深基坑鋼板樁支護施工設備選型及施工要點探討

摘要：文章結合某濱海城市深基坑支護工程，闡述了鋼板樁支護施工設備選型及施工關鍵工藝。對比分析多種設備優(yōu)勢與缺點，最終選用“上海振中YZPJ-100型液壓振動錘+三一重工SY245H 中型挖掘機”組成的振動打樁機進行鋼板樁打樁工作。該振動打樁機具有整機重量較低，能夠應用在濱海城市軟土深基坑鋼板樁支護施工中。

[作者簡介]肖志林（1983—），男，本科，高級工程師，主要從事工程項目管理工作。

濱海城市地層以軟土為主，且地下水埋深較淺，這為濱海城市深基坑的開挖和建設帶來了一定的挑戰(zhàn)[1-2]。鋼板樁支護具有施工周期短、低噪聲、剛度大、抗?jié)B性強等諸多優(yōu)點，在濱海城市基坑支護中得到了廣泛應用。然而，由于施工操作管理不當或設備選型不正確，鋼板樁支護在工程實踐中仍然存在諸多安全問題[3]。因此，本文依托于某濱海城市深基坑支護工程，深入闡釋了鋼板樁支護在濱海城市深基坑支護中應用的可行性、設備選型及施工關鍵工藝。

1 工程背景與基坑支護方案

1.1 工程背景

本次試驗研究依托于某濱海城市商業(yè)大廈基坑支護工程，臨近地鐵路口站。該基坑安全等級為一級，開挖深度為（12±1.5） m。基坑段落某側附近存在一城市地鐵隧道，其拱頂埋深約為16 m，隧道結構外徑6.0 m。擬建建筑地下室支護結構邊緣距離地鐵隧道襯砌結構距離最近處為5.0 m（圖1）。

根據(jù)工程勘察報告顯示，區(qū)域土層分布如表1所示。由表可知，基坑開挖范圍內，雜填土層厚約0.90 m，且粘聚力、內摩擦角較小，土的力學性質較差;粉土層按照力學性質可以大致劃分為4層，層厚分別為2.70 m、3.00 m、7.00 m和5.20 m，但不同粉土層力學性質存在差異，埋深越大的土層承載能力越強。由于基坑開挖深度較大，同時由于城市建設無法采取放坡開挖，因此，必須進行有效的基坑支護方法才能進一步開展工作。

1.2 基坑支護方案確定

根據(jù)地質勘查結果及資料調查，發(fā)現(xiàn)土體液化等級為嚴重，基坑必須采取支護措施，先支護、后開挖。經(jīng)過多方討論，擬采用“鋼板樁+內支撐”支護結構體系進行基坑支護。選用鋼板樁作為基坑圍護體系，樁長18.00 m，嵌入基坑底土體6.00 m。基坑內側在頂部設置一層圍檁加錨拉，圍檁采用熱軋寬翼緣雙拼22號背對背槽鋼，通過錨桿25 mm圓 鋼與基坑外錨桿拉結，間距3 m。斜角撐采用426 mm無縫鋼管、壁厚10 mm，角部圍檁型 鋼H400×400×13×21。圍檁位置為鋼板樁頂端500 mm范圍內（圖2）。

2 鋼板樁支護施工

2.1 鋼板樁選型

根據(jù)相關設計規(guī)范，經(jīng)過研究及力學驗算，經(jīng)過研究及力學驗算，選取截面抵抗矩W=2 270 cm3的拉森IV型鋼板樁進行支護。在鋼板樁進場前，需進行質量檢驗和處理，包括外觀檢驗和缺陷矯正等。

2.2 施工設備選型

用鋼板樁進行基坑支護施工，主要涉及到的施工設備有：反鏟挖土機、裝載機、自卸車、液壓振動錘、履帶式挖掘機、汽車式起重機、水泵、振動拔樁機、氣割機、電焊機等。涉及到土方開挖、鋼板樁打樁、鋼板樁拔樁、排水等工序。本次研究的目的主要是為了探討在城市軟土地基深基坑支護中鋼板樁打樁設備選型及施工工藝問題，因此需要結合實際情況分析多種設備的優(yōu)勢。

目前，鋼板樁的施工設備較多，可以分為沖擊打樁設備、振動打樁設備、振動沖擊打樁設備以及靜力壓樁設備。由于基坑開挖深度較大且周圍存在較多地下建筑，因此采用靜壓設備和沖擊打樁設備均不滿足要求。經(jīng)過研究，認為采用振動打樁設備最佳，且該設備還可以用于振動拔樁，具有較高的經(jīng)濟性。本次鋼板樁打、拔樁施工擬采用“上海振中YZPJ-100型液壓振動錘+三一重工SY245H 中型挖掘機”組成的振動打樁機。上海振中YZPJ-100型液壓振動錘的偏心力矩在0～447 （N·m）之間，最大轉速可達1 400 r/min，最大激振力可達980 kN，允許用拔樁力達588 kN。分析認為，上海振中YZPJ-100型液壓振動錘能夠滿足該地層條件下鋼板樁打樁與拔樁施工。挖掘機采用三一重工SY245H 中型挖掘機，該設備鏟斗容量為1.3～2.1 m3，額定功率為147 kW（2 100 r/min），整機工作重量為25.50 t，最大挖掘深度可達6.70 m，鏟斗挖掘力達175 kN。本次軟土地基條件下的深基坑鋼管樁支護難度較大，一方面，深基坑開挖深度達12 m，鋼板樁長度達16 m，因此需要設備的功率能夠滿足打樁與拔樁施工條件，因此小型挖掘機不能滿足要求;另一方面，大型挖掘機重量過大， 在軟土地基上施工容易造成土體明顯變形，影響工程質量，因此大型挖掘機也難以適用。因此，經(jīng)過深入探討與評估，采用“上海振中YZPJ-100型液壓振動錘+三一重工SY245H 中型挖掘機”組成的振動打樁機能夠較好的適用于本次軟土地基深基坑鋼板樁支護打樁和拔樁工作中。

