新型靜壓鋼板樁結(jié)合鋼筋混凝土內(nèi)支撐深基坑支護施工技術(shù)

左 皓 農(nóng) 力 唐光暹,2 甘斌強

1. 廣西北投地產(chǎn)集團有限公司 廣西 南寧 530029；2. 廣西大學土木建筑工程學院 廣西 南寧 530004；3. 廣西建工集團基礎(chǔ)建設(shè)有限公司 廣西 南寧 530201

舊城區(qū)改造項目存在場地狹小、周邊環(huán)境復雜等客觀因素，往往導致深基坑工程在實施過程中遇到周邊土體位移、附近建（構(gòu)）筑物沉降和開裂等問題，從而加大了項目的建設(shè)難度和成本。因此，如何實現(xiàn)城市狹窄空間內(nèi)深基坑工程施工的合理設(shè)計、安全作業(yè)，逐漸成為工程關(guān)注的焦點[1-2]。

鋼板樁因具有強度高、隔水好、施工簡便、可重復使用等特點，在基坑支護工程中得到廣泛應(yīng)用[3-4]。但該類型樁也存在剛度小、進入堅硬地層時易變形及單根鋼支撐抗彎能力較差等不足，設(shè)計須考慮加固支撐來提高整體支護剛度以達到控制基坑變形的要求[5]。因此，對于新型靜壓鋼板樁結(jié)合鋼筋混凝土內(nèi)支撐深基坑支護形式，充分發(fā)揮鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼板樁各自的優(yōu)點，對保證深基坑的安全和促進深基坑的發(fā)展具有重要意義。

1 工程概況

1.1 項目概況

南寧市“三街兩巷”項目位于南寧市民族大道北側(cè)，基坑形狀為長條形，開挖深度為10.30～10.80 m。該項目基坑四周紅線距離1.7～3.0 m范圍內(nèi)均為1～6層的老舊民用建筑，其基礎(chǔ)形式均采用淺基礎(chǔ)。

1.2 水文地質(zhì)條件

項目場地土層分布依次分為7層，從上至下為第四系人工雜填土、淤泥、第四系更新統(tǒng)望高組沖積成因的黏土、粉質(zhì)黏土及圓礫，下伏地層為古近系里彩組湖相沉積的泥巖等組成。僅揭露主要賦存和運移于雜填土層中的上層滯水以及賦存和運移于圓礫層中的孔隙水。

1.3 設(shè)計情況

該項目周邊民房密集，周邊文保單位眾多，結(jié)構(gòu)簡單，基礎(chǔ)形式不明，支護結(jié)構(gòu)要求較高。

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，項目基坑支護設(shè)計采用鋼板樁＋鋼筋混凝土內(nèi)支撐形式，選用2道內(nèi)支撐，第1道內(nèi)支撐梁標高78.00 m，第2道內(nèi)支撐梁標高73.50 mm，設(shè)計基坑支護剖面如圖1所示。

圖1 基坑支護設(shè)計剖面

支護鋼板樁采用600 mm×210 mm×18 mm鋼板樁，樁長18.0 m，鋼板樁連接大樣如圖2所示。

圖2 鋼板樁連接大樣

2 施工中的重、難點分析

對于靜壓鋼板樁結(jié)合鋼筋混凝土內(nèi)支撐這種新型基坑支護結(jié)構(gòu)形式，實際施工中主要面臨鋼板樁施工、鋼筋混凝土支撐與鋼板樁支護體系連接、拆除及鋼板樁拔出循環(huán)利用等問題。

1）周邊建（構(gòu)）筑物離基坑較近，鋼板樁插打施工作業(yè)平臺及范圍受限。同時，場地地層中含有較厚的圓礫層，常規(guī)的靜壓鋼板樁壓入施工是一大難題。

