路桥工程基坑钢板桩支护技术的应用

金鑫

中国铁建港航局集团有限公司 广东 珠海 519000

随着城市化进程的不断推进，路桥工程在城市发展和交通建设中起到了至关重要的作用。在路桥工程的建设过程中，基坑的开挖和支护是一个重要且常见的任务。为了确保施工安全和结构稳定，基坑支护技术变得越来越关键。在基坑支护技术中，钢板桩支护技术凭借其优异的性能和灵活性成为了一种广泛应用的解决方案。基坑钢板桩支护技术通过在土壤中插入预制的钢板桩来支撑和保护基坑壁面，有效地控制了土壤的位移和变形，提供了稳定的工作环境。这种技术在许多路桥工程项目中得到了广泛应用，包括道路隧道、桥梁墩台、地下通道等。

1 基坑钢板桩支护技术概述

1.1 技术原理

基坑钢板桩支护技术是一种通过在土壤中插入预制的钢板桩来支撑和保护基坑壁面的施工方法，能够提供可靠的基坑壁面支撑和土壤侧限制，保护工作区域的安全，同时提供一个稳定的施工环境。首先，钢板桩是基坑钢板桩支护技术的核心元素，钢板桩通常由高强度钢材制成，具有一定的刚度和承载能力。其形状可以是直板、Z型板或U型板，根据实际施工需求进行选择。钢板桩的长度和间距根据基坑深度、土壤条件和工程要求进行设计，以提供足够的支撑力和稳定性。钢板桩通过在土壤中插入形成一定的侧限制力，使土壤在桩周围形成一种被限制的状态，这种限制力可以有效地抵抗土壤的位移和变形，防止基坑壁面塌方和土壤的涌入。钢板桩的第一层主动土压系数表示为：

钢板桩受到的第一层土压力，地下水以及地面附加载荷产生的水平载荷表示为：

第一次土的高度为0-3.4米，σa1上和σa1下则分别为基板上下部分所受到的水平载荷。为了增强钢板桩的支撑效果，通常在顶部设置锚杆或锚梁来形成一个稳定的整体结构。锚固系统通过将钢板桩与地下锚固点相连接，使钢板桩承受来自土壤侧压力的力量，并将其传递到锚固点，从而增加整个支护系统的稳定性和承载能力[1]。除了钢板桩和锚固系统外，基坑钢板桩支护技术还可以结合其他辅助支撑措施，如支撑梁、水平支撑桩等，以增强整个支护系统的稳定性和安全性。

1.2 技术优势

基坑钢板桩支护技术在路桥工程中具有明显的技术优势，包括强大的承载能力、灵活性和适应性、高施工效率、成本效益和环境友好性：

（1）强大的承载能力：基坑钢板桩具有高强度和刚度，能够承受较大的土压力和荷载。其稳定性和抗变形能力使其能够有效支撑和保护基坑壁面，确保施工过程中的结构安全。

（2）灵活性和适应性：基坑钢板桩支护技术适用于各种土质和地质条件，包括软土、黏土、砂土等。不同形状和规格的钢板桩可以根据具体工程要求进行选择和组合，以满足不同地质条件下的支护需求[2]。此外，该技术还可以与其他支撑措施相结合，增强整体支护效果。

（3）施工效率高：基坑钢板桩支护技术施工简便快速。预制的钢板桩可以通过振动或打入的方式迅速安装，节省了施工时间。与传统的混凝土支护相比，基坑钢板桩支护技术可以显著缩短施工周期，提高施工效率。

（4）成本效益：由于基坑钢板桩支护技术的施工速度快、操作简便，因此可以降低施工成本。此外，预制的钢板桩可以进行重复使用，提高了资源的利用率，从而进一步降低了总体成本。

（5）环境友好：基坑钢板桩支护技术相比传统混凝土支护，减少了对环境的影响。施工过程中产生的噪音、振动和土方开挖量都较少，对周围环境和居民的干扰较小。

1.3 基坑钢板桩密封

钢板桩密封是基坑钢板桩支护技术中至关重要的一环。其主要目的是为了防止土壤和水的渗入，确保基坑内部的稳定和干燥。在施工过程中，钢板桩的密封工作至关重要，需要采取适当的措施来保障支护系统的效果和施工安全。

常见的钢板桩密封方式是土壤密封，这种方法使用特殊的密封材料，如聚氨酯泡沫、膨润土或泡沫混凝土等，填充钢板桩与土壤之间的空隙，形成一个有效的密封层。这样可以有效地防止土壤的渗入，增强钢板桩的密封性，确保支护系统的稳固性。另一种常见的密封方式是混凝土衬砌，在钢板桩的外侧进行混凝土衬砌，形成一道坚固的保护层。混凝土衬砌不仅可以增强钢板桩的稳定性，还能有效地防止水的渗透，提供额外的防护措施。

