HSW工法樁在超15m深基坑中的應用

王許諾 李仁民

摘要：組合鋼板樁（HSW工法樁）可用于挖深15m以上的深基坑工程，其作為支護樁具有剛度大、止水效果好等特點，作為一種新型的基坑圍護結構，可以充分的發揮鋼板樁和H型鋼樁的優點，綠色環保，對土體不產生污染。本文結合南京仙林可一書店基坑項目實例，介紹了這種圍護結構在深基坑工程中的應用。

Abstract： Combined steel sheet pile （HSW method pile） can be used for deep foundation pit engineering with depth of 15 meters. As a support pile with a large stiffness， good water effect and so on. HSW construction method， as a new pile foundation pit structure， can fully play the advantages of steel plate piles and H-shaped steel piles. It is green and it does not produce pollution of soil. This paper introduces the application of this type of envelope in KeYi Bookstore foundation pit engineering in NanJing XianLin.

關鍵詞：組合鋼板樁（HSW工法樁）；深基坑；基坑支護

Key words： combined steel sheet pile （HSW method pile）；deep foundation pit engineering；foundation pit engineering

中圖分類號：TV551.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）31-0141-04

0 引言

近年來，地下空間發展迅速，出現了越來越多的大、深基坑工程，同時也出現了各種先進的基坑支護工法、工藝。

鋼板樁和H型鋼樁都屬于基坑工程較為常見的支護樁型，鋼板樁止水效果好，但本身剛度較小，不利于變形控制，無法適用于深大基坑。H型鋼樁剛度大，但用作支護結構，容易產生漏土、漏砂等情況，有一定的安全隱患。李仁民[1～2]結合鋼板樁和H型鋼的各自特點，可以根據不同型號的鋼板樁[3～6]和不同的型鋼間距，做成不同剛度的組合支護樁體。

隨著土地價格上漲，土地利用率提高，建筑紅線內可作為材料堆場、施工便道的場地越來越少，給基坑土方挖運和地下室施工帶來較大困難，因此施工棧橋成為一種有效措施[7]。吳海濤等[8]和黃炳德等[9]都對支撐和棧橋的結合做過相應的研究和應用。

本文結合工程實踐，介紹了HSW工法樁加首道混凝土棧道支撐和兩道鋼支撐的圍護結構在挖深15m的深基坑工程中的應用，為類似工程項目提供參考。

1 工程概況

1.1 項目概況

仙林可一書店項目位于南京市棲霞區仙林大學城，項目占地面積5000m2。基坑面積約6446m2，周長約為312m。場地地面整平標高-0.40m，基坑底標高為-15.60m，基坑開挖深度為15.20m。

1.2 基坑周邊環境

基坑東側：該側地下室外墻距離紅線約5.5m～6.3m，紅線外為南京仙林大學城C4、C5地塊工程在建工地。

基坑南側：該側地下室外墻距離紅線約5.8m，紅線外為杉湖東路。

基坑西側：該側地下室外墻距離紅線約7.0m，紅線外為市政綠地。

基坑北側：該側地下室外墻距離紅線約5.5m，紅線外為人工湖。

1.3 工程地質概況

擬建場地現為綠化草坪，地勢略有起伏，地表最大高差約1.5m，孔口高程區間值為12.75m～14.31m。場地為低山丘前緣階地地貌單元，發育有坳溝。

各土層特征詳述至上而下描述如下：①-1雜填土，松散，土質不均勻，粉質粘土為主，夾少量碎磚、石塊等，填齡約為5年。場區均有分布，層厚0.60～4.10m。①-2素填土，場區大部分布，層厚0.50～4.20m。②-1粉質粘土，可塑～軟塑，局部分布，層厚0.80～10.00m。②-2粉質粘土，以軟可塑狀粉質粘土為主，局部少量流塑狀淤泥質粉質粘土，分布不穩定，層厚1.20～9.90m。③-1粉質粘土，可塑，場區均有分布，層厚8.00～17.90m。③-2粉質粘土，硬塑，局部可塑，場區均有分布，層厚2.50～8.00m。③-3粉質粘土與粉砂互層，場區均有分布，層厚2.10～7.00m。④粘土，硬塑～堅硬，土質均勻，場地普遍分布，該層厚度未揭穿。

1.4 水文地質概況

本場區對本工程有影響的地下水為孔隙潛水，主要賦存于淺部①層填土及②層粉質粘土中，水量較少。本基坑主要受空隙潛水影響，穩定水位埋深在1.00～2.70m之間。（表1）

