鋼板樁在局部深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

摘 要：以天津市某大型建筑實(shí)際深基坑工程為例，通過對(duì)地質(zhì)條件的研究，確定采用鋼板樁支護(hù)方案。并對(duì)局部深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)合基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)支護(hù)方案效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，鋼板樁在沿海軟土地區(qū)有著很好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：鋼板樁；深基坑；支護(hù)；穩(wěn)定

Steel Sheet Pile Support Structure Applied to the Locally Foundation Pit

Zhou Yong-gang

（Tianjin binhai tourist area construction of traffic and environment protection bureau， tianjin， 300480）

Abstract： Taking a large construction actual deep foundation pit project in Tianjin city as an example， based on the study of geological conditions， the steel sheet pile support scheme was determined. And the internal force of retaining structure for deep foundation pit is calculated， with the foundation pit monitoring results were evaluated on supporting effect. The results show that， the steel sheet pile in coastal soft soil area has a very good application effect.

Keywords： steel sheet pile； deep foundation pit； support； stability

0.前言

隨著我國(guó)人口的增多與建筑需求的日益發(fā)展，城市建設(shè)中大量高層、超高層建筑拔地而起。相應(yīng)地深基坑工程也越來越多，促進(jìn)了基坑工程設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的進(jìn)步。沿海地區(qū)地下水豐富，并且埋藏較淺，因此，在基坑開挖過程中，不僅要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，還應(yīng)考慮地下水產(chǎn)生的側(cè)壓力。工程實(shí)踐表明，鋼板樁結(jié)合較為緊密，能夠防止外部水體進(jìn)入，機(jī)械化操作程度高，施工簡(jiǎn)便并且可重復(fù)使用，因此在沿海軟土地區(qū)有著廣闊的應(yīng)用前景。

本文以天津某大型建筑實(shí)際深基坑工程為例，介紹了基坑中局部深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)方案以及施工過程中難點(diǎn)，為同地質(zhì)條件下深基坑的施工設(shè)計(jì)工作提供借鑒。

1.工程概況

中國(guó)石油天津大廈工程座落于天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，大廈總承包工程主要有主樓部分、輔樓A、輔樓B以及地下車庫(kù)出入口A和地下車庫(kù)出入口B組成。主樓地上23層，地下兩層，輔樓地上5層，地下一層，見圖1所示。本工程基坑深度不一，其中車庫(kù)出入口基坑深度為0～5.85m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用SMW工法樁，內(nèi)側(cè)共用輔樓圍護(hù)，坡道最深邊圍護(hù)采用灌注樁加雙軸攪拌樁，內(nèi)部設(shè)一道混凝土支撐；輔樓地下一層基坑深度6m，采用雙排灌注樁加雙軸攪拌樁止水帷幕進(jìn)行圍護(hù)，另在四角分別設(shè)置一道混凝土角撐；主樓基坑深度12.3m，與樓座基坑落差約6.3m。

本工程所在場(chǎng)區(qū)表層地下水屬于孔隙潛水類型，以大氣降水補(bǔ)給，蒸發(fā)形式排泄為主，地下水位年變化幅度在0.50～1.00m左右。初見水位埋深1.50～2.90m，穩(wěn)定水位埋深0.80～2.40m。由于周邊環(huán)境復(fù)雜，開挖區(qū)域內(nèi)多為淤泥質(zhì)粘土、降水疏干難度大，并且所在場(chǎng)區(qū)場(chǎng)地為軟弱土，場(chǎng)地類別為Ⅳ類，為抗震不利地段。

圖1 大廈效果圖

2.深基坑基坑支護(hù)方案

2.1局部深基坑概況

主樓基坑中，兩核心筒位置各包含一個(gè)集水井局部深坑，分別位于主樓ZCT7承臺(tái)與ZCT7A內(nèi)部，長(zhǎng)度12.176m，寬度8.75m。兩承臺(tái)土方開挖深度13.9m，而該集水井土方開挖深度18.25m，比該承臺(tái)處土方開挖深度深4.25m，該集水井北側(cè)邊線與負(fù)二層底板相連，界面高差5.95m，由于高差較大且場(chǎng)地土為軟土，此部分須進(jìn)行局部支護(hù)，局部深基坑位置如圖2所示。

由于局部深基坑場(chǎng)地狹小，無法進(jìn)行放坡，基坑支護(hù)有較大難度，選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方法是深基坑支護(hù)問題最關(guān)鍵的一步， 直接涉及到工程的安全、造價(jià)和工期。

2.1支護(hù)方案

（1）支護(hù)方案設(shè)計(jì)

通過對(duì)目前常用樁型的比對(duì)分析，考慮到鋼板樁的特點(diǎn)， 擬在局部深坑周邊連續(xù)插入40b工字鋼板進(jìn)行支護(hù)，內(nèi)部沿長(zhǎng)邊每4m設(shè)一道直徑350mm，壁厚6mm的鋼管撐，鋼管撐與鋼板樁之間通過一道H400×400×24×13mm型鋼腰梁進(jìn)行連接。

根據(jù)局部深基坑與周邊平臺(tái)的高度差值，一共可以分為三個(gè)界面：

1）-15m/-19.35m界面。該界面采用工字鋼板懸臂加固，鋼板樁插入后，土方一次開挖到底，剖面見圖2.3.3-19所示。

2）-16.2m/-19.35m界面。因其開挖深度小1.2m，其支護(hù)一致，故本界面不必驗(yàn)算；

3）-13.4m/-19.35m界面。此局部深基坑最終采用采用工字鋼板樁加鋼管撐支護(hù)，鋼管撐與鋼板樁之間通過一道H型鋼腰梁連接，其開挖工況分為三步，第一步挖至撐底，挖深2.10m，第二步加撐，第三步挖至坑底，總挖深5.95m。

