適用中淺基坑的簡易鋼板樁施工工藝與工程實踐

任巍杰

摘要：隨著鋼板樁在施工建設(shè)中的不斷應(yīng)用，其工藝技術(shù)不斷發(fā)展及成熟。針對施工場地狹窄、環(huán)境復(fù)雜的中淺基坑開挖工程，本文開發(fā)了一種利用炮錘振搗沉樁的鋼板樁施工工藝，設(shè)計并制作了相應(yīng)的套筒裝置。該鋼板樁施工工藝成功應(yīng)用于某熱力小室基坑開挖工程中，圍護(hù)效果顯著，且施工成本較低。

Abstract： With the application of steel sheet piles in construction， its process technology has been continuously developed and matured. Aiming at the excavation of medium and shallow foundation pit with narrow construction site and complex environment， this paper develops a steel sheet pile construction technology using vibro-vibrating pile hammer to design and manufacture the corresponding sleeve device. The steel sheet pile construction technology has been successfully applied to the excavation of a thermal cell foundation pit. The effect of enclosure is remarkable， and the construction cost is low.

關(guān)鍵詞：鋼板樁；套筒裝置；工字鋼；炮錘；倒錐型

Key word： steel sheet pile；sleeve device；special steel；gun hammer；inverted cone

中圖分類號：TU753.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0144-03

0 引言

隨著我國工程建設(shè)項目的蓬勃發(fā)展，建設(shè)難度不斷增加，尤其是在基礎(chǔ)建設(shè)方面[1]。近百年來，在基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域，鋼板樁施工工藝不斷被應(yīng)用與完善[2]，體現(xiàn)了其穩(wěn)定性好[3]、安全性高、強(qiáng)度較高及可循環(huán)利用等優(yōu)點[4]，在碼頭、擋土墻、圍堰工程、護(hù)岸、地基開挖等眾多地下工程中被采用[5]。

21世紀(jì)以來，國內(nèi)各大城市先后建設(shè)地鐵項目，涉及眾多的基坑開挖工程，在該領(lǐng)域鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)得到了豐富的應(yīng)用[6]。目前鋼板樁施工技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，大工字鋼板樁工程都由專業(yè)的隊伍及機(jī)械施工，成本較高且專業(yè)性較強(qiáng)[7]，在一些中淺基坑的開挖中就顯得比較昂貴，這就急需一種簡單易行，成本較低，效果明顯的鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝[8]。

1 工程概況

某市地鐵項目前期管線遷改工程中，影響主體結(jié)構(gòu)南北向熱力主管需向西遷改，移出主體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)。依據(jù)市熱力設(shè)計院設(shè)計圖紙，需要在管線遷改位置建設(shè)四個熱力小室，其中2號小室基坑設(shè)計開挖長18m，寬4.5m，深3.5m。另外2號小室周圍建構(gòu)筑物較多，相鄰管線比較復(fù)雜。通過聯(lián)系專業(yè)鋼板樁公司咨詢報價得知小型工程鋼板樁每米合同價在8-9萬元，為節(jié)省成本，項目部決定自己研究并實施完成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

2 施工方案選擇

本工程基坑開挖深度在3.5m范圍內(nèi)，根據(jù)地質(zhì)勘探資料，開挖土層主要為雜填土和淤泥質(zhì)土，主要成分為砂質(zhì)粘土并含較多工業(yè)垃圾及腐殖物，硬度較軟，固結(jié)力較差。2號小室基坑?xùn)|側(cè)為場內(nèi)主要施工通道，西側(cè)兩米范圍內(nèi)有新改遷的煤氣、給水管。綜上所述，基坑無放坡開挖條件，由于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，需要采用一種強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性好的基坑支護(hù)工藝，否則無法保證基坑穩(wěn)定，避免發(fā)生坑壁滑坡等嚴(yán)重事故。常用的基坑支護(hù)方式有鋼板樁，土釘墻、地下連續(xù)墻、鋼筋混凝土灌注樁等等，考慮到施工場地狹窄、工期緊、施工成本等綜合因素，項目部決定采用鋼板樁支護(hù)形式。

該工程設(shè)計采用8m長40b工字鋼作為鋼板樁樁身主體，20工字鋼作為圍檁及支撐，圍檁及支撐與鋼板樁身采用焊接等可靠連接。樁身工字鋼間距0.5m一道，縱向布置增加剛度，外露0.5m，樁頂之下1m處焊接一圈圍檁，支撐工字鋼間距2m一道，共設(shè)8道，其中四個拐角分別設(shè)置一道20工字鋼斜撐。2號熱力小室基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖見圖1，斷面布置圖見圖2。