2 基坑钢板桩支护技术的设计与施工

2.1 设计原则

基坑钢板桩支护技术的设计是确保支护系统能够稳定、安全地承受土压力和荷载的关键。在设计过程中，第一步是进行土力分析，确定土壤的性质和力学参数，包括土的抗剪强度、内摩擦角和土壤侧压力。这些参数将直接影响到钢板桩的尺寸、间距以及锚固系统的设计[3]。钢板桩的设计需要根据土壤条件、基坑深度和工程要求进行合理设计。钢板桩的尺寸、型号和间距应考虑土壤侧限制力的要求，确保其具备足够的刚度和承载能力。此外，钢板桩的长度应根据基坑深度和土壤的不稳定性来确定。设计中还需要考虑锚固系统，以增强整个支护系统的稳定性。锚固系统的设计应满足土壤侧压力的需求，确保系统的稳定性和安全性。锚固点的选取、锚杆或锚梁的布置方式以及锚固力的传递方式都需要综合考虑。设计过程中还应考虑防水与排水问题。合理的防水措施和排水系统能够有效防止水的渗透和积聚，保证基坑内部的干燥和稳定。

2.2 施工步骤

（1）前期准备：在施工前，需要进行详细的施工方案制定和施工准备工作。这包括对基坑土壤条件和地质情况进行调查和分析，确定施工方案、设计施工序列，并准备所需的材料、设备和人力资源。

（2）钢板桩安装：在施工现场，根据设计要求和施工方案，使用合适的振动或打入设备将预制的钢板桩逐根安装到土壤中[4]。安装过程中需要保证钢板桩的垂直度和位置的准确性，确保其能够有效地支撑基坑壁面。

（3）锚固系统安装：钢板桩安装完成后，根据设计要求，在顶部设置锚杆或锚梁来增加支护系统的稳定性。锚杆或锚梁通过连接钢板桩和地下锚固点，将土壤的侧压力传递到锚固点，增强整个支护系统的承载能力。

（4）辅助支撑安装：根据需要，可以安装支撑梁、水平支撑桩等辅助支撑措施，以增强基坑的整体稳定性。辅助支撑的安装需要根据设计要求进行，确保其与钢板桩和锚固系统的协调配合。

（5）监测与调整：在施工过程中，需要进行实时的监测和调整。通过监测基坑变形、钢板桩位移、土压力等参数，可以及时发现问题并采取相应的调整措施，以确保支护系统的稳定性和安全性。

（6）完工验收：施工完成后，需要进行工程的完工验收。包括对基坑支护系统的质量和安全性进行检查和评估，确保其符合设计要求和相关标准，以及满足工程的要求。

2.3 施工中的注意事项

在基坑钢板桩支护技术的施工过程中，有一些重要的注意事项需要特别关注。施工人员应接受相关的培训，了解基坑钢板桩支护技术的操作规程、安全注意事项和施工要求。他们应熟悉设备的操作和维护，掌握正确的施工方法和技巧。在施工现场，需要严格遵守安全规范和防护措施。施工人员应佩戴符合要求的个人防护装备，如安全帽、安全鞋、防护眼镜等。施工现场应设置明显的安全警示标识，确保施工人员的安全。

施工前需要对振动设备、钢板桩和锚杆等施工设备进行检查和维护。确保设备的正常运行和安全性能。定期进行设备的维护保养，及时修复设备故障。在施工过程中，需要根据实际土壤情况采取相应的土壤处理措施。例如，在遇到软土或湿润土壤时，可以采用土壤加固措施，如灌浆或混凝土衬砌，以增加基坑的稳定性。还应进行实时的监测和记录，通过测量位移、土压力和水位等参数，了解基坑的变形和变化情况。监测数据的记录和分析有助于及时发现问题并采取相应的调整措施。

对于需要面对高水位环境的基坑钢板桩支护施工，需要做好水位控制工作。通过设置泵站和排水系统，保持基坑内部的水位稳定，并及时排除积水，以确保施工的顺利进行。施工过程中，需要严格按照设计要求和施工规范进行操作，确保基坑钢板桩的安装质量和锚固系统的稳定性。定期进行质量检查和验收，确保施工质量符合要求。

3 基坑钢板桩支护技术的应用案例

3.1 桥梁项目中的基坑钢板桩支护技术应用

（1）案例背景：在某城市的一座新建桥梁项目中，由于地质条件复杂，施工区域涉及软土和黏土等多种土质，且基坑深度较大。为确保施工过程的安全和高效，决策团队决定采用基坑钢板桩支护技术来解决基坑开挖和土壤侧压力的问题。

（2）技术应用过程：在设计阶段，进行了详细的土力分析和工程参数调研。基于土壤性质和工程要求，确定了钢板桩的尺寸、型号和间距。同时，设计了锚固系统的布置和锚固点的选取，以提供额外的支撑和稳定性。在施工前，准备了施工所需的钢板桩、振动设备、锚杆和锚梁等材料和设备。对施工现场进行了清理和平整，确保施工的顺利进行。使用振动设备，将预制的钢板桩逐根安装到土壤中。根据设计要求，控制钢板桩的垂直度和位置，确保其与周围土壤紧密接触，并提供稳定的支撑作用。