2.3 施工工藝

2.3.1 鋼板樁打設

在鋼板樁打設前，需要先與相關部門取得聯(lián)系，將建筑物附近的雨水管道和消防管道等設施進行處理。再根據(jù)后續(xù)的施工要求和鋼板樁的打設要求，設定鋼板樁的打設位置， 按照順序灑灰線標注鋼板樁位置。在鋼板樁時，需要采用挖機挖掘寬度和深度為1 m的溝槽，清除鋼板樁區(qū)域的硬層后再采用單獨打入法進行鋼板樁打設。具體打設方法為先將第一支鋼板樁吊運至樁位，確認正確后振動打入，然后再將第二支鋼板樁吊運至樁位，確認企口位置后振動打入，后續(xù)循環(huán)操作直至基槽鋼板樁全部打入完成。

2.3.2 支護結構設置

支護結構施工順序如下：錨樁施工—鋼板樁內外側土方開挖—托架安裝—圍檁及角部隅撐—拉桿—鋼板樁錨頭—檢查驗收。將圍檁設置在鋼板 樁墻距頂部500 mm處，由雙拼22號背對背槽鋼組成圍檁，施置于鋼牛腿上，通過鋼筋25 mm拉桿固定于后側的錨樁上，固定方式均采用螺絲連接，錨樁為20號工字鋼。在垂直于框架柱與柱之間地面位置放型鋼H400×400×13×21，鋼筋25 mm拉桿固定于型鋼上。為穩(wěn)妥起見，在鋼板樁四個轉角上H400×400×13×21作圍檁，426 ×10 mm鋼管作角撐。

2.3.3 鋼板樁拔除

土建工程完畢后即進行鋼板樁的拔除。先拆除圍檁、角撐及拉桿，再拆除鋼 板樁及錨桿。利用振動錘產(chǎn)生的強迫振動擾動土質，破壞鋼板樁周圍土的粘聚力 以克服拔樁阻力，將樁拔除。

3 支護質量監(jiān)測

3.1 監(jiān)測點布置

為驗證“鋼板樁支護+內支撐”支護體系及“上海振中YZPJ-100型液壓振動錘+三一重工SY245H 中型挖掘機”組成的振動打樁機施工的可行性，本次研究在基坑頂部的轉角處、中點位置共設置8個位移觀測點，具體布置如圖3所示。根據(jù)基坑工程安全等級，本次監(jiān)測鋼板樁豎向位移報警值為20 mm。

3.2 位移監(jiān)測結果

圖4為深基坑開挖過程中各位移監(jiān)測點監(jiān)測結果，即，基坑各點豎向位移隨時間變化曲線。由圖可知，隨著開挖過程的不斷推進，各個監(jiān)測點的豎向位移也逐漸增大，但對于測點1～8，其最大豎向位移分別為16 mm、16 mm、15 mm、14 mm、13 mm、17 mm、16 mm及16 mm，均低于本次工程所設置的報警值（20 mm），遠小于基坑工程規(guī)范規(guī)定的臨界值（35 mm）。由此可見，利用“鋼板樁+內支撐”體系進行濱海城市軟土地層深基坑支護時，基坑的變形能夠滿足相關規(guī)范要求，該支護方案可行性高。此外，進一步可以觀察到，基坑開挖引起的豎向位移主要發(fā)生在前5天。對于測點1和測點2，在基坑開始開挖不久，測點就分別產(chǎn)生了7 mm和5 mm的豎向位移，測點3、4、6則產(chǎn)生了1 mm的沉降，而測點5、7、8則未見明顯地表沉降現(xiàn)象。結合地質勘察報告及周圍建筑分布情況，分析認為，這是由于在基坑西北角（測點1、2附近）同樣存在一處基坑開挖的工地工程，二者相互影響，導致靠近另外一個基坑的測點（測點1、2）處產(chǎn)生了較大的沉降。

4 結論

（1）“上海振中YZPJ-100型液壓振動錘+三一重工SY245H 中型挖掘機”組成的振動打樁機進行打樁施工，該設備能夠適用于濱海城市軟土層深基坑鋼板樁支護工作中，具有整機質量較小、運輸方便、成本較低等優(yōu)勢。

（2）利用“鋼板樁+內支撐”支護體系濱海城市軟土層深基坑支護具有高度可行性，開挖支護后的深基坑最大豎向位移為17 mm，低于本次工程所設置的報警值（20 mm），遠小于基坑工程規(guī)范規(guī)定的臨界值（35 mm）。

參考文獻

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[3] 艾華亮，杜福民，孫云皇.旋噴錨桿錨拉鋼板樁創(chuàng)新支護技術應用實踐[J].四川水泥，2021（6）：138-139+142.