深基坑鋼板樁支護(hù)施工設(shè)備選型及施工要點(diǎn)探討

摘要：文章結(jié)合某濱海城市深基坑支護(hù)工程，闡述了鋼板樁支護(hù)施工設(shè)備選型及施工關(guān)鍵工藝。對(duì)比分析多種設(shè)備優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)，最終選用“上海振中YZPJ-100型液壓振動(dòng)錘+三一重工SY245H 中型挖掘機(jī)”組成的振動(dòng)打樁機(jī)進(jìn)行鋼板樁打樁工作。該振動(dòng)打樁機(jī)具有整機(jī)重量較低，能夠應(yīng)用在濱海城市軟土深基坑鋼板樁支護(hù)施工中。

[作者簡(jiǎn)介]肖志林（1983—），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事工程項(xiàng)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(shè)帶來了一定的挑戰(zhàn)[1-2]。鋼板樁支護(hù)具有施工周期短、低噪聲、剛度大、抗?jié)B性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在濱海城市基坑支護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于施工操作管理不當(dāng)或設(shè)備選型不正確，鋼板樁支護(hù)在工程實(shí)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(hù)工程，深入闡釋了鋼板樁支護(hù)在濱海城市深基坑支護(hù)中應(yīng)用的可行性、設(shè)備選型及施工關(guān)鍵工藝。

1 工程背景與基坑支護(hù)方案

1.1 工程背景

本次試驗(yàn)研究依托于某濱海城市商業(yè)大廈基坑支護(hù)工程，臨近地鐵路口站。該基坑安全等級(jí)為一級(jí)，開挖深度為（12±1.5） m?；佣温淠硞?cè)附近存在一城市地鐵隧道，其拱頂埋深約為16 m，隧道結(jié)構(gòu)外徑6.0 m。擬建建筑地下室支護(hù)結(jié)構(gòu)邊緣距離地鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)距離最近處為5.0 m（圖1）。

根據(jù)工程勘察報(bào)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(nèi)，雜填土層厚約0.90 m，且粘聚力、內(nèi)摩擦角較小，土的力學(xué)性質(zhì)較差;粉土層按照力學(xué)性質(zhì)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(xué)性質(zhì)存在差異，埋深越大的土層承載能力越強(qiáng)。由于基坑開挖深度較大，同時(shí)由于城市建設(shè)無法采取放坡開挖，因此，必須進(jìn)行有效的基坑支護(hù)方法才能進(jìn)一步開展工作。

1.2 基坑支護(hù)方案確定

根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果及資料調(diào)查，發(fā)現(xiàn)土體液化等級(jí)為嚴(yán)重，基坑必須采取支護(hù)措施，先支護(hù)、后開挖。經(jīng)過多方討論，擬采用“鋼板樁+內(nèi)支撐”支護(hù)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行基坑支護(hù)。選用鋼板樁作為基坑圍護(hù)體系，樁長(zhǎng)18.00 m，嵌入基坑底土體6.00 m?；觾?nèi)側(cè)在頂部設(shè)置一層圍檁加錨拉，圍檁采用熱軋寬翼緣雙拼22號(hào)背對(duì)背槽鋼，通過錨桿25 mm圓 鋼與基坑外錨桿拉結(jié)，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(nèi)（圖2）。

2 鋼板樁支護(hù)施工

2.1 鋼板樁選型

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，經(jīng)過研究及力學(xué)驗(yàn)算，經(jīng)過研究及力學(xué)驗(yàn)算，選取截面抵抗矩W=2 270 cm3的拉森IV型鋼板樁進(jìn)行支護(hù)。在鋼板樁進(jìn)場(chǎng)前，需進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和處理，包括外觀檢驗(yàn)和缺陷矯正等。

2.2 施工設(shè)備選型

用鋼板樁進(jìn)行基坑支護(hù)施工，主要涉及到的施工設(shè)備有：反鏟挖土機(jī)、裝載機(jī)、自卸車、液壓振動(dòng)錘、履帶式挖掘機(jī)、汽車式起重機(jī)、水泵、振動(dòng)拔樁機(jī)、氣割機(jī)、電焊機(jī)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(hù)中鋼板樁打樁設(shè)備選型及施工工藝問題，因此需要結(jié)合實(shí)際情況分析多種設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。

