长臂挖机挖土，自卸车辆运土。每工作面配备1m3斗容量长臂挖机2台，运土车辆6台，24小时不间断施工。
第三次掘土，从第二层内支撑安装位置向下挖至坑底，并预留人工清理土层厚度约80cm。次层土层施工机械配备同二层土。
第四次掘土，人工清理基底淤泥、桩间土，清除桩间土之后由人工破除桩头，集中由长臂挖机装土，自卸汽车运至弃土场。此工序功效最低（只为正常功效的1/4），施工机械降效最大，必须配备足够的人员及施工机械。考虑以上因素，计划每工作面每班配备壮工40人，配备长臂挖机2台，配备自卸汽车4台，24小时不间断施工。
由于本施工段有部分已按照原设计支护方案完成了部分混凝土灌注支护桩（单排、双排连续、不连续的钢筋砼桩），给钢管水平支撑施工带来严重困难，同时为保证混凝土支护桩和钢板桩在土方开挖中不糟挖土机破坏，在钢筋砼桩预留焊接H型钢作业面，基坑支护侧壁预留1500mm宽，人工清挖。
4、内支撑安装
基坑内侧由上至下共设置3层围檩及内支撑和角撑，围檩采用热轧宽翼缘350×350×12×19H型钢，内支撑与角撑采用Φ485、Φ325无缝钢管、壁厚10mm。第一层位置为基坑顶往下1.8m，第二层距第一层2.4m，第三层设置在距基底1.5m位置。内支撑施工必须与土方开挖工作紧密配合，确保基坑支护的安全，每工作面配备25吨汽车式起重机2台，高级电焊工8人，安装工10人，24小时不间断施工。
5、基坑排水降水措施
5.1基坑止水
主要以钢板拉森桩阻水，其余渗透水主要以明沟梳理，积水井点抽水排放。
5.2基坑降水
根据地勘资料，本施工段场地地下水位为-0.50m，现场局部开挖施工过程中可见有地下水涌出，部分箱涵褥垫层底部土方开挖将揭露②T粉砂，③A粉质粘土夹砂层，为防止管涌和流砂出现，同时避免坑内降水过度引起坑壁土体沉降，必须采取基坑降水措施，根据规范要求，需要将地下水降至基底以下。降水井采用机械钢管孔滤网管井，机械成孔直径500，钢管井内空直径325mm。降水管井设置范围K11+660——K12+240，根据地勘报告，其余里程因箱涵底板在泥炭质土和淤泥质粘土层，有隔水作用可暂不考虑降水井设置。
箱涵坑槽外降水管井：沿渠道基坑两侧隔隔10m分别设置降水管井，坑槽两侧梅花布置，井位置距開挖线4.5米，K11+660——K12+040井底标高控制为1877.00，K12+040——K12+240井底标高控制为1879.00,各级井点先预抽水2天后开始挖土。具体作法如下图所示：
5.3 箱涵坑槽内级坑槽顶排水
做好施工临时排水设施，基坑开挖前在上方做截水沟，原地面排水，但不得流入农田等造成破坏，要结合永久性排水设施进行。沿基坑开挖面放好开挖边线，基坑边表土卸载5000宽，在基坑顶部沿开挖边线8m沿线做300×300C15混凝土排水沟，每隔60米设一1000×1000×1200集水井。用以拦截地表水及管井抽水排入，排水采用出水口管径100mm动力污水泵，。基坑顶与基坑内的排水沟和集水井的布置见基坑钢板桩支护平面布置图中所示。
在基坑开挖前，沿开挖边线外5m距离布置轻型井点降水，降水井采用人工挖孔桩成孔，孔径1.1m，孔深10m，间距沿干渠基坑纵向10m一个设置。
五、经济分析
1、采用IV拉森钢板桩每公里的成本费用
（1）每公里的IV拉森钢板桩工程量（IV拉森钢板桩宽度0.4m，每米重量76.1kg）
（1000/0.4）×2×12×0.0761=4566T
（2）每吨IV拉森钢板桩成本费用
钢板桩打拔费：1150元/T
钢板桩租赁费：12元/天×60天=720元/T
钢板桩往返运费（从北京到昆明）：0.4元/T.km×2982 km×2=2385.6元/T
钢板桩卸车及装车费：10元×4次=40元/T
钢板桩损耗：7500×1%=75元/T
