钢板桩支护体系在深基坑中的应用

林 建 洪

(福建 厦门 361000)

0 引言

随着各个城镇的基础设施和高层建筑不断出现,基坑开挖场地空间愈来愈小,垂直开挖基坑深度愈来愈深和基坑规模愈来愈大等特点。许多施工场地达不到较经济放坡开挖要求,尤其是在施工过程中需要穿越周边建筑物及地下管道设施,若没有采取合理的支护,同时确保施工的安全质量进度，则会影响到周边建筑物的安全，破坏到周边的生态环境和影响工期。因基坑支护造价较高,沿基坑周边每米需万把元。在确保安全可靠、施工工艺相对简单、提高施工效率的基础上,依据不同的水文地质和施工技术要求、现有的机械设备,选择经济合适的支护设计方案,始终是深基坑支护需探讨的主题。钢板桩支护是应用新型环保建筑材料和施工技术，普遍应用于防洪塌方、市政地下水管、防波堤岸、抢险、防渗墙、水闸、建桥围堰等工程，具有以下的优点[1]：

1)强度高、轻型，隔水性较好、重复使用利用率高。

2)施工具有良好的环保优势，减少了土方开挖和回填土量，同时减少混凝土的使用量，最大限度减少对土地的扰动，有效地保护周边生态环境。

3)施工简单，工期缩短，建设费用较省；对场地和空间的要求低，不受天气条件的制约。

钢板桩位移较小，能较好保证安全，施工工艺比较成熟，工期快又容易保证，造价费用较低，性价比较高。下面列举漳州某大型项目的支撑体系在深基坑工程中的实际应用,供同业参考。

1 工程基本概况

一工程总建筑面积114 886.2 m2，含地下室19 811.5 m2，上部建筑面积为95 074.7 m2，包含会所、地下1层、地上由4栋18层、4栋28层建筑组成。由于两面有高层建筑，一面市政道路。基坑开挖至承台垫层底,至淤泥层,基坑拟定开挖深度为4.650 m～5.520 m,基坑面积约为19 030 m2,土方量约为96 771 m3。由于周围有重要建筑物及市政设施,情况较为复杂，因距离比较靠近且不允许土体位移及周围地面沉降变形。所以基坑支护采用上部卸载,HUC钢板桩加锚索、局部角撑联合支护体系。

2 工程地质条件

1)素填土:人工回填土。灰黄或褐黄色,稍湿～饱和，成分以粘性土为主,碎石等硬质物含量约占5%～10%。层厚为0.90 m～2.00 m。

2)耕土:原地耕作土。灰褐或灰色等,松散,很湿～饱和,主要成分为粘性土及粉细砂,含有较多的植物根茎。层厚为0.30 m～2.10 m。

3)淤泥:深灰～灰黑色,饱和,流塑。层厚为4.60 m～17.20 m。

4)粉质粘土:褐黄色或灰白色等,饱和可塑,局部为硬塑。厚度为8.10 m～32.90 m。

5)残积砂质粘性土:灰白色、黄褐色或灰黄夹白色等,饱和可塑～硬塑,层厚为3.20 m～19.50 m。上层滞水主要赋存在素填土层及耕土层中,该孔隙连通性、渗透性因颗粒组成的不同而差异性较大,水量总体一般。

3 支护方案论证

该工程对工期要求较严格,三面主要为钢板桩+内撑联合支护方案，顶部用土钉墙喷锚配合；另一面(与构建物较宽处)为土钉墙喷锚。

1)放坡开挖加土钉墙喷锚挂网:该方案造价较低,但变形较大且存在安全系数较低,适用场地开阔，周围无重要建筑物的工程,本工程临近有旧建筑物的安全，受场地限制,无法放坡,不予采用。

2)地下连续墙：刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护形式，适用地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但由于造价高，施工要求专用设备，不予采用。

3)冲(钻)孔围护桩加重力式水泥土墙:墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小，该方案虽然安全度高,但造价偏高,施工中有大量泥浆排出,容易引起污染,工期偏长,不予采用。

4)钢板桩加内支撑围护结构:此方案在钢板桩顶部设置冠梁,且在角部和基坑横向用钢管做内支撑；在危险较小处的钢板桩后设置锚索。整体支护结构强度高,稳定性好，基坑开挖时坑体变形小,保证了安全;技术工艺又快又成熟,施工相对简单,工期可大大缩短;基础工程及地下室施工完成后可将钢板桩拔出,钢板桩回收循环利用率高,造价相对较低,性价比高,所以决定采用此方案[2]。