目前，鋼板樁的施工設(shè)備較多，可以分為沖擊打樁設(shè)備、振動(dòng)打樁設(shè)備、振動(dòng)沖擊打樁設(shè)備以及靜力壓樁設(shè)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(shè)備和沖擊打樁設(shè)備均不滿足要求。經(jīng)過研究，認(rèn)為采用振動(dòng)打樁設(shè)備最佳，且該設(shè)備還可以用于振動(dòng)拔樁，具有較高的經(jīng)濟(jì)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(dòng)錘+三一重工SY245H 中型挖掘機(jī)”組成的振動(dòng)打樁機(jī)。上海振中YZPJ-100型液壓振動(dòng)錘的偏心力矩在0～447 （N·m）之間，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)1 400 r/min，最大激振力可達(dá)980 kN，允許用拔樁力達(dá)588 kN。分析認(rèn)為，上海振中YZPJ-100型液壓振動(dòng)錘能夠滿足該地層條件下鋼板樁打樁與拔樁施工。挖掘機(jī)采用三一重工SY245H 中型挖掘機(jī)，該設(shè)備鏟斗容量為1.3～2.1 m3，額定功率為147 kW（2 100 r/min），整機(jī)工作重量為25.50 t，最大挖掘深度可達(dá)6.70 m，鏟斗挖掘力達(dá)175 kN。本次軟土地基條件下的深基坑鋼管樁支護(hù)難度較大，一方面，深基坑開挖深度達(dá)12 m，鋼板樁長(zhǎng)度達(dá)16 m，因此需要設(shè)備的功率能夠滿足打樁與拔樁施工條件，因此小型挖掘機(jī)不能滿足要求;另一方面，大型挖掘機(jī)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(zhì)量，因此大型挖掘機(jī)也難以適用。因此，經(jīng)過深入探討與評(píng)估，采用“上海振中YZPJ-100型液壓振動(dòng)錘+三一重工SY245H 中型挖掘機(jī)”組成的振動(dòng)打樁機(jī)能夠較好的適用于本次軟土地基深基坑鋼板樁支護(hù)打樁和拔樁工作中。

2.3 施工工藝

2.3.1 鋼板樁打設(shè)

在鋼板樁打設(shè)前，需要先與相關(guān)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(shè)施進(jìn)行處理。再根據(jù)后續(xù)的施工要求和鋼板樁的打設(shè)要求，設(shè)定鋼板樁的打設(shè)位置， 按照順序?yàn)⒒揖€標(biāo)注鋼板樁位置。在鋼板樁時(shí)，需要采用挖機(jī)挖掘?qū)挾群蜕疃葹? m的溝槽，清除鋼板樁區(qū)域的硬層后再采用單獨(dú)打入法進(jìn)行鋼板樁打設(shè)。具體打設(shè)方法為先將第一支鋼板樁吊運(yùn)至樁位，確認(rèn)正確后振動(dòng)打入，然后再將第二支鋼板樁吊運(yùn)至樁位，確認(rèn)企口位置后振動(dòng)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(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置

支護(hù)結(jié)構(gòu)施工順序如下：錨樁施工—鋼板樁內(nèi)外側(cè)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(yàn)收。將圍檁設(shè)置在鋼板 樁墻距頂部500 mm處，由雙拼22號(hào)背對(duì)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(cè)的錨樁上，固定方式均采用螺絲連接，錨樁為20號(hào)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(gè)轉(zhuǎn)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(jìn)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(dòng)錘產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)擾動(dòng)土質(zhì)，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(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

為驗(yàn)證“鋼板樁支護(hù)+內(nèi)支撐”支護(hù)體系及“上海振中YZPJ-100型液壓振動(dòng)錘+三一重工SY245H 中型挖掘機(jī)”組成的振動(dòng)打樁機(jī)施工的可行性，本次研究在基坑頂部的轉(zhuǎn)角處、中點(diǎn)位置共設(shè)置8個(gè)位移觀測(cè)點(diǎn)，具體布置如圖3所示。根據(jù)基坑工程安全等級(jí)，本次監(jiān)測(cè)鋼板樁豎向位移報(bào)警值為20 mm。

3.2 位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖4為深基坑開挖過程中各位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果，即，基坑各點(diǎn)豎向位移隨時(shí)間變化曲線。由圖可知，隨著開挖過程的不斷推進(jìn)，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移也逐漸增大，但對(duì)于測(cè)點(diǎn)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(shè)置的報(bào)警值（20 mm），遠(yuǎn)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(nèi)支撐”體系進(jìn)行濱海城市軟土地層深基坑支護(hù)時(shí)，基坑的變形能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求，該支護(hù)方案可行性高。此外，進(jìn)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(duì)于測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2，在基坑開始開挖不久，測(cè)點(diǎn)就分別產(chǎn)生了7 mm和5 mm的豎向位移，測(cè)點(diǎn)3、4、6則產(chǎn)生了1 mm的沉降，而測(cè)點(diǎn)5、7、8則未見明顯地表沉降現(xiàn)象。結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告及周圍建筑分布情況，分析認(rèn)為，這是由于在基坑西北角（測(cè)點(diǎn)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(dǎo)致靠近另外一個(gè)基坑的測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)1、2）處產(chǎn)生了較大的沉降。

4 結(jié)論

（1）“上海振中YZPJ-100型液壓振動(dòng)錘+三一重工SY245H 中型挖掘機(jī)”組成的振動(dòng)打樁機(jī)進(jìn)行打樁施工，該設(shè)備能夠適用于濱海城市軟土層深基坑鋼板樁支護(hù)工作中，具有整機(jī)質(zhì)量較小、運(yùn)輸方便、成本較低等優(yōu)勢(shì)。

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

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