合计：4370.6元/T
（3）每公里的IV拉森钢板桩成本费用
4566T×4370.6元/T=1995.6元/ km
2、如采用回旋成孔灌注桩及高压旋喷桩每公里的成本费用为：3410.1万元/ km。
3、通过采用IV拉森钢板桩每公里成本可节约3410.1-1995.6=1414.5万元/ km。
六、结语
该工程基坑施工正处昆明雨季，滇池区域地基属软弱土层地基，深基坑，土体含水率极高，土体稳定性差，支护工程量极大、难度高；地下水丰富；基坑土方开挖，开挖量大，运距长（约3km），采用加长臂（21m以上）挖掘机挖土。经过项目部精心策划、结合实际编制《基坑支护专项方案》，并严格按专项方案实施，全过程实施监控，基坑变形各项指标均小于预期控制指标范围内。在公司领导、项目部全体员工的共同努力下，提前2天圆满完成了合同目标干渠工程施工任务，创造了一个工期奇迹。施工期间未发生安全生产事故及质量事故，多次受到省、市政府及各界人士好评。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：拉森钢板桩支护滇池环湖截污软土地质钢管内支撑
一、工程概况
昆明市滇池环湖南岸干渠截污工程位于昆明市、呈贡县、晋宁县、西山区境内，全长39KM，拟建工程范围现场地面标高黄海高程为1886.3—1891.25m。其中采用拉森钢桩支护桩号为起点在腰弯村，终点位于牛恋乡，对应环湖南路桩号K4＋360～K17＋400，全长约13KM。
渠道布置在环湖南路道路红线东侧面大于9.5米沿线，截污干渠断面尺寸B×H=4.0×3.0m，设计坡度0.017%。干渠结构：干渠结构为矩形双孔现浇混凝土结构箱涵，每隔25M左右设一道伸缩缝。矩形结构宽度尺寸5200mm，高度尺寸为3800～4800mm。干渠顶板、底板、中墙、边墙均为400mm。基坑深度约7.45m—10.20m。
质量要求一次验收合格，总工期75日历天，其中基坑支护及土方开挖20天，2010年5月30日前完成所有工程施工内容。
工程地质情况：根据上海市政勘察设计提供的“勘察报告”，拟建场地主要地基土分布自上而下分四大层及九个亚层，对其坑支护有较大影响的地层从上而下如下：①填土，层厚0.3-4.7m;②1粘土，流塑状，韧性高，层厚0.8-7.6m，地基承载力特征值70kpa；②2泥炭质土，流塑状，局部分泥碳或变相为淤泥，韧性中，层厚0.6-11.2m地基承载力特征值30kpa；②T粉砂，局部为粉质粘土或粉土，松散稍密，韧性低，层厚0.8-4.8m地基承载力特征值110kpa；②3淤泥质粘土，软塑状，韧性高，0.7-8.7m，地基承载力特征值65kpa；③粉砂夹粘土，夹多层粘性土，层厚0.6-20m，地基承载力特征值170kpa；③A粉质粘土夹砂，夹较多层粉状砂，软塑、流塑，韧性中，层厚0.5-17.1m，地基承载力特征值90kpa。
水纹地质情况：拟建范围内广泛分布第四系松散沉积层，局部揭露到古生代地层，根据各岩土层富水性质和水理特征，勘探区的地下水基本为第四纪松散沉积层孔隙水，属潜水类型，地下水总体由周边向滇池汇聚。勘探期间测得地下水位埋深为0.3～2.50m，标高为1889.72～1886.68m，随季节改变地下水位有一定的变化。松散沉积层孔隙潜水，赋存于砂性土和粘性土中，主要补给来源为大气降水，次为地表水，局部为上层滞水，动态变较小，属湖盆地域，随季节的干湿交替，动态变化明显，补给方式主要为大气降水及地表水补给。开挖时地下水位0.5m。
昆明環湖南岸干渠支护总平面图
二、 干渠支护方案的选择和支撑式钢板桩支撑体系的构造
