鋼板樁支護體系在建筑工程深基坑施工中的應用

汪 崗

（山西省安裝集團股份有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著城市建設的快速發展，大型建筑以及高層建筑的基坑開挖深度和開挖規模也隨之增加[1]。對于施工周邊存在其他建筑物或設施時，周邊環境復雜程度較高，這會增加建筑施工過程中深基坑開挖的難度。深基坑施工作為建筑工程施工的重要組成部分[2]，對建筑工程的施工進度、施工質量存在直接影響。因此，各個施工單位都非常重視深基坑工程的安全性[3]。通常情況下，深基坑施工過程中存在的安全風險較大，同時對于周圍其他設施的安全也會造成影響[4]。

鋼板樁是一種帶有鎖口的型鋼，屬于一種聯動裝置，連接后可形成一種連續、緊密的鋼結構擋土墻[5]。鋼板樁具有強度高、容易打入堅硬土層等優勢，同時滿足水中施工的需求，是深基坑施工時應用較為普遍的支護結構[6]。常見的鋼板樁分為兩大類，一是拉爾森式鋼板樁、二是拉克萬納式鋼板樁。為了研究鋼板樁在房屋建筑工程深基坑支護體系中的應用效果，本文以某城市的中心大廈建筑工程為例，展開相關研究，詳細分析深基坑鋼板樁支護體系的應用。

1 工程深基坑施工難點

1.1 工程概況

某城市中心大廈建筑屬于高層商業建筑，包含主體建筑和裙樓兩個部分，地上30層，地下2層，地上建筑高度共120m，采用框架結構，主體建筑和裙樓均為獨立基礎。結合建筑設計方案，確定該建筑的深基坑整體形狀為矩形，南北方向總長度為129.7m，東西方向總長度為56.2m。整個施工地形呈現南高北低狀態，南北兩側標高分別為70m和64.2m，高差為5.8m。

工程施工前，采用鉆探方式對地質情況進行勘測，勘測結果如表1所示。經過勘測確定該工程施工場地地下水位較淺，水量較為豐富，地下水埋深為3.2～6.0m，主要以裂隙孔隙水為主。

表1 建筑工程范圍地質情況勘測結果

1.2 深基坑施工難點

結合上述勘測結果以及建筑工程設計方案和施工標準，可知該深基坑圍護結構施工面臨較大挑戰。

1.2.1 深基坑施工周圍環境復雜程度較高

由于該建筑工程位于城市中心地段，施工場地周圍存在其他住宅建筑、商場、城市交通主干道以及地鐵站，并且地下支撐管線分布較為密集，尤其是商場和深基坑開挖線之間的距離僅為2.85m，施工空間較小，大型施工設備受到極大限制。除上述情況外，施工場地距離居民住宅區域距離僅為5.8m，需控制深基坑施工過程中的噪聲干擾，并保證商場的正常營業。因此，在深基坑施工過程中，需有效避免開挖引起周圍建筑物沉降。

1.2.2 施工場地條件較差

由于施工場地地下水含量豐富，并且土層主要以粉質黏土為主，同時含有砂層土，土層穩定性較差。如果施工質量較差，則會導致土層坍塌。同時該建筑的深基坑開挖總長度較長，屬于超大深基坑，因此，施工難度較大。

2 深基坑鋼板樁支護方案設計

根據上述勘測結果和施工難點，進行深基坑鋼板樁支護方案設計。為了保證施工的穩定性和安全性，采用鋼板樁+鋼筋混凝土內撐的支護方案。該方案中共設計2道內支撐，高度分別為78m和74m，方案結構剖面圖如圖1所示。

圖1 深基坑鋼板樁支護方案剖面圖

該方案選擇12mm厚度的拉森III型鋼板樁。該鋼板屬于一種U型鋼板，其兩側有凹槽鎖口，鋼板的相關性能參數如表2所示。

表2 拉森III型鋼板相關性能參數

該項目選擇拉森III型鋼板是由于其可通過鎖口之間作用力形成連接。因此，將拉森鋼板樁放入底層，形成鋼板樁墻的支護體系。該支護體系能夠滿足較小施工空間的需求，并且該鋼板樁具有較好的防水性以及強度，能夠有效處理土體壓力，避免發生土體位移或者坍塌。進行鋼板樁施工時，為保證施工效果，采用焊接等方式完成鋼板之間的相互連接，以此避免拉森鋼板拼接鎖口之間的滑移影響導致剛度降低。

拉森鋼板樁在施工過程中和外墻充分結合，并將其打入土層后不再拔出，將其作為永久維護結構。此外，由于基坑中水量較為豐富，拉森鋼板永久圍護結構施工后，在緊貼外墻處設置隔水帷幕，主要采用深層水泥攪拌樁完成，以此可形成鋼板樁和帷幕墻兩道防水系統，極大程度提升深基坑隔水能力。