2）通過在鋼板樁上焊接牛腿、連接筋、吊筋等方式對鋼筋混凝土腰梁進行支撐，保證了內(nèi)支撐的節(jié)點安全。但采用該工藝對施工質(zhì)量提出較高要求，且節(jié)點區(qū)鋼筋較密，鋼筋的布設(shè)、節(jié)點焊縫質(zhì)量及混凝土的振搗質(zhì)量等因素均將影響圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3）基坑回填后可將鋼板樁拔出循環(huán)利用，總造價較低，性價比較高[6]?？紤]到鋼板樁易變形，因此，支撐的拆除和拔樁順序非常關(guān)鍵，各工序在施工過程中將產(chǎn)生交叉作業(yè)，相互影響大。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工藝流程

施工準備→鋼板樁植入施工→土方開挖→立柱樁、鋼立柱的施工→第1道腰梁及支撐梁施工→土方開挖→第2道腰梁及支撐梁施工→土方開挖基坑底→傳力帶施工→第2道腰梁及支撐梁拆除施工→傳力帶施工→第1道腰梁及支撐梁拆除施工→拔鋼板樁

3.2 鋼板樁植入施工

1）本次的機械設(shè)備采用從日本引進的F201型螺旋鉆靜壓植樁機。該設(shè)備可以應(yīng)對各種堅硬地層，根據(jù)植樁深度和土層的標準貫入試驗N值，靜壓植樁機可以通過不同的壓入方法完成U形鋼板樁的壓入施工。

2）螺旋鉆靜壓施打鋼板樁。

3）構(gòu)建施工平臺與開挖溝槽。若設(shè)計樁頂標高距地面高度h≥0.5 m，可不進行溝槽開挖；若h＜0.5 m，則為確保螺旋鉆靜壓植樁機順利實現(xiàn)自走及排土，應(yīng)沿支護樁中心線方向開挖高度≥0.5 m，寬度≥1.4 m的溝槽。

3.3 土方開挖

基坑開挖宜同時采用機械開挖和人工清挖，并與基坑排水、支護密切配合，確保土方開挖前挖方區(qū)域處于無水狀態(tài)。

1）鋼板樁植入施工完成段可同時進行土方開挖，土方開挖至第1道腰梁底面設(shè)計標高后施工腰梁及第1道內(nèi)支撐梁，之后進行格構(gòu)柱施工。

2）格構(gòu)柱施工完成且強度達到要求后，土方開挖至第2道腰梁底面設(shè)計標高后施工第2道腰梁及內(nèi)支撐梁。

3）第2道腰梁及內(nèi)支撐梁施工完成且混凝土強度達到設(shè)計強度的80%后，土方開挖至基坑底面設(shè)計標高。

對于場地狹窄的項目，在土方開挖至第1道內(nèi)支撐以上部分，均可設(shè)置臨時車道出土。

在本工程中，第1道內(nèi)支撐之上土方開挖可從基坑東側(cè)向西側(cè)出土、從基坑西側(cè)向東側(cè)出土或兩邊同時出土，臨時車道下至開挖面；第1道內(nèi)支撐以下部分土方開挖，應(yīng)采用臺階退挖法，從基坑一側(cè)依次將土收集至另一側(cè)，再由抓鏟挖掘機抓至運輸車上運出。

3.4 立柱樁、鋼立柱的施工

采用旋挖鉆機成孔，鋼筋籠下放至孔口位置時用型鋼固定，將格構(gòu)柱吊至鋼筋籠內(nèi)進行加固連接。鋼筋籠部分主筋上部彎起，與格構(gòu)柱綴板及角鋼焊接固定。焊接過程中，吊車始終吊住格構(gòu)柱，避免其受力，且格構(gòu)柱應(yīng)居于鋼筋籠正中心。

3.5 腰梁及內(nèi)支撐施工

3.5.1 鋼牛腿與鋼板樁連接

土方整體開挖至每道鋼筋混凝土支撐梁底標高時，應(yīng)沿腰梁位置開挖一條寬1.2～1.5 m，深1.0～1.2 m的鋼牛腿焊接操作施工槽。

鋼牛腿焊接前應(yīng)清理鋼板樁上需焊接鋼牛腿處的樁身，并在鋼板樁上放線標記腰梁梁底標高；鋼牛腿采用厚10 mm的鋼板，橫截面呈梯形、縱截面呈T形，焊接采用雙面焊，焊腳高度hf＝8 mm，間距為1.2 m，鋼牛腿的焊接如圖3所示。焊接完成后，及時回填并夯實施工槽，以便后續(xù)腰梁施工。