滇池环湖截污干渠工程工期非常土方施工紧仅20天，经综合调查分析和论证，只有采用拉钢管内支撑森钢板桩支护体系，才能确保钢板桩施工完一段即可开始进行下一道工序施工，不影响工期，施工现场土质属软土，拉森钢板桩内支撑组合钢结构体系安拆简单，便于施工，且能够很好解决施工过程中坑壁的止水问题，克服了其他支护方案的缺点。对钢板桩的变形，则可采用加内支撑的办法加以解决。因此，基坑支护方案：采用沟渠两侧打拉森钢板桩，内加水平钢支撑的支护方式。止水及降排水：采用钢板桩止水，其渗透水采用明沟梳理，集水井抽排；降水采用人工挖孔护壁桩降水井及机械打管孔滤网钢管井点；土方开挖主要以机械为主，人工为辅，配合水平支撑分段开挖。材料要求：钢板桩为韩国生产的拉森IV型钢板桩，长12m，IX˃45655cm4/m，单桩重˃104.25kg/m；围檩采用热轧宽翼缘350×350×12×19H型钢，内支撑与角撑采用Φ485、Φ325无缝钢管、壁厚10mm。
本工程采用的内撑拉森钢板桩支护挡土结构，根据计算，主要由钢板桩和二道、三道Φ485、Φ325无缝钢管内支撑构成，合理埋置深度的拉森钢板桩承受水平方向土压力、抵抗软土层沿滑动面蠕变及干渠底部土体的隆起；多道钢支撑则主要保证钢板桩支护空间的内部体系稳定，使两道钢板桩之间不发生偏移、倾斜和变形。拉森钢板桩帷幕上设置三至四道连续的H型钢围檀以加强整个体系刚度及整体性，整个支撑体系在土方开挖过程中形成。
三、支护方案设计
滇池环湖截污干渠工程基坑设计深度根据箱涵底设计标高与垫层的厚度确定，基坑开挖深度介于7.0～10m，属于深基坑。根据《建筑基坑支护技术规程》，本基坑工程支护失败破坏后果的严重程度、过大变形对周围环境及地下结构施工影响等其它综合因素综合考虑，基坑安全等级按照二级选取，基坑侧壁重要性系数取1.0，局部剖面进行了加强，按照一级考虑，基坑侧壁重要性系数取1.1。
1、拉森钢板桩设计计算
（1）与本次基坑支护相关的主要物理力学指标
层序 土层名称 重度
（KN/ M3） 固结快剪强度指标 地基承载力特征值
C（KPa） Φ（0）
②1 粘土 18.40 25.00 14.40 70
②2 泥炭质土 11.90 9.00 9.60
②T 粉砂 18.50 6.00 28.70 110
②3 淤泥质粘土 16.50 19.00 10.60 65
③ 粉砂夹粘土 18.70 8.00 28.10 170
③A 粉质泥炭夹砂 18.20 18.00 12.70 90
（2）支护计算思路
本计算采用逐层开挖，逐层支护的方法。在施工过程中，先施打拉森钢板桩，然后开挖第一层土，挖到第一层支撑以下若干距离进行第一层支撑，然后再第二次挖第二层土，挖到第二层支撑支点下若干距离，进行第二层支撑，如此循序作业，直挖到坑底为止。由于泥炭质土层地基承载力特征值仅为30KPa，地面先在干渠基坑双侧5米宽范围内挖去2米厚土层，做坑顶卸荷处理，按设置三道支撑计算，第一道离卸荷后地面1.8m为第一种工况，第二道离卸荷后地面4.2m，假设第一道支撑已做完，第二道支撑未做，并须挖土深0.5m（设置第二道支撑工作空间）为第二种工况。第三道支撑离卸荷后地面5.7m为第三种工况。根据主动土压力系数：Ka=tg2(45°-φ°/2)；被动土压力系数：KP= [cosφ/(cosδ1/2-sin(δ+φ)1/2)]2; 主动土压力基本计算公式： Pa=(ΣRiZi+Rwhw+Q) m2;粘性土：Pa=(ΣRiZi+Rwhw+Q) m2-2cm，主动土压力基本计算公式：砂性土：Pa=(ΣRiZi+Rwhw+Q) /m2;粘性土：Pa=(ΣRiZi+Rwhw+Q) /m2-2c/m分别求出三种工况中A、B、C三点所受的水平力； 用公式y＝ （eq+ea）/[γ(KP- Ka)]；公式x={6 RO2/[γ(KP- Ka)]}1/2 ，桩嵌入深度tO=(x+y) 计算求得拉森钢板桩的插入深度5.6米，加上支撑6.2m，钢板桩长度为11.8米，在计算过程中，计算中经过处理土层数值取值趋于保守，12米长的拉森钢板桩能满足施工要求。
