申都设计集团有限公司201514
摘要：本文分析锚拉钢板桩基坑围护工程优点以及难点，以奉贤区某地下车库基坑项目作为案例，分析该地区工程地质情况、土层物理力学参数以及水文情况，并通过工程施工过程中现场监测数据与设计计算过程数据进行比对，认为锚拉钢板桩基坑围护方式在上海郊区浅基坑围护中是基本可行的，但仍需注意其适用性及可靠性。
关键词：锚拉钢板桩；上海郊区；浅基坑
1.前言
随着城市建设的发展，上海地区郊区地下空间的利用也日益频繁。地下空间开发利用离不开基坑围护工程，其围护方式的安全性、经济性对工程建设产生决定性的影响。鉴于上海地区郊区工程场地环境相对简单，基坑开挖深度一般不深，采用锚拉钢板桩基坑围护方式具有一定的借鉴意义。为此，本文以奉贤某地下车库基坑项目作为案例，通过计算模型分析，并与施工过程中监测数据比对分析，以供锚拉钢板桩基坑围护方式在上海郊区浅基坑围护的应用作探讨借鉴。
2.锚拉钢板桩基坑围护优点及难点
2.1优点
锚拉钢板桩基坑围护不仅保有钢板桩本身的优势，同时也具有了锚拉方式的优点。
钢板桩施工具有以下优点：
⑴钢材本身的高质量：具有高强度，轻型，隔水性良好等性能；
⑵具有很强的时效性：搬运便捷，施工简单，工期缩短，施工受天气条件的制约较小；
⑶具有良好的经济性，可重复使用，建设费用相对较低；
⑷具有显著的环保效果，可回收利用，同时大量减少了取土量和混凝土的使用量；
⑸钢板桩的用途非常广泛，在永久性结构建筑上，可用于码头、卸货场、堤防护岸、护墙、挡土墙、防波堤、导流堤、船坞、闸门等；在临时性构筑物上，可用于封山、临时扩岸、断流、建桥围堰、大型管道铺设临时沟渠开挖的挡土、挡水、挡沙等；在抗洪抢险上，可用于防洪、防塌陷、防流砂等。
采用锚拉方式后具有的优点：
⑴采用锚拉方式，基坑内不再使用内支撑，增加了基坑内的施工作业空间，提高了坑内机械施工的工作效率，缩短工期；
⑵采用锚拉方式，可以在锚索上施加预应力，有利于减小基坑变形位移量；
⑶采用锚拉方式，锚索及钢板桩均可回收，不仅环保，同时降低了围护成本。
2.2难点
锚拉钢板桩基坑围护有上述很多优点，但也存在一些应用局限性、难点。
⑴锚索浅埋于地表，一般为一道，故锚拉钢板桩基坑围护方式只能应用于浅基坑；
⑵锚索长度较长，坑外所需空地比较大，且容易超出用地红线范围，需要与周边协调；
⑶钢板桩拼接容易产生变形差异，可能导致锚索受力不均，故应控制锚索变形差异，以防止相邻锚索受力突变。
3.工程概况
奉贤某地下车库基坑项目，基坑面积约为2798m2，周长约为265m。工程场地整平后绝对标高+4.250m(吴淞高程)，开挖深度为5.15m，基坑中局部深坑开挖深度为5.90m。
基坑东侧、南侧及西侧均为空地，北侧为新修道路，周边环境相对比较简单，无特殊保护要求。
3.1工程地质情况
根据勘察报告，工程场地为空地且已经整平，地势较为平坦，整平地面标高一般为4.25m(吴淞高程)，属滨海平原地貌类型。场地地层揭露深度30m范围内，均属第四纪松散沉积物，按其结构特征、时代成因和物理力学性质划分为6大层，详细地层描述如下：
第①层黄褐色素填土，普遍分布，一般厚度为1.0m，以粘性土为主；
第②层褐黄～灰黄色粉质粘土，一般厚度为2.0m，在暗浜分布区变薄或缺失，状态可塑，压缩性中等；
第③层淤泥质粉质粘土：一般厚度为5.5m，流塑状态，压缩性高等，为天然地基的软弱下卧层和压缩层；
第④层淤泥质粘土：一般厚度为9.5m，流塑状态，压缩性高等，为天然地基的软弱下卧层和压缩层；
第⑤层灰色粘土，一般厚度为8.0m，状态软塑，压缩性高等；
第⑥层暗绿色粉质粘土，一般厚度为2.5m，状态硬塑，压缩性中等。
