鋼板樁復合混凝土環形結構支撐體系在基坑中的應用

陳 楚 （福州市一建建設股份有限公司，福建 福州 350001）

0 前言

隨著經濟的發展，為滿足日益增長的停車等需求，建筑工程地下室面積越來越大、越來越深，深基坑工程支撐體系的重要性就越發明顯。

基坑工程中常用鋼板樁或鉆孔灌注樁等作為圍護結構，基坑內設置現澆鋼筋混凝土、型鋼來形成水平支撐。常規的直交式或垂直式支撐體系，給工程施工帶來了諸多不便，對工程進度造成了較大的影響。

鋼板樁高強度承載力高，施工簡便高效，可循環利用，節約施工成本。環形支撐體系受壓性能好，可充分利用鋼筋混凝土抗壓強度高的材料性能。采用環形支撐體系，基坑中央空曠，土方開挖及結構施工都較為便利，可有效縮短工期。

因此研究鋼板樁復合混凝土環形結構支撐體系對于基坑工程具有明顯意義，本文以某市一基坑項目為例，進行鋼板樁復合環形混凝土結構支撐體系的應用研究。

1 基坑特征

該工程為軟土地區深基坑，基坑總面積約5萬m2，大部開挖至飽和流塑狀淤泥層，周邊場地標高在4.5～6m之間，平面近似長方形詳見圖1，開挖深度為3.8～4.5m，基坑大面采用拉森鋼板樁加一道擴孔錨桿作為支護。

基坑西南角為項目的會所，設地下泳池及庭院，周邊場地標高為5.4m，底板墊層底標高為-0.85～1.05m，開挖深度4.25～6.25m。西側為市政支路及學校，南向為市政主干道，地下室西側外墻距用地紅線最近處為5m。

圖1 基坑總平面圖

會所位置周邊區域狹窄，基坑變形需嚴格控制。因開挖深度達6.25m，和周邊落差較大，故在會所位置基坑采用環形復合支撐體系，平面布置詳見圖1。

2 鋼板樁復合環形結構支撐體系的應用

2.1 支撐體系設計

2.1.1 圍護樁設計

依據會所地質及開挖規模，圍護樁采用H型鋼樁，考慮場地無強透水層，型鋼間采用單軸水泥攪拌樁進行止水/止泥。

2.1.2 復合環形混凝土結構支撐體系設計

為實現土方大開挖，結合會所平面形狀特點，確定在此區域使用鋼板樁復合混凝土環形支撐體系，局部使用角支撐，即型鋼樁加一道環形鋼筋混凝土冠梁內支撐。會所地下室結構在施工至環形支撐邊留設施工縫，待拔除鋼板樁及拆除混凝土環形支撐后，再與大地下室結構連接。

2.2 鋼板樁復合環形結構支撐體系的施工

2.2.1 基坑施工順序

①場地清障整平；

②施工型鋼樁及水泥攪拌樁；

③土方開挖至環形支撐底標高,邊坡噴射混凝土施工；

④施工鋼筋混凝土環形內支撐體系；

⑤待環形支撐梁達到設計強度后,開挖土方至設計標高；

⑥地下底板及傳力帶施工；

⑦地下室墻柱結構施工；

⑧待地下底板及傳力帶強度達到設計值，地下室外墻土方回填；

⑨型鋼拔除回收，拆除環形鋼筋混凝土內支撐。

2.2.2 鋼板樁施工

鋼板樁采用HM488×300×11×18型鋼，間距600，長度18m/24m間隔布置，樁頂標高為4.4m。因周邊為學校及居民區，為嚴格控制施工噪音區域，型鋼采用高頻振動方式打入土體。鋼結構采用E43系列焊條角焊縫連接，角焊縫質量等級為三級。

2.2.3 單軸水泥攪拌樁施工

型鋼樁外側采用1排Φ500@350單軸水泥攪拌樁進行止水、止泥，長度13m/10m，樁頂標高為3.2m。水泥采用P.O 32.5復合硅酸鹽水泥，水灰比（0.55～0.60）∶1。水泥摻合量為18%，空孔段水泥摻合量為8%。