2、拉森钢板桩设计构造参数
（1）拉森钢板桩的构造参数
截污干渠基坑挖深7.0～10m，采用IV拉森钢板桩支护，桩长12.0m；如遇原支护施工单位曾施工的单边、局部、间断混凝土灌注桩，为保证干渠施工的操作面，探明状况后，将拉森钢板桩沿混凝土灌注桩外侧布设；
（2）钢管内支撑设置参数
设三道内支撑，内支撑下设牛腿，牛腿采用400×400×12钢板制作。第一道内支撑（采用Φ500×12无缝钢管）钢管水平间距为4.0m，第二道、第三道内支撑（采用Φ500×12无缝钢管）钢管水平间距为2.0m，垂向位置第一道支撑位于干渠顶板上方400mm、第二道支撑位于第一道支撑下方1.6m、第三道支撑位于干渠底板上方600mm。在两根H型钢链接处，采用双撑。
其中K6＋360～K6＋450设四道支撑，第一道支撑位于钢板桩下400mm，第二道支撑位于干渠顶板上方400mm、第二道支撑位于第一道支撑下方1.6m、第三道支撑位于干渠底板上方600mm。在两根H型钢链接处，采用双撑。
基坑支护示意图（第一道支撑）
基坑支护示意图（第二、三道支撑）
（3）钢楔、钢垫设置
为防止过程中，受土质、地下水、工艺施工特点等的影响，可能会发生屈曲、扭转、倾斜、凸凹等现象，钢板桩不能完全保证直顺，在钢板桩的内支撑H型钢（腰梁）与部分钢板桩不能完全接触，需加钢楔、钢垫等、斜撑等辅助支撑，如下图所示。
（4）围檩、角撑和剪刀撑的设置
为加强拉森钢板桩的整体刚度，沿钢板桩墙面全长设置围檩，围檩用H型钢（400×400×13×21）组成，在纵断面上用钢板（400×400×12）与H型钢、钢板桩焊接链接。在两根H型钢接头处用槽钢焊接链接。沿干渠走向每隔25～30m左右设置一道剪刀撑，剪刀撑采用Φ500×14无缝钢管，如变形较大，适当加密。
四、钢板桩支护结构施工
1、工艺流程
测量放线→打钢板桩→第一层土方开挖→第1层内支撑安装→第二层土方开挖→第2层内支撑安装→第三层土方开挖→第3层内支撑安装→人工清理基底淤泥及桩间土→垫层砼→主体结构施工→拆除支撑→回填土方→拔出板桩
2、钢板桩施工
2.1 钢板桩吊运及堆放
装卸钢板桩宜采用两点吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，注意保护锁口免受损伤。钢板桩应堆放在平坦而坚固的场地上，必要时对场地地基土进行压实处理。在堆放时要注意：
①堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便；
② 钢板桩要按型号、规格、长度、施工部位分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；
③钢板桩应分别堆放，每层堆放数量一般不超过5根，各层间要垫枕木，垫木间距一般为3～4m，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2m。
2.2 钢板桩的插打
施工机械采用25T汽车吊，配合KATO-1250履带式打桩机施工。
①单桩打入法以一块或两块钢板为一组，从一角开始逐块插打，直至工程结束，这种打入方法施工简便，可不停顿地打，桩机行走路线短，速度快。但单块打入易向一边倾斜，误差积累不易纠正，墙面平直度难控制。先用吊车将钢板桩吊至插点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽，轻轻加以锤击；
② 在打桩过程中，为保证钢板桩的垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制；
