鋼板樁在深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用研究★

唐迎春 劉仁周 張永祥

(1.廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院，廣西 南寧 530003； 2.廣西瑞宇建筑科技有限公司，廣西 南寧 530001)

鋼板樁是一種板式支護(hù)結(jié)構(gòu)，通常采用帶鎖口的型鋼相互連接咬合形成連續(xù)的支擋結(jié)構(gòu)墻體，主要用于支擋土和水的作用，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、施工便捷、可拔樁回收循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn)，在市政、水利、港口領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，而在高層建筑的基坑施工中案例較少[1，2]。鋼板樁在填土、粉土等軟質(zhì)土層中施工容易，而在圓礫、硬質(zhì)巖層中樁阻力過(guò)大不易貫入，施工難度大[3]。在廣泛分布的圓礫層、泥巖層的深基坑工程中，鋼板樁優(yōu)勢(shì)能不能得到體現(xiàn)，其適用性需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

本工程案例位于南寧市區(qū)，為典型的南寧地層結(jié)構(gòu)，該危舊房改造工程周邊建筑物為宿舍樓，最臨近建筑物與基坑距離僅4.3 m,因此對(duì)施工環(huán)境的要求非常高。本文就該案例的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化研究，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

本工程為南寧某危舊房改造項(xiàng)目，位于學(xué)校內(nèi)足球場(chǎng)西北側(cè)，擬建場(chǎng)地現(xiàn)狀為一足球場(chǎng)，地面平整。工程設(shè)計(jì)為住宅樓，其中地上32層，地下1層，擬建建筑物埋置深度為6.5 m。項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為31 888.8 m2，項(xiàng)目基坑需支護(hù)周長(zhǎng)約298.2 m，坑底面積約5 339.2 m2，基坑開挖深度6.80 m～7.10 m。結(jié)構(gòu)類型為剪力墻結(jié)構(gòu)，主樓為筏形基礎(chǔ)，地下室為獨(dú)立基礎(chǔ)。

本工程工期要求緊，擬建基坑非常接近已有建筑，施工作業(yè)面積小，且基坑周邊為教職工宿舍樓，對(duì)施工環(huán)境的要求較高，尤其要求減少粉塵和降低噪聲。由于原基坑設(shè)計(jì)方案是采用鉆孔灌注樁+錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，其施工工藝復(fù)雜，造價(jià)偏高，工期較長(zhǎng)，且施工對(duì)周邊環(huán)境干擾大，因此對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行鋼板樁支護(hù)方案優(yōu)化，提出新型螺旋鉆靜壓植樁工法，以提高施工效率，減少施工干擾，實(shí)現(xiàn)節(jié)約造價(jià)，縮短工期的目的。

2 方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化

2.1 設(shè)計(jì)方案對(duì)比

原設(shè)計(jì)方案采用鉆孔灌注樁+錨索，其特點(diǎn)是作業(yè)方便，工藝成熟。缺點(diǎn)是作為隱蔽工程，質(zhì)量控制難度大；會(huì)產(chǎn)生大量的泥漿垃圾，處理難度大；機(jī)械進(jìn)場(chǎng)及操作需要較大的操作場(chǎng)地。優(yōu)化方案建議采用鋼板樁+錨索，優(yōu)點(diǎn)是施工速度非常快，與原鉆孔灌注樁方案相比可以有效縮短工期；適應(yīng)性廣，對(duì)粉土、粘土、圓礫層適用；同時(shí)可以快速實(shí)現(xiàn)圍擋止水，尤其適用于高地下水位地質(zhì)情況；對(duì)周邊環(huán)境干擾較小，無(wú)粉塵、泥漿、噪聲等影響；基坑場(chǎng)地要求操作場(chǎng)地面積小；鋼板樁施工完畢可以回收，環(huán)保經(jīng)濟(jì)。

本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件考慮，確保施工質(zhì)量及對(duì)周邊建筑物的影響，考慮噪聲和粉塵問(wèn)題，選用優(yōu)化方案鋼板樁+錨索的支護(hù)形式，鋼板樁采用螺旋鉆靜壓植樁工法。解決了原方案工期長(zhǎng)而且場(chǎng)地要求高的問(wèn)題，優(yōu)化方案鋼板樁可以回收以減少對(duì)地下空間的污染，同時(shí)大幅降低成本。

2.2 工程地質(zhì)條件及參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，擬建場(chǎng)地上覆為耕表土及第四系沖積層粉質(zhì)粘土、粉土、礫砂、圓礫等；下伏地層為泥巖，為古近系半膠結(jié)、半成巖的極軟巖，鉆探顯示有強(qiáng)風(fēng)化層及中風(fēng)化層等存在。該地質(zhì)情況為南寧市典型的二元地層結(jié)構(gòu)。本工程涉及主要巖土層物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 主要巖土層物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)建議值

勘察顯示鉆探深度范圍內(nèi)揭露有一層孔隙承壓水，該層水主要賦存于④礫砂層中，鉆探揭穿壓水層頂板后，承壓水頭上升為2 m～3 m，具有弱承壓性，勘察期間測(cè)得穩(wěn)定水位埋深在8.80 m～10.90 m，穩(wěn)定水位高程為67.28 m～69.32 m。