3 鋼板樁施工工藝

3.1 工藝介紹

該工程采用自行采購的工字鋼作為鋼板樁樁身，利用挖機(jī)施壓及炮錘擊打的作用力使工字鋼下沉就位，形成鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)。為保證施工，設(shè)計制作了一種工字鋼套筒結(jié)構(gòu)，可以將炮錘與工字鋼有效連接在了一起，避免擊打過程中發(fā)生脫落。主圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后，進(jìn)行土方開挖，開挖到一定標(biāo)高即架設(shè)工字鋼圍檁及支撐，與主樁身有效連接，形成一個穩(wěn)定的基坑支撐體系。

3.2 鋼板樁施工順序

測量放樣確定結(jié)構(gòu)邊線→開挖溝槽探明地下障礙物→工字鋼進(jìn)場、檢驗、端頭加工→確定樁位、安裝導(dǎo)槽槽鋼→工字鋼起吊、挖機(jī)就位→將工字鋼下壓到固定位置→樁頂安裝套筒裝置、炮錘就位→錘擊下沉工字鋼到設(shè)計標(biāo)高（樁頂高于地面0.5m）→基坑開挖到圍檁以下0.5m→安裝圍檁及支撐→基坑開挖到設(shè)計標(biāo)高→墊層及鋼筋混凝土基礎(chǔ)→2號熱力小室結(jié)構(gòu)→安裝熱力管→安裝小室蓋板及監(jiān)測井→土方回填→工字鋼拔出。

3.3 工字鋼套筒裝置

采用2cm厚鋼板加工工字鋼套筒裝置，將該裝置安裝在炮錘炮頭上，施工鋼板樁時將套筒套在工字鋼上端，利用炮錘向下的震動作用，將鋼板樁振搗入地下設(shè)計標(biāo)高。套筒裝置為同尺寸的鋼板對齊焊接而成，鋼板尺寸與所用工字鋼尺寸匹配，每個鋼板中心預(yù)先切割大小不同的圓孔，圓孔的大小根據(jù)所用炮錘炮頭尺寸而定。每塊鋼板中心圓孔的尺寸大小不一，焊接時鋼板按圓孔大小順序排列，使鋼板焊接完成時內(nèi)部圓孔成倒錐形排布。圖3為工字鋼套筒裝置平面圖，圖4為該裝置的剖面視圖，其中D為與炮錘炮頭直徑相應(yīng)寬度，d為套筒內(nèi)空間與工字鋼間活動距離。

要求鋼板之間四周滿焊，并保證焊接質(zhì)量，從而增強(qiáng)整個套筒裝置的剛度及穩(wěn)定性。鋼板中心圓孔應(yīng)上下平滑過度，這就要求切割圓孔時切割面成一定的角度。套筒裝置內(nèi)部倒圓錐孔要求能完全插入炮頭的尖端部位，將其套牢，兩者之間的密合度要盡量高。

層狀鋼板體焊接好后，需要在鋼板體的四周再焊接一圈薄鋼板，薄鋼板要求將鋼板體圍成整圈，上下突出的尺寸需根據(jù)炮頭和工字鋼的尺寸而定。該結(jié)構(gòu)是防止鋼板樁施工時炮錘的炮頭和工字鋼端頭從套筒裝置中脫落，需要一定的強(qiáng)度。在套筒結(jié)構(gòu)的上部薄鋼板對稱部位焊接兩個相同的鋼環(huán)，用于綁扎懸吊鋼絲繩，兩端對稱綁扎強(qiáng)度較高、大小相等的鋼絲繩。鋼絲繩被用來將套筒裝置懸掛于炮頭上部結(jié)構(gòu)上，方便炮錘鋼板樁施工。

3.4 鋼板樁安裝前準(zhǔn)備

施工機(jī)械：210輪挖或履挖一臺（帶炮頭）、小型吊車一臺。

施工材料：100根40b工字鋼（每根長度8m），安裝前需將樁底切割成尖頭；90m20工字鋼用于做圍檁及支撐；2cm厚鋼板5m2做套筒。

施工人員：兩名普工（配合吊裝，調(diào)整鋼板樁入導(dǎo)槽角度）、信號工一名（指揮工字鋼的吊裝及定位）、焊工一名（制作套筒）、測量人員一名（用于觀測鋼板樁下樁垂直度）。

3.5 施工技術(shù)要求

①工字鋼套筒的加工需預(yù)先明確鋼板樁所用工字鋼的類型及型號，現(xiàn)場利用鋼板加工，套筒長寬尺寸應(yīng)略大于工字鋼外邊尺寸，控制在+1cm以內(nèi)，且套筒下部與工字鋼連接部位的高度應(yīng)大于0.3m（根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定），防止炮錘向下振搗時，套筒脫離工字鋼。