3 深基坑鋼板樁支護體系施工技術

3.1 整體施工流程

完成深基坑鋼板樁支護體系方案設計后，結合施工環境確定該方案的整體施工流程，如圖2所示。

圖2 深基坑鋼板樁支護體系施工流程

3.2 施工機械設備選擇

確定施工流程后，需選擇合適的施工設備，以此保證施工進度。該工程選擇設備見表3所示。

表3 施工設備及其型號

3.3 施工關鍵技術

3.3.1 拉森鋼板樁平面和豎向布置

（1）拉森鋼板樁的平面布置應位于地下結構外圍，當處于狹小施工空間時，將其作為地下結構外模；并且該平面布置形狀需保持平整，避免發生不規則轉角。

（2）確定拉森鋼板樁豎向布置前需確定樁頂標高位置；施工過程中為避免對周圍建筑和設施造成影響，通過開挖作業溝槽的方式，使其位于合理位置，樁頂以上部分位置可采用自然放坡。

3.3.2 拉森鋼板樁打設方式

為保證鋼板樁的施工效果，采用液壓振動錘將拉森鋼板樁打入地下，并且為保證樁體的垂直度以及和墻面的平直度，應結合輔助導向架完成。導向架主要由雙側圍檁、圍檁樁和連接板組成，其結構如圖3所示。

圖3 結合輔助導向架結構

在進行打樁過程中，需從一側開始進行插打施工，并且在插打過程中需保持擊打的連續性，結合導向架嚴格控制行走線路和施工方向，避免發生較大傾斜誤差。打樁過程中，還需檢測拉森鋼板樁圍堰軸線，在合理距離下設置導向樁，以此為依據完成掛線導線制作；在控制過程中依據該導線進行鋼板樁軸線控制，確保其施工后法向精度滿足施工需求。除上述控制外，在打樁過程中，采用連續插打作業完成單樁施工，精準控制樁頂高程結果，使其滿足設計標準，避免發生較大偏差；在插打過程中需實時測量樁體的傾斜度，按照設計標準，保證樁體傾斜度在0.5%范圍內，鋼板樁軸線偏差為±10mm，一旦超過該標準，則采用拉齊法對其進行調整，將樁體拔出后重新打入。如果打入過程中鎖口位置產生縫隙，會影響鋼板樁墻的最后合龍效果，此時可采用異性樁進行調整，保證樁體打入質量。

3.4 深基坑內加固處理

依據上述步驟完成拉森鋼板樁支護體系施工后，為進一步提升深基坑穩定性，對開挖區域進行回填處理，采用分段回填法完成深基坑回填處理，基坑回填斷面結構如圖4所示。

圖4 基坑回填斷面結構

該工程共分為5個階段完成深基坑回填施工，在第一和第二回填階段中，需控制滑動剪出口，進一步避免基坑土體位移；在此基礎上則進行第三階段回填，該工程采用逐步向后推填的方式完成，回填寬度是坑深的1.3 倍左右；完成該階段回填后，則開始第四和第五階段回填，該階段的主要目的是增加回填高度，以此提升基坑鋼板樁圍護結構的穩定性。

4 深基坑鋼板樁支護體系效果分析

依據上述施工技術完成房屋建筑工程深基坑鋼板樁支護體系施工后，需對施工效果進行檢驗。由于該工程周圍環境較為復雜，存在多類建筑，對于土體的穩定性需求較高。因此，該工程主要以鋼板樁穩定性為檢驗核心，其穩定性越高則施工后土體的穩定性越佳，周圍土體的變形和位移越小，施工效果越好。

結合房屋建筑工程對基坑抗隆起穩定性進行驗算，將結構平面作為極限承載力的基準面，計算基坑隆起安全系數Ks，其公式為：

式中：

γ1、γ2——土體容重加權平均值，前者對應深基坑內土體，后者對應坑外土體；

T——周期；

Nq、Nc——地基承載力系數；

c——土體黏聚力；

H——深基坑開挖深度；

q——深基坑外地面荷載；

l——拉森鋼板樁入土深度。

依據上述公式在獲取靜荷載的情況下，可計算出深基坑鋼板樁支護體系施工后的安全系數Ks，并將計算結果和規范標準結果進行對比，如果Ks＞1.7，表示穩定性滿足工程標準。測試結果如圖5所示，由于篇幅有限，結果僅隨機呈現10個位置的驗算結果。

圖5 穩定性驗算結果

依據圖5測試結果可知：采用該工程設計的深基坑鋼板樁支護體系施工方案完成施工后，圍護結構的安全系數驗算結果均在1.7以上，其中最大結果為1.92，可保證深基坑的穩定性，可極大程度降低深基坑開挖后土體的變形，保證建筑施工效果的同時，較好的避免工程周圍建筑發生位移。

5 結束語

綜上所述，深基坑的穩定性和安全性十分重要，對于周圍存在其他建筑和市政工程的深基坑工程，更不可能掉以輕心。本文研究的鋼板樁支護體系，正是為了滿足建筑工程深基坑施工的需要。在本文的案例工程中，我們根據工程場地的地質條件和水文條件，結合工程的施工難點設計了深基坑鋼板樁支護方案；按照施工流程完成了該支護體系施工后，驗算了深基坑鋼板樁圍護結構的穩定性。實踐表明：該施工方案能夠較好的保證深基坑的穩定性，安全系數均在1.7以上，滿足工程施工要求。