HUC組合鋼板樁在深基坑工程中的應(yīng)用

上海電力建筑工程公司 上海 200437

1 HUC組合鋼板樁

HUC（H-pile and U-pile Connected的縮寫）組合鋼板樁：H型樁作為結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，承載大部分的水土壓力；U型鋼板樁為輔樁，起連接為整體和擋水的作用。通過H型主樁和U型輔助鋼板樁不同的組合形式，能獲得更大的截面參數(shù)，優(yōu)化節(jié)省鋼材用量，在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中更具性價(jià)比。為保證具有一定的施工靈活度，HUC組合鋼板樁施工采用圓管與圓鋼的鎖扣形式，圓管與圓鋼的間距為5 mm（圖1）。

圖1 H型鋼和U型鋼板樁的連接示意

2 HUC組合鋼板樁的設(shè)計(jì)及驗(yàn)算[1,2]

以本工程的原水泵房及雨水泵房基坑圍護(hù)工程為例，原水泵房、雨水泵房的開挖深度分別為6.95 m、6.6 m，采取HUC組合鋼板樁+1 道鋼支撐圍護(hù)體系，樁長(zhǎng)15 m（為原水泵房，雨水泵房樁長(zhǎng)12 m），H型鋼規(guī)格為700 mm×300 mm×13 mm×24 mm，鋼圍檁采用雙拼H型鋼，規(guī)格為700 mm×300 mm×13 mm×24 mm；第1道鋼支撐采用φ609 mm×16 mm鋼管；立柱采用350 mm×350 mm H型鋼立柱，長(zhǎng)度取20 m（表1）。

表1 圍護(hù)體基坑計(jì)算結(jié)果

由基坑計(jì)算結(jié)果可見，穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算均大于規(guī)范允許值，滿足施工安全要求。基坑最大側(cè)向變形滿足規(guī)范相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)要求。

每根樁的抗彎剛度EI=422 100 kN·m2，內(nèi)力和土體抗力的計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

抗傾覆驗(yàn)算：大于要求安全系數(shù)1.050，符合要求。（以上驗(yàn)算僅反映原水泵房區(qū)域的安全系數(shù)）。

3 HUC組合鋼板樁的施工要點(diǎn)[3-5]

3.1 施工條件

HUC組合型鋼板樁施工機(jī)具設(shè)備主要為500 kN履帶吊、導(dǎo)向架及振動(dòng)錘。對(duì)場(chǎng)地的要求不高，但是場(chǎng)地的好壞直接關(guān)系到施工的進(jìn)度，場(chǎng)地的平整度高低直接決定了調(diào)整導(dǎo)向架的效率。

3.2 施工順序

場(chǎng)地平整→導(dǎo)向架就位→H型鋼樁施打→U型鋼板樁施打→下一組組合鋼板樁施工→基坑圍護(hù)成型

圖2 內(nèi)力和土體抗力的計(jì)算結(jié)果

3.3 導(dǎo)向架

導(dǎo)向架是用多種型鋼及滑輪加工組合而成，用以滿足鋼板樁施工的鋼支架，它是整個(gè)組合鋼板樁施工的核心，施工的快慢，施工的垂直度以及HUC組合鋼板樁能否順利施工完全取決于導(dǎo)向架。導(dǎo)向架的長(zhǎng)度一般可以施工6～8 個(gè)型鋼的長(zhǎng)度，質(zhì)量8～10 t，用以增加導(dǎo)向架的穩(wěn)定性。高度一般為3～3.5 m，保證施工H型樁的垂直度，誤差控制在5 mm以內(nèi)。

3.4 H型樁的施工及垂直度控制

導(dǎo)向架安放后起吊H型樁，先靠型鋼自身的重力沉樁，當(dāng)無法再下沉?xí)r，開始用振動(dòng)錘夾緊并振動(dòng)型鋼，振動(dòng)下沉過程中，H型樁的下沉速度不能過快。當(dāng)H型樁振動(dòng)至導(dǎo)向架上層0.6～0.8 m時(shí)，停止振動(dòng)，開始下一個(gè)H型樁的施工。當(dāng)施工完一根型鋼后，應(yīng)立即觀察導(dǎo)向架，如果有偏位或不水平，應(yīng)立即進(jìn)行調(diào)整，時(shí)刻保持導(dǎo)向架的平衡。