2 基坑支護設計方案

采用鋼板樁和H型鋼形成組合鋼板樁基坑支護結構，簡稱為HSW工法（H shaped steel & Steel sheet pile Wall）[2]。南京仙林可一書店基坑支護項目四周的支護樁采用15m的FSP-IV鋼板樁與24m的700×300×13×24H型鋼變剛度組合樁。鋼板樁本身有一定的剛度，作為支護結構的一部分，兼具截水作用，配合排水溝加集水井作為本項目的截水方案。H型鋼本身剛度大，與鋼板樁組合后結構整體剛度更大，其與鋼板樁可根據工程和地質特點，靈活設置長度，即鋼板樁長度設置滿足滲流穩定（止水帷幕深度）；H型鋼長度需要滿足整體穩定、抗傾覆、抗隆起、支護結構強度和變形需要。

首道支撐中部采用混凝土支撐（如圖1），并做成一個U型混凝土棧橋，形成一個行車回路，便于土方外運、施工機械進出場和臨時材料的堆放。首道支撐的四個角撐和第二、三道支撐則采用鋼管支撐，方便施加預應力，可以有效的控制維護體變形，也利于后期的拆除工作，加快整體施工進度。其中第二、三道支撐中部的主對撐采用雙拼形式（如圖2）。圍檁采用700×300×13×24的雙拼H型鋼，以細石混凝土澆實。鋼支撐縱向聯系梁采用40b雙拼槽鋼，節點處采用630×16鋼管作為立柱，并在棧橋下的立柱間以40b槽鋼布設剪刀撐。

3 設計計算與實測數據

3.1 設計計算

本工程基坑支護結構計算嚴格按照國家有關規范和規程進行。在土壓力計算時，采用“朗肯”土壓力公式“分層”計算，基坑面下主動土壓力采用“三角形”分布模式，粘性土采用水土合算，砂性土采用水土分算。計算時不考慮樁間土摩擦作用，也不對主、被動土壓力進行調整。

設計計算時取地面超載一般按均布超載20kPa考慮，樓層每層為15kPa，行車道路為30kPa。并按照實際施工工況計算每一工況下的支護結構內力和變形，按照最不利情況進行設計，保證支撐結構在各種工況下的安全。

計算結果如圖3所示，支護樁最大彎矩設計值為963.8kN·m，最大剪力為364.7kN。根據截面驗算結果，基坑最大彎矩處的正應力為σ=Mn/W=105.6（MPa）

3.2 現場實測數據

經專業監測單位對本工程基坑變形的監測結果表明：HSW組合鋼樁樁頂最大沉降為9.4mm，樁頂最大水平位移為13.1mm，深層土體最大位移為25.5mm，最大支撐軸力為1975kN，滿足基坑支護設計的要求。

4 結語

①HSW工法樁剛度大，容易施工，對變形控制較好，截水效果明顯，可用于挖深15m的深基坑工程，并且綠色環保，不會對土體造成污染，可重復回收利用，經濟價值十分顯著。

②可根據工程和地質特點，靈活設置鋼板樁和H型鋼長度，采用變剛度的截面形式，在保證安全的情況下，利于施工。

③大型深基坑工程使用混凝土棧橋是解決施工場地狹小的一種有效途徑，方便了土方開挖、材料臨時堆場、機械行車以及地下室基礎底板、樓板、結構梁、柱、墻等混凝土的澆筑。

④采用雙拼鋼管支撐可以有效的增加支撐剛度，施加預應力后的支撐體系對基坑變形控制作用明顯。

⑤鋼管立柱適用于深基坑工程，可在鋼管立柱間增設剪刀撐來使其強度和穩定性均能滿足施工要求。

參考文獻：

[1]李仁民，劉松玉，楊靚，王守超，陳曉鳳.組合鋼板樁（HSW工法）在某軟土地區基坑中的應用[A].中國建筑學會地基基礎分會2014年學術會議文集[C].2015.

[2]李仁民，余巍.一種新型HSW工樁法基坑支護結構及其施工方法.中國，201310044374.9[P].2013-05-22.

[3]王愛華.日本典型企業的鋼板樁發展和應用[J].武鋼技術，2009，47（3）：52-55.

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[6]Eskandari L， Kalantari B. Basic Types of Sheet Pile Walls and Their Application in the Construction Industry-a Review[J]. Electronic Journal of Geotechnical Engineering， 2011， 16.

[7]趙升峰，黃廣龍，章新，馬世強，熊彬濤.深基坑工程中大型混凝土棧橋設計與施工分析[J].施工技術，2016，45（7）：24-27.

[8]吳海濤，楊利劍.某逆作法工程棧橋設計和施工應用[J].施工技術，2014，43（16）：111-113.

[9]黃炳德，翁其平，王衛東.某大廈深基坑工程的設計與實踐[J].巖土工程學報，2010，32（S1）：363-369.