鋼板樁復合混凝土環(huán)形結構支撐體系在基坑中的應用

陳 楚 （福州市一建建設股份有限公司，福建 福州 350001）

0 前言

隨著經濟的發(fā)展，為滿足日益增長的停車等需求，建筑工程地下室面積越來越大、越來越深，深基坑工程支撐體系的重要性就越發(fā)明顯。

基坑工程中常用鋼板樁或鉆孔灌注樁等作為圍護結構，基坑內設置現(xiàn)澆鋼筋混凝土、型鋼來形成水平支撐。常規(guī)的直交式或垂直式支撐體系，給工程施工帶來了諸多不便，對工程進度造成了較大的影響。

鋼板樁高強度承載力高，施工簡便高效，可循環(huán)利用，節(jié)約施工成本。環(huán)形支撐體系受壓性能好，可充分利用鋼筋混凝土抗壓強度高的材料性能。采用環(huán)形支撐體系，基坑中央空曠，土方開挖及結構施工都較為便利，可有效縮短工期。

因此研究鋼板樁復合混凝土環(huán)形結構支撐體系對于基坑工程具有明顯意義，本文以某市一基坑項目為例，進行鋼板樁復合環(huán)形混凝土結構支撐體系的應用研究。

1 基坑特征

該工程為軟土地區(qū)深基坑，基坑總面積約5萬m2，大部開挖至飽和流塑狀淤泥層，周邊場地標高在4.5～6m之間，平面近似長方形詳見圖1，開挖深度為3.8～4.5m，基坑大面采用拉森鋼板樁加一道擴孔錨桿作為支護。

基坑西南角為項目的會所，設地下泳池及庭院，周邊場地標高為5.4m，底板墊層底標高為-0.85～1.05m，開挖深度4.25～6.25m。西側為市政支路及學校，南向為市政主干道，地下室西側外墻距用地紅線最近處為5m。

圖1 基坑總平面圖

會所位置周邊區(qū)域狹窄，基坑變形需嚴格控制。因開挖深度達6.25m，和周邊落差較大，故在會所位置基坑采用環(huán)形復合支撐體系，平面布置詳見圖1。

2 鋼板樁復合環(huán)形結構支撐體系的應用

2.1 支撐體系設計

2.1.1 圍護樁設計

依據(jù)會所地質及開挖規(guī)模，圍護樁采用H型鋼樁，考慮場地無強透水層，型鋼間采用單軸水泥攪拌樁進行止水/止泥。

2.1.2 復合環(huán)形混凝土結構支撐體系設計

為實現(xiàn)土方大開挖，結合會所平面形狀特點，確定在此區(qū)域使用鋼板樁復合混凝土環(huán)形支撐體系，局部使用角支撐，即型鋼樁加一道環(huán)形鋼筋混凝土冠梁內支撐。會所地下室結構在施工至環(huán)形支撐邊留設施工縫，待拔除鋼板樁及拆除混凝土環(huán)形支撐后，再與大地下室結構連接。

2.2 鋼板樁復合環(huán)形結構支撐體系的施工

2.2.1 基坑施工順序

①場地清障整平；

②施工型鋼樁及水泥攪拌樁；

③土方開挖至環(huán)形支撐底標高,邊坡噴射混凝土施工；

④施工鋼筋混凝土環(huán)形內支撐體系；

⑤待環(huán)形支撐梁達到設計強度后,開挖土方至設計標高；

⑥地下底板及傳力帶施工；

⑦地下室墻柱結構施工；

⑧待地下底板及傳力帶強度達到設計值，地下室外墻土方回填；

⑨型鋼拔除回收，拆除環(huán)形鋼筋混凝土內支撐。

2.2.2 鋼板樁施工

鋼板樁采用HM488×300×11×18型鋼，間距600，長度18m/24m間隔布置，樁頂標高為4.4m。因周邊為學校及居民區(qū)，為嚴格控制施工噪音區(qū)域，型鋼采用高頻振動方式打入土體。鋼結構采用E43系列焊條角焊縫連接，角焊縫質量等級為三級。

2.2.3 單軸水泥攪拌樁施工

型鋼樁外側采用1排Φ500@350單軸水泥攪拌樁進行止水、止泥，長度13m/10m，樁頂標高為3.2m。水泥采用P.O 32.5復合硅酸鹽水泥，水灰比（0.55～0.60）∶1。水泥摻合量為18%，空孔段水泥摻合量為8%。

