基于钢板桩的深基坑支护应用

来源:用户上传      作者:

　　摘要：钢板桩的深基坑的施工是一项极具风险性的工程，在施工方面了解工程的基本情况。从钢板桩的类型分析，针对性的选取所需材料，探讨施工步骤，建立合理的施工体系，再从实例得以验证操作的可行性。
　　关键词：钢板桩；打桩工艺；工程方法
　　0 前言
　　 基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖，是一项综合性很强的系统工程。它要求岩土工程和结构工程技术人员密切配合。基坑支护体系是临时结构，在地下工程施工完成后就不再需要。深基坑支护的主要特点是：基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性；由于软粘土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很大，基坑工程具有很强的区域性。同时它还具有很强的综合性和较强的时空效应等特性。
　　1 常见基坑支护钢板桩种类
　　 用于基坑支护的钢板桩主要有槽钢、工字钢、拉森钢板桩(U 型钢) 和H 型钢板桩。拉森钢板桩和H 型钢板桩是基坑支护工程中比较常用的两种型钢。
　　 (1)拉森钢板桩:拉森钢板桩是一种带锁口或钳口的热轧型钢，其基坑支护的形式是依靠锁口或钳口相互连接咬合，形成连续的钢板桩墙体。拉森钢板桩锁口紧密，水密性强，可用来用来挡土挡水。由于拉森钢板桩刚度相对于H 型钢板桩小，常用于中小型、深度较浅的基坑，也用于围堰工程。
　　 (2)H型钢板桩: H型钢板桩刚度大，适用于各种类型的基坑支护工程。由于H 型钢板桩不具备密闭性，必须与搅拌桩(旋喷桩)联合组成隔水挡土墙(SMW工法)。钢板桩与搅拌桩组合的挡土墙有两种做法，一种是将H 型钢板桩直接插入搅拌桩中，形成SMW 墙，这种做法成本高，而且拔桩难度大；另一种做法是在H型钢板桩内侧打搅拌桩，这种做法施工成本低，施工方便，但由于H 型钢板桩与搅拌桩之间不可避免地存在缝隙，可能降低支护安全性能。
　　2 钢板桩的打桩工艺
　　 2.1 施工机具
　　 常见的钢板桩打桩机具有:冲击式打桩机(包括自由落锤、柴油锤、蒸汽锤等)、液压压桩(拔桩)机、振动打桩机等。使用振动锤与履带式吊车组合的打、拔桩设备是比较常用的钢板桩施工机具。这种组合有以下几点优势:
　　 (1)除了可以同时用于打、拔钢板桩外，履带式吊车还可以用于复杂施工场地的吊装等作业，方便施工。
　　 (2)可以避免施工时，打桩设备沿支护线路行走受场地限制，而增加施工难度。
　　 (3)不受场地限制，灵活性和机动性强、施工快捷。
　　 2.2 拉森钢板桩的打入工艺
　　 拉森钢板桩的打入方法主要有单根桩打入法、屏风式打入法、围檩打桩法。
　　 (1)单根桩打入法:将钢板桩一根根地打入至设计标高。这种施工法速度块，桩架高度相对可低些，但容易倾斜，当钢板桩打设要求精度较高、钢板桩长度教长时，不宜采用。
　　 (2)屏风式打入法:将10～20根钢板桩成排插入导架内，使之成屏风状，然后桩机来回施打，并使两端先打到要求深度，再将中间的钢板桩顺次打入。这种施工方法可防止钢板桩发生倾斜与转动，对要求闭合的围护结构常用此法，其缺点是施工速度慢，需搭设较高的施工桩架。