③ 为防止锁口中心线平面位移，可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板桩的位置，以便随时检查校正；
④ 开始打设的一、二块钢板桩的位置和方向应确保精度，以便起到样板导向作用，故每打入1m应测量一次，打至预定深度后应立即用钢筋或钢板与围檩支架焊接固定。
⑤钢板桩的转角和封闭合拢。由于板桩墙的设计长度有时不是钢板桩标准宽度的整数倍，或板桩墙的軸线较复杂，或钢板桩打入时倾斜且锁口部有空隙，这些都会给板桩墙的最终封闭合拢带来困难，采用轴线修整法解决。
轴线修整法通过对板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整，实现封闭合拢，封闭合拢处最好选在短边的角部。具体作法如下：
① 沿长边方向打至离转角桩约沿有8块钢板桩时暂时停止，量出至转角桩的总长度和增加的长度；
② 在短边方向也照上述办法进行；
③ 根据长、短两边水平方向增加的长度和转角桩尺寸，将短边方向的围檩与围檩桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核对无误后再将围檩和围檩桩重新焊接固定；
④ 在长边方向的围檩内插桩，继续打设，插打到转角桩后，再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩；
⑤ 根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打，最后一块封闭合拢的钢板桩，设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。
3、土方开挖
土方开挖应配合三层内支撑的安装分四次进行出土，每个工作面采用长臂挖机于基坑顶作业，考虑到：长臂挖机旋转速率小，装土速度慢；要配合内支撑施工，挖土效率大大降低；土方直接堆放在基坑会对内支撑施加巨大侧压力，影响基坑支护安全，土方必须全部外运。经计算，每台长臂挖机每小时出土量约30m3，夜间施工时出土量更少。由于以上原因，每工作面配备1m3斗容量长臂挖机2台，运土车辆6台，24小时不间断施工。
第一次掘土，从自然土面向下挖至第一层内支撑安装位置；这层土采用普通挖掘机挖掘，采用自卸车辆运土。施工时，挖掘机位于基坑顶中间后退开挖，考虑到要配合第一道内支撑施工以及夜间施工的降效因素（效率降低约一倍），每工作面配备1台斗容量为2m3的挖掘机挖土，配备8台自卸车辆运土至弃土场。
第二次掘土，从第一层内支撑安装位置向下挖至第二层内支撑安装位置；这层土采用长臂挖机挖土，自卸车辆运土。每工作面配备1m3斗容量长臂挖机2台，运土车辆6台，24小时不间断施工。
第三次掘土，从第二层内支撑安装位置向下挖至坑底，并预留人工清理土层厚度约80cm。次层土层施工机械配备同二层土。
第四次掘土，人工清理基底淤泥、桩间土，清除桩间土之后由人工破除桩头，集中由长臂挖机装土，自卸汽车运至弃土场。此工序功效最低（只为正常功效的1/4），施工机械降效最大，必须配备足够的人员及施工机械。考虑以上因素，计划每工作面每班配备壮工40人，配备长臂挖机2台，配备自卸汽车4台，24小时不间断施工。
由于本施工段有部分已按照原设计支护方案完成了部分混凝土灌注支护桩（单排、双排连续、不连续的钢筋砼桩），给钢管水平支撑施工带来严重困难，同时为保证混凝土支护桩和钢板桩在土方开挖中不糟挖土机破坏，在钢筋砼桩预留焊接H型钢作业面，基坑支护侧壁预留1500mm宽，人工清挖。
4、内支撑安装