2.2.4 鋼筋混凝土環(huán)形內支撐冠梁施工及拆除

①支撐冠梁底澆搗100m厚C15素混凝土墊層，在墊層與支撐梁之間采用油氈等隔離措施，在大面土方開挖過程及時鑿除墊層，避免增加支撐梁自重及防止墊層墜落傷人。

②支撐梁的縱筋施工控制：直徑≥22mm的鋼筋均采用機械連接，其他鋼筋采用焊接，鋼筋錨固長度均不小于35d，縱向受力鋼筋保護層厚度不小于40mm。

支撐梁內的H型鋼外包油毛氈等隔離材料，以便后期拔除。

③環(huán)形支撐梁施工偏差控制：標高偏差≤20mm，水平位置偏差為≤30mm。

④傳力帶施工：采用厚度不小于200mm素混凝土沿環(huán)形支撐連續(xù)設置，跟隨地下室底板施工，強度同底板。

⑤型鋼拔除及環(huán)形支撐拆除：型鋼結構在地下室結構完成，回填密實后進行拔除回收。環(huán)形支撐結構需在底板及傳力帶達到設計強度后，即換撐體系形成后進行支撐體系的拆除[2]。環(huán)形支撐梁先拆除次梁，再拆除角撐，最后拆除環(huán)形主撐弧梁。

2.3 復合環(huán)形支撐體系的監(jiān)測

基坑工程施工過程，需依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)指導現(xiàn)場施工，確保周邊環(huán)境安全。

2.3.1 監(jiān)測點的設置

對于深基坑的監(jiān)測是保障深基坑及周邊環(huán)境安全的重要環(huán)節(jié)，是實施信息化施工的重要措施。根據(jù)周邊環(huán)境條件，在混凝土環(huán)形支撐周邊共設置了22個沉降及水平位移監(jiān)測點，坡頂及坡腳各11個；深層水平位移監(jiān)測點6個，監(jiān)測點布置詳見圖2。

2.3.2 各施工階段的監(jiān)測頻率

①基坑開挖期間：每天一次；

②地下室結構施工期間：每2～3d一次，底板完成5d1次；

圖2 監(jiān)測點平面布置圖

③鋼板樁拔除及支撐拆除期間：2d一次。

2.3.3 施工過程監(jiān)測結果

地下室開始土方開挖至型鋼樁拔除及拆除支撐梁，復合支撐體系共使用50d，監(jiān)測次數(shù)共24次。

最大水平位移點為西側P11點，累計位移28mm（圖2圖中打圈位置）；累計坡頂沉降為4.1～7.8mm；周邊道路、管線及地表累計水平位移在0.7～3.0mm，累計沉降為4.5～8.5mm。監(jiān)測結果顯示復合環(huán)形支撐體系變形較小，支護體系安全有效。

2.4 復合環(huán)形支撐體系的維護

2.4.1 可能出現(xiàn)的問題

①位移超設計限值，支撐結構破壞。

②考慮到場地存在中砂層，土方開挖過程可能發(fā)生滲水情況。

2.4.2 應對措施

①通過在基坑環(huán)形支撐邊設置監(jiān)測點，能夠及時發(fā)現(xiàn)支持結構出現(xiàn)的問題。密切關注施工期間天氣情況，做好預防準備，避免支撐體系出現(xiàn)大幅位移。安排專人每天巡查重要節(jié)點，如果出現(xiàn)裂縫等問題需要立刻進行加固處理[3]。如出現(xiàn)支護結構或周邊變形過大時，及時在基坑內被動區(qū)進行堆土反壓，或坡頂卸土等加固等措施搶險。

②若開挖過程發(fā)生土體滲漏水，及時施工高壓旋噴樁進行止水，同時及時將滲入基坑的水收集排出。

3 鋼板樁復合環(huán)形結構支撐體系的優(yōu)勢

使用鋼板樁復合環(huán)形支撐能夠有效控制基坑周邊位移及沉降變形，能夠保障基坑和周圍建筑、道路的穩(wěn)定。

大直徑的環(huán)形支撐，基坑中央空曠，土方施工可大開挖，開挖周期大幅縮短。且結構施工材料能夠更加便捷的運輸，在很大程度上節(jié)約了施工工期。

復合環(huán)形支撐體系，大大減少了支撐桿件的使用，且型鋼能夠拔除重復使用，有效降低了施工成本，直接減少了工程造價。

4 結論

綜上所述，在基坑工程中使用鋼板樁復合環(huán)形結構支撐體系，能夠保證基坑工程安全，有效加快施工進度，鋼板樁主要材料的重復利用，響應了國家建設“節(jié)約型社會”的號召，支持了國家的可持續(xù)發(fā)展。