　　 (3)围檩打桩法:分单层围檩和双层围檩。围檩打桩法是在地面上一定高度处离轴线一定距离，先筑起单层或双层围檩架，而后将钢板桩依次在围檩中全部插好，待四角封闭合拢后，再逐渐按阶梯状将钢板桩逐块打至设计标高。这种方法能保证钢板桩墙的平面尺寸、垂直度和平整度，适用于精度要求高、数量不大的场合，缺点是施工复杂，施工速度慢，封闭合拢时需要异形桩。
　　 2.3 H型钢板桩打入工艺
　　 H 型钢板桩打入工艺比较简单，只要选用合适的打桩设备，按设计要求的间距，将钢板桩置于设置好的围檩导向架中，靠打桩设备打入。沉桩时需防止钢板桩倾斜，打入时还应考虑钢板桩的桩顶标高，即钢板桩的入土深度。
　　 2.4 施工步骤
　　 (1)测量、放样:开工前应对场地标高、轴线位置进行引测与核对，以确定基坑支护走向位置和钢板桩打入深度。应注意钢板桩的设置位置一般是在基础最突出的边缘外侧，需给基础施工留有支模、拆模的余地，便于基础施工。
　　 (2)钢板桩的整理及堆放:钢板桩在使用前应进行检查整理，尤其多次利用的钢板桩，在打拔、运输、堆放过程中，容易受外界影响而变形，在使用之前应进行检查。对于发生变形的钢板桩应进行整理、矫正，否则不利于钢板桩的打入，影响支护效果。钢板桩的堆放场地应平整坚实，不产生大的沉陷。不同长度规格的桩应尽量分开堆放，便于使用。每堆桩之间要留有通道，便于运输车辆和施工吊车通行。
　　 (3)拉森钢板桩的打入
　　 ①为保持钢板桩垂直打入和打入后钢板桩墙面平直，钢板桩打入前宜安装围檩支架。围檩支架由围檩和围檩桩组成，其形式在平面上有单面和双面之分，锤向上有单层、双层和多层。第一层围檩的安装高度约在地面上50cm。双面围檩之间的净距以比两块钢板桩组合宽度大5～10cm为宜。围檩支架需安装十分牢固，采用型钢作围檩支架最为合适。
　　 ②由于基坑构造的需要，常要配备改变打桩轴线方向的特殊形状桩，即转角桩。转角桩一般采用将拉森钢板桩沿中线剖开，再根据实际需要进行组合焊接而成。
　　 ③拉森钢板桩打入时，连接锁口处的阻力相对较大，由于横断面两端受力不均衡，使钢板桩向施工前进方向倾斜。为预防这种倾斜，可在打桩前进方向的钢板桩锁口处设卡板，同时在围檩上预先算出每根钢板桩的位置，以便随时纠正。当倾斜不可避免时，也可以使用楔形钢板桩或其它方法进行纠正。
　　 2.5 H型钢板桩的打入
　　 (1)开挖导向沟、设置围檩导向架:在沿支护档墙位置开挖导向沟，并设置围檩导向架。导向沟可使搅拌桩施工时的涌土不会冒出地面，围檩导向则是确保搅拌桩及H 型钢板桩插入的位置准确。
　　 (2)搅拌桩施工:搅拌桩施工工艺与深层搅拌桩相同。在这里主要起到止水帷幕作用。为保证止水效果，水泥土搅拌桩采用切割搭接法施工，并在前桩水泥未固化之前进行后序搭接桩施工， 其间隔时间不宜超过10h 。水泥土搅拌桩一般采用二次或三次搅拌工艺，喷浆时的提升或下沉速度不宜大于0.5m/ min 。在上部杂填土及粘土层中应多次复搅，必要时可换填砂后再施工。
　　 (3)H型钢板桩打入时，为保证桩位的精确度，可在将每一根桩的位置标定在围檩导向架上。钢板桩起吊对位后，可在两个方向上观察桩身的垂直度。在沉桩过程中，常因地层变化或遇孤石，桩端因受力不均使桩身发生倾斜，可将钢板桩拔起一定高度进行调整后再施打，如此反复可达到纠正效果。
　　3 工程实例
　　 3.1 工程概况