基坑底部坐落于第③层，该基坑开挖影响深度范围内的土层为第①、②、③和④层，基坑开挖时，第③层和第④层淤泥质粘性土具有高含水量、大孔隙比、低强度、高压缩性、低渗透性、触变性和流变性等不良工程特点，这些因素将对基坑围护设计、施工产生不利影响。
3.2水文情况
本场地对工程建设有影响的地下水类型主要有浅层潜水和第⑦1层承压水。
浅层潜水赋存于浅部地层中，潜水位埋深一般为0.3～1.5m，水位受降水、潮汛、地表水及地面蒸发的影响有所变化，年平均水位埋深一般为0.5～0.7m。根据勘察资料，拟建场区潜水水位为地面下0.7m～1.2m，标高为：3.06m～3.63m。
根据上海区域资料，拟建场地位于沿杭州湾地区，第⑦1层承压水水位埋深约3～12m。根据勘察资料，⑦1层层面标高-23.50～-24.79m，经计算(按地面标高为4.25m，承压水最高水头标高为1.25m，⑦1层层面标高取-23.50m，基坑最大埋深5.90m)，抗承压水分项系数γRY＞1.05，该层承压水将不会对基坑开挖造成基坑突涌的可能。
4.设计分析模型
本项目采用拉锚钢板桩作为基坑围护体系，围护桩采用拉森IV型钢板桩，桩长12m，每隔4m设置一个反拉点，每点由5支钢板桩组成，桩长12m，采用Φ28钢筋锚索与帷幕拉森钢板桩相连，构成隔栅式挡土结构，帷幕拉森钢板桩与反拉点钢板桩间距不小于10m。在每个拉锚钢筋锚索施加100kN预应力，以达到减少围护体系位移目的。帷幕拉森钢板桩与反拉点钢板桩都设置一道腰梁，采用H400型钢。
5.计算结果分析
选取基坑的沿宽度方向上的一半建立有限元模型。土体采用高精度的15结点三角形单元来模拟；土体采用弹塑性本构模型，即HardeningSoil（HS）模型；钢板桩、拉锚采用线弹性模型；接触面用折减系数Rinter来描述接触面强度参数与土层的摩擦角和粘聚力之间的关系。
根据上述土层物理力学性质参数，及设计分析模型，经PLAXIS基于HS模型计算。计算结果见下图：
6.监测数据分析
根据对南侧围护墙顶部变形监测数据分析可知，围护墙顶部变形从基坑开挖至施工回填完成历时曲线图上可以看出，基坑土方开挖初期，墙体产生水平向坑内位移变形趋势较为明显，待基坑开挖结束后因后排板桩及锚索的作用与墙后土压力形成平衡，围护墙体位移量趋于稳定。
基坑回填施工完成后，以东南角监测点Q9为例，从墙顶位移历时曲线图可知，垂直位移累计最大值为-19.4mm(下降)，水平位移累计最大值为-46mm(向坑内)。
7.结语
⑴通过模型分析计算与施工过程中监测数据比对分析，奉贤大型居住社区思言小学地下车库基坑项目采用锚拉钢板桩基坑围护方式是可行的，并且计算结果与实际监测数据基本相符。
⑵采用锚拉钢板桩基坑围护方式时，施工时应注意前后排钢板桩的距离决不能小于设计要求，不然有导致基坑边坡整体坍塌的可能。
⑶在满足规划用地红线要求前提下，对于上海地区郊区浅基坑采用锚拉钢板桩基坑围护，其安全性、经济性均是可行的。
参考文献：
[1]桂劲松，孟庆，李振国，张波.基于PLAXIS的板桩结构非线性有限元分析[J].水运工程2011,06:11-14转24.
[2]王卫东，王浩然，徐中华.基坑开挖数值分析中土体硬化模型参数的试验研究[J].岩土力学,2012,08:2283-2290.
[3]王卫东，王浩然，徐中华.上海地区基坑开挖数值分析中土体HS_Small模型参数的研究[J].岩土力学,2013,06:1766-1774.
[4]仇敏玉，张仪萍.考虑刚度非线性软化的修正硬化土模型[J].工程力学,2013,08:78-82.
[5]宋广，宋二祥.基坑开挖数值模拟中土体本构模型的选取[J].工程力学,2014,05:86-94.
[6]刘小丽，马悦，郭冠群，陶韬，周贺.PLAXIS2D模拟计算基坑开挖工程的适用性分析[J].中国海洋大学学报,2012,04:19-25.