圖3 鋼牛腿焊接

3.5.2 墊層施工

支撐梁、腰梁墊層施工時，在挖好的土面上澆筑厚100 mm素混凝土墊層。墊層施工隨挖土分段鋪設(shè)，支撐寬度兩邊各擴200 mm，腰梁外側(cè)擴200 mm。墊層面上用1層油毛氈作隔離層，寬度與支撐寬相等。

3.5.3 鋼筋制作、安裝

1）梁鋼筋綁扎。腰梁鋼筋籠綁扎前應(yīng)先在鋼牛腿上方焊接連接鋼筋及吊筋于鋼板樁上。本工程連接鋼筋采用φ22 mm的鋼筋，吊筋采用φ25 mm的鋼筋，均為雙面焊，焊腳hf＝8 mm，連接方式如圖4所示。受力鋼筋的搭接接頭位置互相錯開，腰梁采用焊接搭接受力鋼筋，支撐梁采用綁扎搭接受力鋼筋。箍筋與受力鋼筋交接處全部滿扎，腰梁的箍筋與鋼板樁焊接固定。

圖4 腰梁與鋼板樁連接示意

2）與鋼格構(gòu)柱的連接。為保證內(nèi)支撐與鋼格構(gòu)柱的節(jié)點連接可靠性，在內(nèi)支撐梁與鋼格構(gòu)柱交接處綁扎鋼筋前，在格構(gòu)柱上對應(yīng)內(nèi)支撐梁底面的位置沿四周焊接角鋼，然后將鋼筋與格構(gòu)柱穿插綁扎，綁扎時使內(nèi)支撐梁交點中心與格構(gòu)柱中心重合。

3.5.4 混凝土的澆筑、拆模

模板安裝檢驗合格后，進行混凝土澆筑。當鋼筋混凝土水平支撐系統(tǒng)長度較長且體量較大時，進行分段澆筑施工，并配合使用插入式振動器振動密實。2道支撐之間做1個澆筑施工段。

3.6 支撐拆除與鋼板樁拔樁

3.6.1 支撐的拆除

在第2道支撐拆除前，應(yīng)先進行圍護擋墻鋼板樁清理，而后再施工底板及傳力帶，且確保強度達到100%設(shè)計強度。在傳力帶與鋼板樁之間須設(shè)油毛氈隔離層，傳力帶頂標高應(yīng)與底板面層標高相同。各構(gòu)件與鋼板樁換撐連接如圖5所示。

圖5 各構(gòu)件與鋼板樁換撐連接大樣

機械拆除支撐前須進行內(nèi)力釋放。每隔一根支撐梁斷面，在保證梁鋼筋不截斷的情況下進行混凝土人工鑿除，由梁鋼筋的變形來實現(xiàn)內(nèi)力釋放。

底板與傳力帶強度達標之后，拆除第2道支撐梁與腰梁；地下1層頂板完成，且樓板混凝土強度達到80%的設(shè)計強度后，拆除第1道內(nèi)支撐。支撐梁拆除采用金剛繩鋸靜力切割技術(shù)；在支撐梁下方應(yīng)鋪墊細砂，降低塌落引起的振動。隨后采用氧割分段割除鋼格構(gòu)柱。加強對拆撐全過程的監(jiān)測。

3.6.2 鋼板樁拔樁

在地下結(jié)構(gòu)回填后拔除鋼板樁，保證鋼板樁可重復利用。拔樁前應(yīng)進行土方回填，盡量使鋼板樁兩側(cè)土壓力平衡并確保已施工的建（構(gòu)）筑物的安全。拔樁設(shè)備要同鋼板樁保持一定距離，減小鋼板樁受到的側(cè)向壓力。