3.5 U型板樁沉樁控制

完成H型鋼施工完畢后，開始施工U型板樁，U型板樁兩側(cè)的圓鋼應(yīng)切割成一個(gè)斜角，以減少和鎖口的摩擦力。對(duì)位時(shí)使U型板對(duì)入H型板樁鎖口，開始靠自身的重力作自由沉樁，期間吊機(jī)和指揮應(yīng)注意配合，時(shí)刻調(diào)整吊機(jī)方向，讓板能自由順利的通過導(dǎo)向架上下兩層，并入土一部分。入土后不再沉樁時(shí)，開始用振動(dòng)錘U型板樁，振動(dòng)過程也不能快，應(yīng)保持一定的速率下沉。

3.6 導(dǎo)向架接頭處H型樁間的U型板樁施工

當(dāng)施工完2 個(gè)相鄰的導(dǎo)向架內(nèi)的樁后，移走導(dǎo)向架。將相鄰的H型樁振動(dòng)至離地面1 m處。將U型板對(duì)入H型樁兩側(cè)鎖扣，啟動(dòng)振動(dòng)錘將U型板樁振入。然后依次將2 個(gè)導(dǎo)向架內(nèi)的其他樁依次振動(dòng)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，完成2 組樁的施工。

4 HUC組合鋼板樁特點(diǎn)

1）通過H型鋼與U型鋼不同的組合，可以獲得需要的圍護(hù)墻體的剛度和強(qiáng)度；同時(shí)可以根據(jù)基坑形狀，能把基坑圍護(hù)體做成復(fù)雜形狀。

2）施工便捷、程序簡(jiǎn)單、施工速度快，平均25 min可以完成1 根樁；拔樁速率快于打樁速率。以本工程為例，基坑周長(zhǎng)159 m，打設(shè)HUC鋼板樁共93 根樁，需要8 d時(shí)間完成后即可挖土；假設(shè)采用3.2 m寬的水泥土重力壩擋土墻，約660 根雙軸攪拌樁需要15 d（2 臺(tái)樁機(jī)作業(yè)），且需要28 d養(yǎng)護(hù)時(shí)間后才能進(jìn)行土方開挖。

3）HUC組合鋼板樁的日租賃費(fèi)用是8 元/t，加打拔費(fèi)約100 萬元；假設(shè)采用水泥土重力壩擋土墻，樁長(zhǎng)按8.65 m考慮，樁的總方量約3 996 m3，費(fèi)用為51 萬元（不含進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)）。

4）基坑止水效果較好，鋼板樁之間通過鎖口連接，兼做止水帷幕，基坑內(nèi)基本無大量積水。

5）基坑施工占地小，不需要大面積開挖，減少施工場(chǎng)地范圍，適用于大多數(shù)周圍環(huán)境不便大開挖的工程。

6）基坑位移小，基坑安全性高。

5 結(jié)語

HUC組合型鋼鋼板樁對(duì)施工的精確度要求較高，因此在各方面，特別是選型設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、樁體質(zhì)量方面都要嚴(yán)格把關(guān)，環(huán)環(huán)相扣，這樣才能確保施工的順利和效率，才能體現(xiàn)出HUC組合板樁真正的工藝價(jià)值。

今后在施工中應(yīng)當(dāng)繼續(xù)優(yōu)化HUC組合鋼板樁的設(shè)計(jì)，包括水平鋼支撐位置的選取，既要滿足鋼板樁抗力要求，同時(shí)也要注意與建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，避免與建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)相碰給施工帶來難度，同時(shí)還要配合協(xié)調(diào)好與土方開挖施工銜接等問題。