HU型鎖扣式鋼板樁在基坑支護中的應用

馮進華

中建港務建設有限公司 上海 200438

1 工程概況

上港集團外高橋冷庫項目地處上海市浦東新區外高橋港區，其配套的地下1層水泵房基坑位于冷庫東北角，消防水池及事故水池位于其北側。由于消防水池、事故水池與水泵房相互之間位置較近，故采取整體基坑開挖。基坑大面降坡后水泵房開挖深度為6.65 m、消防水池為5.50 m、事故水池為4.05 m，其內部有相應的吸水坑需局部超挖0.45、1.00、1.00 m。其中基坑圍護施工為關鍵工序，它將直接影響基坑施工的安全穩定性，對后道工序乃至整個工程起著至關重要的作用。

2 基坑圍護支護形式研究

根據工程特點，基坑挖深4.05～6.65 m，開挖面積不大，但基坑深度較深，對于類似開挖深度的基坑，通常可采用拉森鋼板樁、SMW工法樁的圍護形式。

由于工程施工工期較緊，該工序的預算造價有限，采用上述傳統的圍護結構施工時，都難以達到深基坑安全高效、方法簡便、施工成本低等目標，不利于施工。

經綜合分析，決定使用HU型鎖扣式鋼板樁圍護。采用長15 m的700 mm×300 mm×13 mm×24 mm的H型鋼＋長12 m的U型鋼板樁的組合圍護樁的形式（圖1）。H型鋼圍護樁兩側定制用φ60 mm×10 mm無縫鋼管作為空心鎖扣，U14型鋼板樁兩側定制用φ28 mm豎向鋼筋作為鎖芯（圖2、圖3）。對撐采用1道φ609 mm×16 mm鋼管進行內支撐布置，鋼圍檁采用582 mm×300 mm×12 mm×17 mm雙拼H型鋼與圍護樁進行整體連接。通過受力分析，該圍護體系穩定性好，安全性高。相比傳統的拉森鋼板樁圍護，新型鎖扣式結構樁間密封效果更好，鎖扣部位更為牢固，抗側壓及止水防滲效果更佳。支撐體系中只需1道內支撐，有利于施工安裝與土方開挖，施工工期較短，材料可重復利用以降低成本。

圖1 圍護體系斷面

圖2 圍護樁連接節點

圖3 圍護樁平面示意

3 HU型鎖扣式鋼板樁在施工中的應用

3.1 施工流程

場地平整→放設沉樁定位線→開挖圍護樁溝槽→安裝導向架→設備調試完畢→H型鋼板樁施打→U型鋼板樁施打→H型鋼樁和U型鋼板樁調整至設計標高→再繼續施打下一組至基坑一圈施工完畢→基坑開挖→首道內支撐體系安裝→基礎施工→ 上部結構施工→回填土方→基坑圍護樁拔除→回填樁孔[1-5]

3.2 機械設備

1）打樁設備：采用1輛50 t履帶吊配置1臺D130振動錘實施打拔樁。

2）導向架：采用全自動水平調節定位導向架，導向架內設置有自平衡功能的液壓調平系統。同時，在沉樁導向架上安裝有橫向的液壓千斤頂，千斤頂前端安裝滑輪，限制樁身位置，確保樁身在施打過程中的垂直度。

3.3 鋼板樁沉樁

1）根據平面布置圖在基坑外設置沉樁控制線，該控制線不可被破壞，安排挖機進行沉樁溝槽的開挖，導向架架設在沉樁溝槽上。

2）采用經緯儀和水平儀控制和調整導向架位置，導向架也可進行全自動自調節水平功能的二次開發。

3）先利用導向架用振動錘一次成排打入H型鋼，可根據導向架的樁位格數量確定根數，然后將U型鋼板樁插入導向架，用振動錘將其打入至導向架高度，再移除導向架，用振動錘振動鋼板樁到設計標高，后續依次類推。

4）當H型鋼板樁施工完畢后，開始插入U型鋼板樁，施工前，U型鋼板樁兩側的圓鋼鎖扣應涂上黃油，降低與鎖口的摩擦力。

5）履帶吊起吊圍護樁，對準樁與H型鋼定位樁的槽口，錘下降，靠錘與樁自重壓樁至淤泥以下一定深度不能下降為止。開動振動錘打樁下降，控制打樁錘下降的速度，盡可能地使樁保持豎直，提高整體強度。

6）在振動下沉過程中，注意導向架動滑輪的變化，保持動滑輪與H型鋼板樁接觸，且樁始終能保持滑動。

7）圍護樁施工過程中受到石塊等側向擠壓作用力大小不同，容易發生偏斜，可在發生偏斜位置將圍護樁往上拔l.0～2.0 m，再往下錘進，如此上下往復振拔數次，可使大的塊石被振碎或使其發生位移，讓圍護樁的位置得到糾正，減小圍護樁的傾斜度。

3.4 圍檁及支撐安裝

1）基坑圍護樁施打完畢，按照基坑內支撐的布置形式，進行內支撐的溝槽開挖及內支撐安裝，安裝完畢后，溝槽頂部鋪好蓋板。

2）支撐體系的安裝與拆除順序按照受力計算和土方開挖工況進行。

3）鋼圍檁安裝前在其底部用厚8 mm鋼板，每1 m焊接1組水平擱置點。鋼圍檁采用582 mm×300 mm×12 mm×17 mm雙拼H型鋼與圍護樁進行整體連接，連接節點均采用平接方式進行焊接。在基坑轉角處設置斜向支撐，采用582 mm×300 mm×12 mm×17 mm的H型鋼角撐。

4）對撐采用φ609 mm×16 mm型鋼管進行內支撐布置，用2臺100 t液壓千斤頂放入活動端頂壓位置。預應力施加到位后在活動端中楔緊墊塊，并固定牢固，持續2～5 min后方可回油松開千斤頂，完成該根支撐的安裝。

5）預應力施加中，必須嚴格按照設計要求分步施加預應力，每根鋼支撐分2級施加。

3.5 鋼板樁拔除

采用履帶吊配置振動錘進行圍護樁的拔除，設法減少拔樁帶土現象，必要時采取灌水、灌砂措施，即利用振動產生的強迫振動擾動土質，破壞圍護樁周圍土的黏聚力以克服拔樁阻力，將樁拔除。

4 實施效果

通過在實際工程中的運用，采用HU型鎖扣式鋼板樁圍護結構，其基坑圍護實施效果很好。

4.1 過程使用情況

1）與傳統的拉森板樁施工類似，材料取材方便。

2）基坑圍護樁抗傾覆及整體穩定性較強，內部只需采用1道支撐，從而給后續土方開挖及混凝土結構施工帶來了便利。

3）通過對基坑圍護的定期監測，其樁頂水平位移量很小，為2.0～3.5 cm，未發生圍護墻整體傾斜。

4）基坑內始終能保持干施工作業，止水效果好。

4.2 經濟效益

1）節約成本。在預算有限的情況下使用該工藝，造價相對較低，約70萬元，相比采用SMW工法樁實施，費用節約35%～50%。

2）縮短工期。與傳統的拉森板樁施工工藝類似，施工速度快，相比采用SMW工法樁施工，可縮短工期30 d。

5 結語

通過工程實踐運用，HU型鎖扣式鋼板樁圍護具有穩定性好、止水性強、占地小、節約成本、施工快等優點。相比傳統的拉森板樁，它能夠突破更深的基坑工程要求，相比SMW工法、灌注樁等，費用更低。因此，它在類似工程中值得被推廣應用。