4 基坑支护设计要点

1)由于基坑开挖深度为4.650 m～5.520 m,基坑安全等级定为二级。重要性系数Y=1.0，本工程采用上部卸载,HUC钢板桩加锚索、局部角撑联合支护体系,用理正深基坑支护结构软件进行设计,符合JG 20—99建筑基坑支护技术规程[3]。

2)采用上部卸载结合HUC钢板桩加锚索及水泥土搅拌桩被动区加固进行支护,场地标高为3.600 m,上部放坡坡面喷射50 mm厚C20喷射混凝土,内挂φ8@300×300钢筋网。坡面下部打入9 m长U12型钢板桩及21 m长H型钢,型钢中间按要求打入1道3×7φ5@1 600锚索。坑内打14排16.5 m长φ500@400水泥土搅拌桩,水泥土搅拌桩与HUC钢板桩间打一排φ500@400单重管高压旋喷桩(施工顺序:先施工组合钢板桩,再施工水泥土搅拌桩,最后施工单重管高压旋喷桩),见图1a)。

3)采用上部卸载结合HUC钢板桩加锚索及钢支撑进行支护,场地标高为3.820 m,上部放坡坡面喷射50 m厚C20喷射混凝土,内挂φ8@300×300钢筋网。坡面下部打入9 m长U12型钢板桩及15 m长H型钢,桩间设置φ609×16钢管及H型双拼型钢围檩内撑。围檩下部设置钢牛腿,见图1b)。

4)基坑降排水:在坡顶及坡底设置截水沟,截排水沟截面为500×500,截水沟侧面采用120厚MU10砖砌筑,沟底采用60 mm厚砖砌筑。基坑四周边坡设泄水管,将地下水排入坑内排水沟,再由集水并用水泵排出坑外。

5 施工与监测

5.1 支护系统施工程序及要求

1)必须严格遵守先撑后挖的原则,开槽设置支撑系统。型钢桩与腰梁应紧密接触,当型钢桩与腰梁存在间隙时,间隙应采用钢板塞紧并与围檩焊接。

2)钢板桩安装后,加强钢管挠度观察及应力量测,保证施工安全和四周环境土体的稳定,土方开挖至坑底，立即施工垫层及填槽混凝土。

3)地下室底板(含承台)，填槽混凝土达到设计强度后,方可拆除支撑系统。

5.2 基坑监测

根据地下室基坑支护工程设计:基坑坡顶布置25个水平位移监测点和25个竖向沉降监测点,17个基坑周边建筑物沉降监测点,深层侧向位移监测点9点,地下水位监测点9点。对土方开挖全过程进行严格监测,经过3个月的实际监测数据显示,基坑支护结构在基础与地下室施工阶段的位移是符合规范要求的,主体完成后再次监测也无异常，说明基坑支护体系在方案上的选择是理想的。

6 结语

由于各类地下空间的开发使用，基坑的开挖支护体系显得很重要。场地基础设施的限制,基坑开挖深度愈来愈深,这样使得常规的放坡条件和无支撑围护的结构开挖逐步被有支撑围护开挖所代替。通过多年来对基坑支护施工实践经验总结了以下几点[2]：

1)钢板桩加内支撑围护结构:此方案在钢板桩顶部设置冠梁,且在角部和基坑横向用钢管做内支撑；在危险较小处在钢板桩后设置锚索。支护整体强度高,基坑开挖时坑体变形小,很好地控制坑壁变形，因此基坑支护在方案上选择是理想的。

2)钢板桩常采用静压法施工,工地上无泥浆和少粉尘污染，周边环境少噪声污染,符合环保和绿色施工。

3)进度快质量又容易控制，基础及地下室施工完成后可将钢板桩拔出，重复利用高，造价较低，性价比高。钢板桩对场地和空间的要求低，垂直开挖，场地占用小,不受天气条件的制约。

参考文献：

[1] 谢春萍.钢板桩钢支护结构在深基坑工程中的应用[J].福建莆田皖西学院学报,2004,20(5):75-78.

[2] 廖丽凤.钢板桩+钢钩内支撑体系在深基坑支护中的应用[J].广东科技,2013(13):166.

[3] JCL 120—99,基础基坑支护技术规范[S].