（2）支護(hù)施工

打樁工藝：吊樁就位、檢查垂直度、放下吊錘使樁緩慢沉入土中、檢查樁位和軸線、振動(dòng)沉樁至設(shè)計(jì)要求標(biāo)高、移位、繼續(xù)沉樁。鋼板樁用三支點(diǎn)導(dǎo)桿打樁機(jī)錘擊擊入， 按單樁打入法施工。從板樁的一角開始逐塊打設(shè)。打設(shè)時(shí)須注意控制鋼板樁傾斜度。打樁允許偏差：樁頂標(biāo)高±100mm，板樁軸線偏差±100mm，板樁垂直度偏差1%。endprint

2.2支護(hù)方案計(jì)算

（1）鋼板樁穩(wěn)定性計(jì)算

鋼板樁可根據(jù)受力條件分段按平面問題計(jì)算。鋼板樁水平荷載計(jì)算寬度可取鋼板樁的中心距，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形的計(jì)算、支點(diǎn)的計(jì)算值一般按基坑開挖、地下結(jié)構(gòu)施工過程的不同工況對(duì)支護(hù)后局部深基坑的整體穩(wěn)定性、基坑抗隆起、以及內(nèi)力進(jìn)行驗(yàn)算。場(chǎng)地地質(zhì)條件和計(jì)算參數(shù)見表1。地下水位標(biāo)高為坑底以下1m。驗(yàn)算時(shí)，考慮坑外附加荷載為10KPa。計(jì)算得出-13.4m/-19.35m界面鋼板樁的內(nèi)力情況如圖3所示。

經(jīng)驗(yàn)算基坑各項(xiàng)穩(wěn)定性滿足要求。

（2）鋼管支撐驗(yàn)算

鋼管支撐為直徑350mm，壁厚12mm，長(zhǎng)度8.75m，按壓彎構(gòu)件計(jì)算。

繞任意軸X彎曲：

長(zhǎng)細(xì)比：λ=73.18

軸心受壓構(gòu)件截面分類（按受壓特性）：a類

軸心受壓整體穩(wěn)定系數(shù)：φx=0.823

荷載按1.4的安全系數(shù)，且每四米一道支撐，故計(jì)算荷載。

N=1.4×243×4=1166.4.6KN

繞X軸最不利位置穩(wěn)定應(yīng)力按《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》公式（5.1.2-1）

該荷載小于鋼材強(qiáng)度210N/mm2，故鋼管支撐安全。

c H型鋼腰梁驗(yàn)算如下：

鋼腰梁按兩端簡(jiǎn)支的三跨連續(xù)梁計(jì)算，每跨跨長(zhǎng)4m，鋼腰梁采用400×400×24×13mmH型鋼。

通過驗(yàn)算鋼支撐滿足設(shè)計(jì)要求。

3.基坑監(jiān)測(cè)

本工程基坑安全等級(jí)二級(jí)，按照設(shè)計(jì)要求，基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目嚴(yán)格按照《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 GB50497-2009》中表4.2.1中二級(jí)基坑應(yīng)測(cè)項(xiàng)目執(zhí)行。坡頂、樁頂?shù)乃轿灰票O(jiān)測(cè)樁頂?shù)乃揭剖顷P(guān)系到基坑安全的重要方面。它的監(jiān)測(cè)目的是及時(shí)掌握隨著基坑開挖深度的增加樁頂處的變形情況。

根據(jù)埋設(shè)的測(cè)斜管對(duì)土體深層位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便更好地掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和周圍土體的變化情況。對(duì)基坑周邊建筑物、樁頂和支護(hù)樁深層位移進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)觀測(cè)，獲得了測(cè)得圍護(hù)樁頂部各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移量數(shù)據(jù)。其中CX3監(jiān)測(cè)點(diǎn)樁頂以及CX5標(biāo)準(zhǔn)段一個(gè)月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。

在樁頂布點(diǎn)監(jiān)測(cè)位移隨基坑開挖的變化情況，如圖3 所示。從圖中可以看出，隨著基坑施工的不斷進(jìn)行，各測(cè)點(diǎn)的位移呈非線性增長(zhǎng)。隨著底板施工的完成，各測(cè)點(diǎn)的位移也趨向穩(wěn)定。從監(jiān)測(cè)結(jié)果也可以看出，本支護(hù)系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期支護(hù)效果，值得類似工程借鑒。

4.結(jié)語

鋼板樁應(yīng)用于既可達(dá)到止水的目的，亦可達(dá)到支護(hù)的目的，且可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，在沿海地區(qū)高層建筑地下室深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中具有廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)鋼板樁在本工程的應(yīng)用情況，保證了基坑開挖過程中的安全穩(wěn)定；從監(jiān)測(cè)結(jié)果也可以看出，本支護(hù)系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期支護(hù)效果，可以為同類地質(zhì)條件下的基坑工程提供借鑒。

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【文章編號(hào)】1006-2688（2017）08-0035-03

【作者簡(jiǎn)介】周永剛，天津市濱海旅游區(qū)建設(shè)交通和環(huán)境市容局建設(shè)管理中心，工學(xué)學(xué)士。endprint