钢板桩复合混凝土环形结构支撑体系在基坑中的应用

陈 楚 （福州市一建建设股份有限公司，福建 福州 350001）

0 前言

随着经济的发展，为满足日益增长的停车等需求，建筑工程地下室面积越来越大、越来越深，深基坑工程支撑体系的重要性就越发明显。

基坑工程中常用钢板桩或钻孔灌注桩等作为围护结构，基坑内设置现浇钢筋混凝土、型钢来形成水平支撑。常规的直交式或垂直式支撑体系，给工程施工带来了诸多不便，对工程进度造成了较大的影响。

钢板桩高强度承载力高，施工简便高效，可循环利用，节约施工成本。环形支撑体系受压性能好，可充分利用钢筋混凝土抗压强度高的材料性能。采用环形支撑体系，基坑中央空旷，土方开挖及结构施工都较为便利，可有效缩短工期。

因此研究钢板桩复合混凝土环形结构支撑体系对于基坑工程具有明显意义，本文以某市一基坑项目为例，进行钢板桩复合环形混凝土结构支撑体系的应用研究。

1 基坑特征

该工程为软土地区深基坑，基坑总面积约5万m2，大部开挖至饱和流塑状淤泥层，周边场地标高在4.5～6m之间，平面近似长方形详见图1，开挖深度为3.8～4.5m，基坑大面采用拉森钢板桩加一道扩孔锚杆作为支护。

基坑西南角为项目的会所，设地下泳池及庭院，周边场地标高为5.4m，底板垫层底标高为-0.85～1.05m，开挖深度4.25～6.25m。西侧为市政支路及学校，南向为市政主干道，地下室西侧外墙距用地红线最近处为5m。

图1 基坑总平面图

会所位置周边区域狭窄，基坑变形需严格控制。因开挖深度达6.25m，和周边落差较大，故在会所位置基坑采用环形复合支撑体系，平面布置详见图1。

2 钢板桩复合环形结构支撑体系的应用

2.1 支撑体系设计

2.1.1 围护桩设计

依据会所地质及开挖规模，围护桩采用H型钢桩，考虑场地无强透水层，型钢间采用单轴水泥搅拌桩进行止水/止泥。

2.1.2 复合环形混凝土结构支撑体系设计

为实现土方大开挖，结合会所平面形状特点，确定在此区域使用钢板桩复合混凝土环形支撑体系，局部使用角支撑，即型钢桩加一道环形钢筋混凝土冠梁内支撑。会所地下室结构在施工至环形支撑边留设施工缝，待拔除钢板桩及拆除混凝土环形支撑后，再与大地下室结构连接。

2.2 钢板桩复合环形结构支撑体系的施工

2.2.1 基坑施工顺序

①场地清障整平；

②施工型钢桩及水泥搅拌桩；

③土方开挖至环形支撑底标高,边坡喷射混凝土施工；

④施工钢筋混凝土环形内支撑体系；

⑤待环形支撑梁达到设计强度后,开挖土方至设计标高；

⑥地下底板及传力带施工；

⑦地下室墙柱结构施工；

⑧待地下底板及传力带强度达到设计值，地下室外墙土方回填；

⑨型钢拔除回收，拆除环形钢筋混凝土内支撑。

2.2.2 钢板桩施工

钢板桩采用HM488×300×11×18型钢，间距600，长度18m/24m间隔布置，桩顶标高为4.4m。因周边为学校及居民区，为严格控制施工噪音区域，型钢采用高频振动方式打入土体。钢结构采用E43系列焊条角焊缝连接，角焊缝质量等级为三级。

2.2.3 单轴水泥搅拌桩施工

型钢桩外侧采用1排Φ500@350单轴水泥搅拌桩进行止水、止泥，长度13m/10m，桩顶标高为3.2m。水泥采用P.O 32.5复合硅酸盐水泥，水灰比（0.55～0.60）∶1。水泥掺合量为18%，空孔段水泥掺合量为8%。