基坑内侧由上至下共设置3层围檩及内支撑和角撑，围檩采用热轧宽翼缘350×350×12×19H型钢，内支撑与角撑采用Φ485、Φ325无缝钢管、壁厚10mm。第一层位置为基坑顶往下1.8m，第二层距第一层2.4m，第三层设置在距基底1.5m位置。内支撑施工必须与土方开挖工作紧密配合，确保基坑支护的安全，每工作面配备25吨汽车式起重机2台，高级电焊工8人，安装工10人，24小时不间断施工。
5、基坑排水降水措施
5.1基坑止水
主要以钢板拉森桩阻水，其余渗透水主要以明沟梳理，积水井点抽水排放。
5.2基坑降水
根据地勘资料，本施工段场地地下水位为-0.50m，现场局部开挖施工过程中可见有地下水涌出，部分箱涵褥垫层底部土方开挖将揭露②T粉砂，③A粉质粘土夹砂层，为防止管涌和流砂出现，同时避免坑内降水过度引起坑壁土体沉降，必须采取基坑降水措施，根据规范要求，需要将地下水降至基底以下。降水井采用机械钢管孔滤网管井，机械成孔直径500，钢管井内空直径325mm。降水管井设置范围K11+660——K12+240，根据地勘报告，其余里程因箱涵底板在泥炭质土和淤泥质粘土层，有隔水作用可暂不考虑降水井设置。
箱涵坑槽外降水管井：沿渠道基坑两侧隔隔10m分别设置降水管井，坑槽两侧梅花布置，井位置距開挖线4.5米，K11+660——K12+040井底标高控制为1877.00，K12+040——K12+240井底标高控制为1879.00,各级井点先预抽水2天后开始挖土。具体作法如下图所示：
5.3 箱涵坑槽内级坑槽顶排水
做好施工临时排水设施，基坑开挖前在上方做截水沟，原地面排水，但不得流入农田等造成破坏，要结合永久性排水设施进行。沿基坑开挖面放好开挖边线，基坑边表土卸载5000宽，在基坑顶部沿开挖边线8m沿线做300×300C15混凝土排水沟，每隔60米设一1000×1000×1200集水井。用以拦截地表水及管井抽水排入，排水采用出水口管径100mm动力污水泵，。基坑顶与基坑内的排水沟和集水井的布置见基坑钢板桩支护平面布置图中所示。
在基坑开挖前，沿开挖边线外5m距离布置轻型井点降水，降水井采用人工挖孔桩成孔，孔径1.1m，孔深10m，间距沿干渠基坑纵向10m一个设置。
五、经济分析
1、采用IV拉森钢板桩每公里的成本费用
（1）每公里的IV拉森钢板桩工程量（IV拉森钢板桩宽度0.4m，每米重量76.1kg）
（1000/0.4）×2×12×0.0761=4566T
（2）每吨IV拉森钢板桩成本费用
钢板桩打拔费：1150元/T
钢板桩租赁费：12元/天×60天=720元/T
钢板桩往返运费（从北京到昆明）：0.4元/T.km×2982 km×2=2385.6元/T
钢板桩卸车及装车费：10元×4次=40元/T
钢板桩损耗：7500×1%=75元/T
合计：4370.6元/T
（3）每公里的IV拉森钢板桩成本费用
4566T×4370.6元/T=1995.6元/ km
2、如采用回旋成孔灌注桩及高压旋喷桩每公里的成本费用为：3410.1万元/ km。
3、通过采用IV拉森钢板桩每公里成本可节约3410.1-1995.6=1414.5万元/ km。
六、结语
该工程基坑施工正处昆明雨季，滇池区域地基属软弱土层地基，深基坑，土体含水率极高，土体稳定性差，支护工程量极大、难度高；地下水丰富；基坑土方开挖，开挖量大，运距长（约3km），采用加长臂（21m以上）挖掘机挖土。经过项目部精心策划、结合实际编制《基坑支护专项方案》，并严格按专项方案实施，全过程实施监控，基坑变形各项指标均小于预期控制指标范围内。在公司领导、项目部全体员工的共同努力下，提前2天圆满完成了合同目标干渠工程施工任务，创造了一个工期奇迹。施工期间未发生安全生产事故及质量事故，多次受到省、市政府及各界人士好评。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。