鋼板樁拆除后應(yīng)及時清理場地，并采用灌水、灌砂等措施處理樁孔。

3.7 錨索施工

采用“跳打”和下錨灌漿的流程及工藝，以確?；雍椭苓叚h(huán)境建（構(gòu)）筑物安全[7]。錨索注漿采用2次注漿，第2次注漿應(yīng)在水泥初凝后、終凝前進行。

4 質(zhì)量控制

本工藝主要涉及鋼板樁、混凝土腰梁與內(nèi)支撐梁施工，施工中除必須認真執(zhí)行相關(guān)國家規(guī)范標準、地方相關(guān)規(guī)范要求外，還應(yīng)主要控制以下幾點：

1）鋼板樁自身強度。重復使用的鋼板樁應(yīng)符合表1所示的檢驗標準。

2）在植鋼板樁過程中，鋼板樁軸線偏差為±10 mm，垂直度不超過0.5%，當偏差過大時拔起重新植入。

表1 重復使用的鋼板樁檢驗標準

3）格構(gòu)柱施工中，樁位中心線與型鋼中樁中心線誤差≤±5 mm，垂直度偏差≤1/300且≤15 mm。

4）節(jié)點焊接施工時，應(yīng)保證焊縫施工質(zhì)量達到相應(yīng)規(guī)范和設(shè)計要求。

5 結(jié)語

靜壓鋼板樁＋鋼筋混凝土內(nèi)支撐是一種新型基坑支護形式，研究這種新型基坑支護結(jié)構(gòu)體系的施工工藝具有重要的實際意義。通過對實際施工中問題的處理，得出以下結(jié)論：

1）采用的新型靜壓鋼板樁結(jié)合鋼筋混凝土內(nèi)支撐的基坑支護施工技術(shù)，增強了支撐與鋼板樁的整體性，最大程度地避免了鋼板樁的損耗，特別適用于鄰近有建（構(gòu)）筑物的情況、城市中心或建（構(gòu)）筑物密集處等施工場地狹窄地段的深基坑支護工程。實踐證明，其具有較高的應(yīng)用推廣價值。

2）通過對靜壓鋼板樁及鋼筋混凝土內(nèi)支撐連接節(jié)點做法等工藝的研究，解決了2種結(jié)構(gòu)形式連接的施工難題，使鋼板樁牛腿焊接、格構(gòu)型鋼與混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土腰梁與內(nèi)支撐梁的連接節(jié)點做法均滿足設(shè)計要求，保證了結(jié)構(gòu)受力的有效傳遞。

3）通過質(zhì)量控制，保證鋼板樁的質(zhì)量，能重復利用，對確保節(jié)點質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。

[1] 周宇.復雜環(huán)境下超長鋼板樁止水帷幕靜壓植入施工技術(shù)應(yīng)用研究[J].廣州城市職業(yè)學院學報,2017,11(3):87-91.

[2] 劉宏揚,王璽,張灝.復雜地形及重荷條件下深基坑支護施工技術(shù)研究[J].施工技術(shù),2018,47(增刊1):208-216.

[3] 彭玉來.拉森鋼板樁基坑支護施工工藝[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學院學報,2010,10(4):41-42.

[4] 張凌燕.鋼板樁靜壓植樁工法施工定額研究[D].南寧:廣西大學,2020.

[5] 陳楚.鋼板樁復合混凝土環(huán)形結(jié)構(gòu)支撐體系在基坑中的應(yīng)用[J].安徽建筑,2018,24(4):176-178.

[6] 蒙勝益,唐光暹.螺旋鉆靜壓拉森鋼板樁施工技術(shù)[J].建筑施工,2018,40(9):1509-1510.

[7] 譚勇,康志軍,衛(wèi)彬,等.上海軟土地區(qū)某地鐵風井深基坑案例分析[J].浙江大學學報(工學版),2016,50(6):1048-1055.