在钢板桩安装完成后，按设计要求安装了锚杆系统。锚杆通过连接钢板桩和地下的锚固点，增加了支护系统的整体稳定性。通过适当的锚固力传递，确保土壤侧压力能够有效地分散和承担。在施工过程中，进行了实时的监测和调整。通过测量钢板桩的位移、土壤压力以及基坑变形等参数，及时发现并解决施工中的问题，确保支护系统的稳定性和安全性。

（3）效果评价：经过基坑钢板桩支护技术的应用，该桥梁项目取得了显著的成果和效果。基坑钢板桩支护技术提供了可靠的支撑和侧限制，有效控制了土壤的位移和变形，保障了施工区域的结构稳定。相比传统的混凝土支护方法，基坑钢板桩支护技术施工速度更快，减少了施工时间。这大大提高了施工效率，缩短了施工周期。基坑钢板桩支护技术的施工过程简便，所需材料和设备较少，从而降低了施工成本。此外，钢板桩的可重复使用性也减少了资源的浪费。基坑钢板桩支护技术施工过程中产生的噪音、振动和土方开挖量较少，对周围环境和居民的影响较小，有利于环境保护。

3.2 复杂环境下基坑钢板桩支护技术应用

（1）案例背景：在某城市的道路隧道施工项目中，遇到了复杂的地质条件和高水位的挑战。为了安全地进行基坑开挖和施工，决策团队选择了基坑钢板桩支护技术，并针对不同环境进行了相应的调整。

（2）技术应用过程：在设计阶段，进行了详细的环境调查和土质分析。考虑到高水位和地下水压力，设计团队采取了相应的防水措施，并调整了钢板桩的设计，以确保其与地下水的有效隔离和支撑效果。在施工前，准备了适应高水位环境的施工材料和设备，包括具有良好防水性能的钢板桩、防水材料、泵站设备等。同时，对施工现场进行了水位控制和地面排水的安排。在施工现场，根据设计要求，使用适应高水位环境的振动设备将钢板桩逐根安装到土壤中。钢板桩的设计和尺寸经过调整，确保其与地下水的隔离效果，并提供稳定的支撑作用。

在钢板桩安装完成后，根据设计要求安装了适应高水位环境的锚固系统。防水锚杆或锚梁通过连接钢板桩和地下的锚固点，增加了支护系统的稳定性和防水效果。在施工过程中，进行了实时的水位监测和支护系统的监测。根据监测结果，及时调整和排水，确保基坑内部的水位控制和支护系统的稳定性。钢板桩的第一层主动土压系数为：

钢板桩受到的第一层土压力，地下水以及地面附加载荷产生的水平载荷为：

效果评价：通过基坑钢板桩支护技术的应用，该道路隧道项目取得了良好的效果和适应性。基坑钢板桩支护技术在应对高水位环境方面表现出色，通过防水措施和设计调整，有效地隔离了地下水和施工区域，保障了施工的安全和顺利进行。基坑钢板桩支护技术提供了稳定的基坑壁面支撑和土壤侧限制，钢板桩与防水锚固系统的协同作用确保了支护系统的稳定性和安全性。通过合理的施工方案和适应高水位环境的准备工作，基坑钢板桩支护技术大大提高了施工效率。能够在高水位环境下快速安装和调整支护系统，减少施工时间和成本。通过实时的水位监测和调整，确保基坑内部的水位控制和排水畅通。基坑钢板桩支护技术有效地减少了地下水对施工的干扰，为施工提供了干燥、稳定的工作环境。

4 总结

基坑钢板桩支护技术是一种在路桥工程中应用广泛的支护方法，通过插入预制的钢板桩来支撑和保护基坑壁面。本文通过对该技术的概述、技术优势、设计原则和施工步骤的介绍，以及实际应用案例的分析，展示了基坑钢板桩支护技术的重要性和应用效果。基坑钢板桩支护技术具有强大的承载能力、灵活性和适应性，可以适用于各种土质和地质条件。它具有施工效率高、成本效益好、环境友好等诸多优势，能够确保施工过程的安全性和高效性。

在设计过程中，需要进行土力分析、钢板桩和锚固系统的设计，考虑防水与排水等因素，以确保支护系统的稳定性和安全性。而在施工阶段，需要进行前期准备、钢板桩安装、锚固系统安装、辅助支撑安装以及监测与调整等步骤，以保证施工质量和效率。通过案例分析，可以看到基坑钢板桩支护技术在实际工程中的应用效果。不论是面对复杂的地质条件还是高水位环境，该技术都展现出了良好的适应性和支护效果。随着技术的不断发展和完善，相信基坑钢板桩支护技术将在未来的工程中发挥更大的作用，为路桥工程的安全和高效施工提供持续的支持和保障。