2.2.4 钢筋混凝土环形内支撑冠梁施工及拆除

①支撑冠梁底浇捣100m厚C15素混凝土垫层，在垫层与支撑梁之间采用油毡等隔离措施，在大面土方开挖过程及时凿除垫层，避免增加支撑梁自重及防止垫层坠落伤人。

②支撑梁的纵筋施工控制：直径≥22mm的钢筋均采用机械连接，其他钢筋采用焊接，钢筋锚固长度均不小于35d，纵向受力钢筋保护层厚度不小于40mm。

支撑梁内的H型钢外包油毛毡等隔离材料，以便后期拔除。

③环形支撑梁施工偏差控制：标高偏差≤20mm，水平位置偏差为≤30mm。

④传力带施工：采用厚度不小于200mm素混凝土沿环形支撑连续设置，跟随地下室底板施工，强度同底板。

⑤型钢拔除及环形支撑拆除：型钢结构在地下室结构完成，回填密实后进行拔除回收。环形支撑结构需在底板及传力带达到设计强度后，即换撑体系形成后进行支撑体系的拆除[2]。环形支撑梁先拆除次梁，再拆除角撑，最后拆除环形主撑弧梁。

2.3 复合环形支撑体系的监测

基坑工程施工过程，需依据监测数据指导现场施工，确保周边环境安全。

2.3.1 监测点的设置

对于深基坑的监测是保障深基坑及周边环境安全的重要环节，是实施信息化施工的重要措施。根据周边环境条件，在混凝土环形支撑周边共设置了22个沉降及水平位移监测点，坡顶及坡脚各11个；深层水平位移监测点6个，监测点布置详见图2。

2.3.2 各施工阶段的监测频率

①基坑开挖期间：每天一次；

②地下室结构施工期间：每2～3d一次，底板完成5d1次；

图2 监测点平面布置图

③钢板桩拔除及支撑拆除期间：2d一次。

2.3.3 施工过程监测结果

地下室开始土方开挖至型钢桩拔除及拆除支撑梁，复合支撑体系共使用50d，监测次数共24次。

最大水平位移点为西侧P11点，累计位移28mm（图2图中打圈位置）；累计坡顶沉降为4.1～7.8mm；周边道路、管线及地表累计水平位移在0.7～3.0mm，累计沉降为4.5～8.5mm。监测结果显示复合环形支撑体系变形较小，支护体系安全有效。

2.4 复合环形支撑体系的维护

2.4.1 可能出现的问题

①位移超设计限值，支撑结构破坏。

②考虑到场地存在中砂层，土方开挖过程可能发生渗水情况。

2.4.2 应对措施

①通过在基坑环形支撑边设置监测点，能够及时发现支持结构出现的问题。密切关注施工期间天气情况，做好预防准备，避免支撑体系出现大幅位移。安排专人每天巡查重要节点，如果出现裂缝等问题需要立刻进行加固处理[3]。如出现支护结构或周边变形过大时，及时在基坑内被动区进行堆土反压，或坡顶卸土等加固等措施抢险。

②若开挖过程发生土体渗漏水，及时施工高压旋喷桩进行止水，同时及时将渗入基坑的水收集排出。

3 钢板桩复合环形结构支撑体系的优势

使用钢板桩复合环形支撑能够有效控制基坑周边位移及沉降变形，能够保障基坑和周围建筑、道路的稳定。

大直径的环形支撑，基坑中央空旷，土方施工可大开挖，开挖周期大幅缩短。且结构施工材料能够更加便捷的运输，在很大程度上节约了施工工期。

复合环形支撑体系，大大减少了支撑杆件的使用，且型钢能够拔除重复使用，有效降低了施工成本，直接减少了工程造价。

4 结论

综上所述，在基坑工程中使用钢板桩复合环形结构支撑体系，能够保证基坑工程安全，有效加快施工进度，钢板桩主要材料的重复利用，响应了国家建设“节约型社会”的号召，支持了国家的可持续发展。