2.3 工程方案設(shè)計(jì)

該基坑周邊環(huán)境條件復(fù)雜，東、西、北側(cè)均為5層～7層住宅樓，南側(cè)為足球場(chǎng)。基坑破壞后后果很嚴(yán)重；場(chǎng)地工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，地下水位較高，對(duì)施工影響嚴(yán)重。本基坑深度約為6.80 m～7.10 m。根據(jù)基坑開挖深度、地層及周邊環(huán)境條件，本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)安全等級(jí)按二級(jí)設(shè)計(jì)，基坑重要性系數(shù)取1.0，設(shè)計(jì)使用年限為1年。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式采用螺旋鉆靜壓植樁工法沉入12 m的鋼板樁，采用圍護(hù)樁拉森鋼板樁Ⅳw-600×210×18，且在基坑開挖2.5 m處打入錨索3φs15.2@2.4 m，其中西側(cè)的教職工宿舍要求加密錨索3φs15.2@1.8 m，總長(zhǎng)20 m，自由段6 m。采用混凝土腰梁，鋼板樁與腰梁的位置采用C30混凝土填實(shí)。鋼板樁+錨索的優(yōu)化設(shè)計(jì)典型斷面如圖1所示。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程應(yīng)用實(shí)際情況

在本工程中基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工順利，比原設(shè)計(jì)工期大為縮短。由于采用了螺旋鉆靜壓植樁工法施工過(guò)程中“無(wú)污染”，噪聲、振動(dòng)及粉塵對(duì)周邊影響非常小。經(jīng)基坑開挖全過(guò)程施工監(jiān)測(cè)顯示，支護(hù)效果良好。鋼板樁支護(hù)施工完成后如圖2所示，鋼板樁在距離最近的建筑物施工完成后如圖3所示。

3.2 工程施工注意事項(xiàng)

本工程鋼板樁采用螺旋鉆靜壓植樁工法施工，植樁前應(yīng)對(duì)鋼板樁逐根檢查，剔除連接鎖口銹蝕、變形嚴(yán)重的鋼板樁，不合格者待修整后才可使用。在植樁過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)植入質(zhì)量，鋼板樁軸線偏差為±30 mm，樁頂標(biāo)高偏差為±10 mm，垂直度不超過(guò)0.5%，當(dāng)偏差過(guò)大時(shí)拔起重新植入。

為實(shí)現(xiàn)鋼板樁重復(fù)利用，需待地下結(jié)構(gòu)回填后方能拔除鋼板樁。若回填采用素混凝土，回填前應(yīng)在鋼板樁與混凝土接觸面設(shè)置模板或土工布等隔離材料，以確保鋼板樁順利拔除。拔樁前應(yīng)仔細(xì)研究拔樁方案，確保已施工的地下結(jié)構(gòu)、臨近原有建筑物、構(gòu)筑物或地下管線的安全。在軟土地層中，拔樁引起地層損失和擾動(dòng)，會(huì)使得基坑內(nèi)已經(jīng)施工的結(jié)構(gòu)或管道發(fā)生沉陷，并引起地面沉陷而嚴(yán)重影響附近建筑物和設(shè)施的安全，因此必須對(duì)拔樁后留下的樁孔和空隙進(jìn)行及時(shí)回填處理，建議在拔樁時(shí)采用跟蹤水泥砂漿將樁孔填實(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)鋼板樁對(duì)于周邊環(huán)境復(fù)雜，工期要求緊，對(duì)施工環(huán)境要求較高的工程，適用性良好。可以有效節(jié)約施工成本，縮短工期，減少地下空間的污染，并且降低了噪聲，減少粉塵，對(duì)周邊居民生活影響較小。2)原有臨近建筑物對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)影響，本工程原有臨近建筑物距離基坑開挖線4.3 m，原有臨近建筑物距離鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)最近處可以做到約2 m，僅通過(guò)壓樁機(jī)械即可。因此鋼板樁的施工場(chǎng)地要求低，對(duì)于有場(chǎng)地要求的工程優(yōu)勢(shì)明顯。3)較為復(fù)雜的地層，如圓礫地層和硬質(zhì)巖層，在植樁施工時(shí)貫入阻力較大施工難度大，而圓礫層或軟弱填土層在拔樁后易存在空隙需及時(shí)注漿回填。4)由于鋼板樁整體剛度比較小，變形不易掌握，需要設(shè)置多道內(nèi)撐來(lái)共同受力，不規(guī)則的基坑鋼板樁施工困難，尤其是在施工轉(zhuǎn)角處需要特制鋼板樁。

參考文獻(xiàn):

[1] JGJ 120—2012,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 張海蛟.拉森鋼板樁配合鋼管土釘在基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].山西建筑,2017,43(19):77-78.

[3] 劉國(guó)彬,王衛(wèi)東,劉建航,等.基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010:514-542.