②為防止炮錘較強(qiáng)的震動作用使得套筒變形破壞，要求套筒加工鋼板具有較強(qiáng)的剛度，鋼板焊接四周應(yīng)嚴(yán)絲合縫，套筒懸吊應(yīng)采用強(qiáng)度較高的鋼絲繩，防止振搗時套筒脫落。

③為使鋼板樁安裝整齊且垂直度較高，需在鋼板樁安裝前于設(shè)計位置的兩側(cè)，利用工字鋼鋪設(shè)一條導(dǎo)槽，施工時將工字鋼卡在導(dǎo)槽內(nèi)，這樣可以防止工字鋼在下落過程中發(fā)生旋轉(zhuǎn)扭曲。

④工字鋼下端頭需事先用氧氣乙炔切割成單邊尖頭或中間尖頭，減少工字鋼受力面積，方便工字鋼向下插入，減小硬土地層的施工難度且能有效的躲避碎石等小的障礙物。

3.6 施工注意事項

①導(dǎo)槽工字鋼應(yīng)焊接牢固，確保其不晃動，以便打樁時提高精確度。

②提前應(yīng)進(jìn)行試樁，炮錘炮頭應(yīng)鉛垂向下，并與工字鋼中心位于同一軸線上。

③吊起工字鋼，應(yīng)待其穩(wěn)定、位置正確后，再振動下沉。工字鋼每下沉1～2m左右，停止振搗，測樁工字鋼入地垂直度，如若發(fā)現(xiàn)偏差，應(yīng)及時糾正。

④沉樁中工字鋼下沉速度突然減小，應(yīng)停止沉樁，并向上拔起0.6～1.0m，然后重新快速下沉，如仍不能下沉，采取其他措施。

⑤待工字鋼振動插入地下到設(shè)計標(biāo)高以上20-40cm時，調(diào)整炮錘，緩慢擊打，防止超深。

4 變形監(jiān)測

4.1 鋼板樁變形監(jiān)測

在鋼板樁上選定測點，要求測量人員在土方開挖期間定期進(jìn)行觀測，并將觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與比對，數(shù)據(jù)變化較大時及時通知管理人員并采取有效措施進(jìn)行防控。檢測的主要項目是鋼板樁測點的沉降變化和位移變化。

4.2 周邊建（構(gòu)）筑物及管線變形監(jiān)測

要求對基坑周邊20m范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物固定位置及10m范圍內(nèi)管線地面進(jìn)行測點布控，并進(jìn)行定期巡視及監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)地面沉降過大、房屋墻壁開裂、路面出現(xiàn)裂縫等情況，應(yīng)立即停止基坑開挖，并及時采取有效措施。

5 鋼板樁圍護(hù)效果分析

2號熱力小室基坑鋼板樁共計施做94m，基坑開挖開挖過程中對周邊建構(gòu)筑物及管線的沉降及變形進(jìn)行了嚴(yán)密的監(jiān)測，建構(gòu)筑物沒有發(fā)生明顯的沉降及變形?；娱_挖后各工字鋼排列整齊、連接緊密，小室施工過程中，基坑邊坡較穩(wěn)定，未發(fā)生邊坡失穩(wěn)及局部塌陷的情況。

另外，本次基坑圍護(hù)鋼板樁施工的成本較低，材料費：工字鋼加鋼板共計9.5萬元；機(jī)械臺班：210輪式挖機(jī)（帶炮錘）半個臺班加20t汽車吊半個臺班共計0.5萬元；人工費：共計0.1萬元。施工成本合計10萬元左右。待熱力小室施工完成土方回填后，可利用挖機(jī)將對工字鋼拔出回收利用，這極大的降低了材料成本，故本項目圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實際施工陳本約3.5萬元左右。

可見，利用該鋼板樁施工工藝的施工成本較低，且效果顯著。

6 結(jié)論及工藝前景

該鋼板樁施工工藝效果顯著，設(shè)計的套筒裝置簡單方便、價格低廉，鋼板樁施工方法靈活多變，摒棄了之前需要的專業(yè)施工隊伍及專業(yè)施工機(jī)械，極大的降低了基坑圍護(hù)的施工成本。

本鋼板樁施工方法可以利用施工場地的常見的鋼板材料及通用挖機(jī)等機(jī)械進(jìn)行施工，施工成本較低，適用于深度為5m范圍內(nèi)的各類基坑圍護(hù)施工。

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