　　 该工程为改扩建综合楼，总建筑面积约2万m2，地下1 层，地上8层，建筑高度45 m。基坑平面尺寸120m×23 m，深6.3 m。
　　 3.2 工程地质简况
　　 根据本工程提供的岩土工程勘察报告和现场施工情况表明，工程范围内地层自上而下依次为:
　　 ①杂填土，厚度1.80～5.40m，杂色，结构松散，成分主要由混凝土块、碎砖等建筑垃圾混碎石、块石等组成，成分杂，土质极不均一，无规律；
　　 ②黏土层，3 m 厚，灰黄色，可塑～软塑，中等～高压缩性，厚层状，干强度高，韧性高，摇震反应无，土面光滑；
　　 ③淤泥质黏土，厚度8.5～13.70m，灰色，流塑状态，厚层状，高压缩性，含有少许粉土团粒，局部地段顶部见有少许灰黑色有机质斑点，摇震反应无，干强度高，韧性高。

　　 本场地浅部地下水以孔隙潜水为主，其水位变化主要受气候、环境影响明显，据有关资料，其常年地下水位埋深2.8m 左右。
　　 3.3 支护设计简况
　　 本工程基坑支护采用一层内支撑式钢板桩围护结构，采用采用SMW 工法(H 型钢板桩内侧加搅拌桩)；单层多跨式支撑构造。
　　 3.4 施工设备
　　 (1) QU Y35 履带式吊车。
　　 (2) DZ60A 振动锤。
　　 (3) SJB-Ⅱ型单轴搅拌桩机。
　　 (4) QF50型分离式液压千斤顶和超高压(电动)油泵。
　　 3.5 工程方法
　　 (1) 测量放样:根据现场提供的坐标控制点，按设计要求放样并核对场地标高。用白灰撒出导向沟位置。
　　 (2) 开挖导向沟:根据确定的导向沟位置进行开沟清理障碍，清理障碍后用砂土将沟回填至合适高度。
　　 (3) 搅拌桩施工:重新核样后，进行搅拌桩施工。
　　 ①水泥土搅拌桩桩径Á600mm，间距450mm，搭接15mm。
　　 ②水泥掺入量为15 %，水灰比0.40～0.50，要求28天龄期时的无侧限抗压强度大于1.0N/ mm2 。
　　 ③为达到止水效果，水泥土搅拌桩采用搭接法施工，后一根桩应在前一根桩尚未固化前进行施工，前后之间施工间隔时间不得超过10个小时。
　　 ④水泥土搅拌桩采用上下个两次搅拌工艺，喷浆时的提升或下沉速度不大于0.5m/min 。
　　 ⑤严格控制机架平整和导向架的垂直度，确保水泥土搅拌桩的垂直度符合要求。
　　 ⑥制备好的水泥浆液必须过筛，并确保水泥浆不离析和泵送的连续进行。
　　 3.6 H型钢板桩打入
　　 (1)桩规格为HW350×350×12×19，桩间距1000mm，桩长10m。
　　 (2)核对放样点，沿挡墙走向打设导向桩，导向桩间距8～10m，设置导向围檩。导向围檩与搅拌桩之间便形成导槽。
　　 (3)在导向围檩上标出每一根桩位置，钢板桩沿着导向围檩与搅拌桩便形成的导槽，对准桩位施打。
　　 (4)在沉桩过程中，由两个方向观察桩身垂直度，发现倾斜时予以纠正。
　　 (5)在沉桩过程中，桩底碰上软硬不均土层或孤(块) 石时，会出现桩身倾斜或沉桩难等问题。对于软硬不均土层采用反复拔起打入的方法进行调整；当桩底碰上孤(块)石时用斜插的方法将石头挤出桩位后，再提升打入。
　　 3.7 水平支撑施工
　　 (1)本工程水平钢支撑为单层多跨式构造，支撑材料选用Á609×14螺旋焊管和HW350×350×12×19型钢；立柱桩为HW350×350×12×19型钢，桩长18m；连系杆纵横交叉处采用十字节连接；螺旋焊管接长采用坡口焊并加焊加劲板。
