海边细砂层深基坑钢板桩支护与坑内轻型真空降水质量控制

官兆根 韶关市第一建筑工程有限公司

1.项目背景及地质情况

外罗风电项目由中国能源集团投资30亿元，装机总容量30万KW，其中陆上集控中心项目包括GIS楼、无功补偿楼、综合楼、水泵房四个单体建筑，距离海边仅480米，细砂层地质，地下水水头高。GIS配电楼筏板基础，厚度1.2m，垫层底标高-6.7m。GIS楼含有地下室，在细砂层开挖7m深基坑，基坑开挖施工难度大。地质条件：第一层细砂质重粉质壤土（Q4）灰白色，深度1.5m，第二层流砂状态为近期冲积含水砂层，厚度为2～5m，底层以下6.5～25m，多为含水粉细砂层，土层黏粒含量极小，黏结力极差，渗透系数1.5×10-3cm/s-3.5×10-3cm/s,涨潮时有压力水。

2.拉森钢板桩支护参数确定（以GIS楼为例）

钢板桩顶面高程：退潮时，地下最高水位相对于设计地面-1.75米，涨潮时，相对于设计地面-1.2米，潮涨潮落水位差 0.55米，钢板桩顶高出涨潮时水位0.7米，顶标高设置在-0.5米（离设计地面），见图1。

图1 GIS楼支护平面示意图

钢板桩底标高及桩长的确定：垫层底标高-6.7m，经验算钢板桩采用12米长的拉森NSP-IV钢板桩。钢板桩底标高为-12.5m，经验算符合抗倾覆要求。

钢板桩支护平面尺寸确定：考虑地下室模板施工操作空间，基坑内设排水明沟，所以钢板桩支护范围较地下室剪力墙长宽尺寸大1.3米，即32.6m×67.4m，见图2。

图2 GIS楼基坑支护立面图

钢板桩支护设计：通过应力分析，本支护设一层内支撑，内支撑包括：围檩、顶层支撑、斜支撑、Ф300厚6mm钢管支撑。

3.钢板桩支护施工工艺流程

（1）在施工范围内，第一层砂土开挖至-0.5米处。（2）清理钢板桩→测量放样→安装内导向框→插打定位钢板桩。每根钢板桩都要安放磁性止水条，确保止水条随钢板桩打入。（3）开挖第二层基坑砂土，开挖至-1.5m即地下水位顶面。（4）设置内支撑围檩、顶管支撑、斜支撑。（5）设置坑内真空降水管，降低地下水到-4.5m标高。（6）挖砂土到-4.5m标高，暂停开挖，重新布置真空降水。（7）降水到-7.3m时，持续保持降水，水位保持在-7.3m以下，开挖至垫层标高-6.7m处。内有侧壁渗漏，坑底明沟设间隔性清水泵排水。（8）工艺流程：浇筑砼垫层→筏板钢筋绑扎→支模板→筏板砼浇筑→剪力墙施工到-0.5m→施工25cm正负板完成→拆除真空降水→拆除钢板桩。

4.钢板桩施工时防渗漏措施

图3 平面布置示意图

钢板桩自身锁口的质量和桩身是否完整，材料必须经过外观验收，如发现桩身存在裂缝、孔洞，采用钢板进行焊接补漏；锁口验收用一块长3.0米且锁口标准的钢板桩，对所有钢板桩做锁口检查，不顺直或间隙大的及时调整，不合格的不能使用。本工程有一半新的钢板桩，部分旧的按照上述办法调整。

钢板桩再怎么精心组织施工都可能存在渗漏点，且随着基坑开挖越深漏水点的压力越大。如何止水是个重要的问题，能否截水止水是保证坑内施工，钢板桩的稳定的重要环节。钢板桩磁性止水条为柔性材料制成的条状体，该条状体内沿止水条方向嵌设有磁性体，具有自粘性的橡胶止水条，视渗漏水量的大小，截5#、10#等边角钢，按漏点测量长度加长80-100cm，沿渗漏段贴上磁性止水条，用角钢将其扣在锁口渗漏段，将角钢用水下焊条焊接在钢板桩上即可封堵。

因钢板桩施工前验收不仔细，桩身上存在小孔漏水，从小孔向外填塞部分棉絮或塑料薄膜先将水堵住，然后切割一块钢板，采用水下焊条，将其焊接在桩身上即可封堵。

5.真空降水在基坑内降水应用

本项目基坑开挖至地面1.5米以下，即见地下水，且有潮起潮落的压力水，地勘资料表明在20-30米内都是粉质细砂层，选用基坑内真空降水的方案。

5.1 水环式真空降水的设备及原理

设备：真空泵，电机功率1.1kw，扬程高度15m，口径Ф50～Ф75，本项目采用Ф50，软管口径Ф50，PVC管Ф50，软管两端按口径50直接头，一头接真空泵，一头接硬PVC管。PVC管一般规格长6m。本项目要降水位到-7.2m以下，采用一根半（即9m插管）中间用直接头接长3m，无盖油桶一个。

5.2 水环式真空泵工作原理

水环式真空泵叶片的叶轮偏心地装在圆柱形泵壳内，泵内注入一定量的水，叶轮旋转时，将水甩出泵壳形成一个水环，环的内表面与叶轮轮毂相切。由于泵壳与叶轮不同心，右半轮于水环间的进气空间逐渐扩大，从而形成真空，由进气管进入泵内进气空间，随后气体进入右半部，由于毂环之间容积被逐渐压缩而增高了压强。于是气体经排气空间及排气管被排至泵外。

将自来水灌入无盖水桶，将真空泵泵头灌满水，一头伸入油桶中抽水，一头连接软管，软管连接制作好的6m长的硬PVC管，将泵头灌满水启动抽水开关，从桶内抽出水，从硬PVC管中出来形成压力水。将硬PVC管竖直在需插入的位置，通过水力冲开细砂，把管不断压入地层，直至6mPVC管全部送入砂层中，施工开挖到4.5m时，暂停施工，第二次接管3m，依上述办法把PVC管送入砂层。依次可将全部9m的PVC管插入砂层中。

5.3 真空降水管的施工工艺

拉森钢板桩及内支撑施工完成后，沿钢板桩基坑内周边每3米宽设置一根Ф50的PVC管。平面布置示意图见图3。

三根竖管连接一台真空泵，再连接基坑外环周边Ф150 PVC大管至排水沟，在各泵头灌满水后即可启动每台泵真空排水，如水位无法降到位，再在基坑四周对称增加真空泵和竖管，直到水位降至要求，稳定水位后，停止增加真空泵及排水竖管。工艺流程：场地平整→测量定位→利用真空泵压力水成孔放管→连接水平管→真空泵灌水抽水试验→验收→观测水位。

6.结语

在细砂压力水层施工钢板桩，最突出的难题是解决钢板桩之间的渗漏问题，必须保证在开挖过程中少渗水。一是要重视挑选修复钢板桩；二是使用磁性止水条。开挖深度越大，渗漏的可能性越大，在施工钢板桩时，必须保证钢板桩的垂直度，出现渗漏情况，及时安装磁性止水条，不能等钢板桩外侧渗空才去安装，保证基坑内侧钢板桩少渗漏，是能否顺利开挖的关键。

降低基坑底水位是能否继续开挖的关键，真空泵降水操作方便简单，降水效果快速。钢板桩与真空泵结合使用，在许多海边细沙淤泥粉砂土层地域有较大的使用空间。实践证明，在超厚粉细砂层基坑施工中，使用钢板桩支护与真空降水相结合的方法，可以大程度的简化施工工艺。此项施工方法值得推广运用于海边江河滩地的深基坑工程。