2.2.4 鋼筋混凝土環形內支撐冠梁施工及拆除

①支撐冠梁底澆搗100m厚C15素混凝土墊層，在墊層與支撐梁之間采用油氈等隔離措施，在大面土方開挖過程及時鑿除墊層，避免增加支撐梁自重及防止墊層墜落傷人。

②支撐梁的縱筋施工控制：直徑≥22mm的鋼筋均采用機械連接，其他鋼筋采用焊接，鋼筋錨固長度均不小于35d，縱向受力鋼筋保護層厚度不小于40mm。

支撐梁內的H型鋼外包油毛氈等隔離材料，以便后期拔除。

③環形支撐梁施工偏差控制：標高偏差≤20mm，水平位置偏差為≤30mm。

④傳力帶施工：采用厚度不小于200mm素混凝土沿環形支撐連續設置，跟隨地下室底板施工，強度同底板。

⑤型鋼拔除及環形支撐拆除：型鋼結構在地下室結構完成，回填密實后進行拔除回收。環形支撐結構需在底板及傳力帶達到設計強度后，即換撐體系形成后進行支撐體系的拆除[2]。環形支撐梁先拆除次梁，再拆除角撐，最后拆除環形主撐弧梁。

2.3 復合環形支撐體系的監測

基坑工程施工過程，需依據監測數據指導現場施工，確保周邊環境安全。

2.3.1 監測點的設置

對于深基坑的監測是保障深基坑及周邊環境安全的重要環節，是實施信息化施工的重要措施。根據周邊環境條件，在混凝土環形支撐周邊共設置了22個沉降及水平位移監測點，坡頂及坡腳各11個；深層水平位移監測點6個，監測點布置詳見圖2。

2.3.2 各施工階段的監測頻率

①基坑開挖期間：每天一次；

②地下室結構施工期間：每2～3d一次，底板完成5d1次；

圖2 監測點平面布置圖

③鋼板樁拔除及支撐拆除期間：2d一次。

2.3.3 施工過程監測結果

地下室開始土方開挖至型鋼樁拔除及拆除支撐梁，復合支撐體系共使用50d，監測次數共24次。

最大水平位移點為西側P11點，累計位移28mm（圖2圖中打圈位置）；累計坡頂沉降為4.1～7.8mm；周邊道路、管線及地表累計水平位移在0.7～3.0mm，累計沉降為4.5～8.5mm。監測結果顯示復合環形支撐體系變形較小，支護體系安全有效。

2.4 復合環形支撐體系的維護

2.4.1 可能出現的問題

①位移超設計限值，支撐結構破壞。

②考慮到場地存在中砂層，土方開挖過程可能發生滲水情況。

2.4.2 應對措施

①通過在基坑環形支撐邊設置監測點，能夠及時發現支持結構出現的問題。密切關注施工期間天氣情況，做好預防準備，避免支撐體系出現大幅位移。安排專人每天巡查重要節點，如果出現裂縫等問題需要立刻進行加固處理[3]。如出現支護結構或周邊變形過大時，及時在基坑內被動區進行堆土反壓，或坡頂卸土等加固等措施搶險。

②若開挖過程發生土體滲漏水，及時施工高壓旋噴樁進行止水，同時及時將滲入基坑的水收集排出。

3 鋼板樁復合環形結構支撐體系的優勢

使用鋼板樁復合環形支撐能夠有效控制基坑周邊位移及沉降變形，能夠保障基坑和周圍建筑、道路的穩定。

大直徑的環形支撐，基坑中央空曠，土方施工可大開挖，開挖周期大幅縮短。且結構施工材料能夠更加便捷的運輸，在很大程度上節約了施工工期。

復合環形支撐體系，大大減少了支撐桿件的使用，且型鋼能夠拔除重復使用，有效降低了施工成本，直接減少了工程造價。

4 結論

綜上所述，在基坑工程中使用鋼板樁復合環形結構支撐體系，能夠保證基坑工程安全，有效加快施工進度，鋼板樁主要材料的重復利用，響應了國家建設“節約型社會”的號召，支持了國家的可持續發展。