　　 (2)放样施打立柱桩:在立柱桩施打前，将立柱桩位置与工程建筑结构图进行比对，确认桩位不与结构的梁、柱发生重叠后，方可施打并将桩送至设计标高。
　　 (3)沿水平支撑轴线开挖沟槽，沟槽宽度要满足施工操作空间要求，深度比支撑管底低约30cm。
　　 (4)焊接围檩搁置板，安装支撑围檩，围檩应尽量紧贴钢板桩挡墙。围檩与钢板桩之间的缝隙用C25 砼填充密实或用钢楔填充焊牢。
　　 (5)设计要求，支撑平面轴线偏差< 10cm，标高<3cm。本工程采用水平仪控制支撑水平标高，采用拉线方法控制支撑杆件轴线。杆件与围檩连接处，两端做活络头。
　　 (6)预加压力施工:活络头采用H 型钢制作。用千斤顶在围檩与支撑的交接处两端同时加压，在预加压力达到设计值并稳定后，立即焊接固定，并安装八字支撑。
　　 3.8 水平支撑拆除
　　 (1)土方开挖至设计标高后，及时进行封底、承台和底板施工，并在地下室底板与钢板桩之间设置C25砼传力带。在传力带与钢板桩之间采用油毛毡进行隔离。
　　 (2)本工程有两层地下室，地下室一层楼板浇捣完毕，强度达到设计要求后，在地下室剪力墙与钢板桩挡墙之间采用1∶1 素粘土与中粗砂均匀回填。对回填土进行分层夯实，每层厚度约为30～50cm。回填至与一层地下室楼板平后，方进行拆撑。
　　 (3)拆撑前应制定详细的拆除方案，并严格按程序进行拆除。首先拆除八字撑，后拆除连系杆。连系杆的拆除应从杆件两端同时切割。
　　 3.9 拔桩
　　 (1)地下室施工至±0.00，地下室剪力墙与钢板桩挡墙之间土方回填夯实后进行拔桩作业。拔桩前首先清理作业面周围地面和空中可能影响拔桩作业的障碍物；检查拔桩机械设备(吊车和振动锤)是否处于良好的工作状态，尤其加强对受力钢丝绳的检查，避免发生断裂。
　　 (2)由于拔桩过程造成土层扰动和空洞，因此除了密切注意其对周围环境影响外，还要及时将拔桩后产生的空洞充填。
　　 (3)拔桩时，先保持振动锤振动30秒以上，让钢板桩有所松动后，再起拔桩。
　　 3.10 基坑监测
　　 本工程基坑围护结构完工后，通过对基坑及周围构筑物的位移和沉降情况进行监测。监测结果，各项指标均均符合设计要求，基坑位移及沉降均控制在规范规定的范围内。
　　4 结束语
　　 随着城市建设的发展，地面空间越来越狭小，各类用途的地下空间在大中城市中得到开发利用，如高层建筑的地下室、地下停车场、地铁及地下车站、地下商场、地下仓库以及地下工业和民用设施等。各类地下设施的开发利用，离不开基坑的开挖与支护。地面空间的狭小，使得以往常用的放坡和无支撑围护的开挖方式逐渐被有支撑围护开挖方式所取代。钢板桩基坑支护适用于开挖深度6～10m 深基坑，资料显示，国外已有开挖深度20m 的例子，因此具有广阔的市场前景。对其施工工艺和施工技术进行深入的研究探讨，有助于进一步推广使用。
　　
　　参考文献
　　[1] JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程[S].
　　[2] GB 50497-2009，建筑基坑工程监测技术规范[S].

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-565186.htm