HU型锁扣式钢板桩在基坑支护中的应用

冯进华

中建港务建设有限公司 上海 200438

1 工程概况

上港集团外高桥冷库项目地处上海市浦东新区外高桥港区，其配套的地下1层水泵房基坑位于冷库东北角，消防水池及事故水池位于其北侧。由于消防水池、事故水池与水泵房相互之间位置较近，故采取整体基坑开挖。基坑大面降坡后水泵房开挖深度为6.65 m、消防水池为5.50 m、事故水池为4.05 m，其内部有相应的吸水坑需局部超挖0.45、1.00、1.00 m。其中基坑围护施工为关键工序，它将直接影响基坑施工的安全稳定性，对后道工序乃至整个工程起着至关重要的作用。

2 基坑围护支护形式研究

根据工程特点，基坑挖深4.05～6.65 m，开挖面积不大，但基坑深度较深，对于类似开挖深度的基坑，通常可采用拉森钢板桩、SMW工法桩的围护形式。

由于工程施工工期较紧，该工序的预算造价有限，采用上述传统的围护结构施工时，都难以达到深基坑安全高效、方法简便、施工成本低等目标，不利于施工。

经综合分析，决定使用HU型锁扣式钢板桩围护。采用长15 m的700 mm×300 mm×13 mm×24 mm的H型钢＋长12 m的U型钢板桩的组合围护桩的形式（图1）。H型钢围护桩两侧定制用φ60 mm×10 mm无缝钢管作为空心锁扣，U14型钢板桩两侧定制用φ28 mm竖向钢筋作为锁芯（图2、图3）。对撑采用1道φ609 mm×16 mm钢管进行内支撑布置，钢围檩采用582 mm×300 mm×12 mm×17 mm双拼H型钢与围护桩进行整体连接。通过受力分析，该围护体系稳定性好，安全性高。相比传统的拉森钢板桩围护，新型锁扣式结构桩间密封效果更好，锁扣部位更为牢固，抗侧压及止水防渗效果更佳。支撑体系中只需1道内支撑，有利于施工安装与土方开挖，施工工期较短，材料可重复利用以降低成本。

图1 围护体系断面

图2 围护桩连接节点

图3 围护桩平面示意

3 HU型锁扣式钢板桩在施工中的应用

3.1 施工流程

场地平整→放设沉桩定位线→开挖围护桩沟槽→安装导向架→设备调试完毕→H型钢板桩施打→U型钢板桩施打→H型钢桩和U型钢板桩调整至设计标高→再继续施打下一组至基坑一圈施工完毕→基坑开挖→首道内支撑体系安装→基础施工→ 上部结构施工→回填土方→基坑围护桩拔除→回填桩孔[1-5]

3.2 机械设备

1）打桩设备：采用1辆50 t履带吊配置1台D130振动锤实施打拔桩。

2）导向架：采用全自动水平调节定位导向架，导向架内设置有自平衡功能的液压调平系统。同时，在沉桩导向架上安装有横向的液压千斤顶，千斤顶前端安装滑轮，限制桩身位置，确保桩身在施打过程中的垂直度。

3.3 钢板桩沉桩

1）根据平面布置图在基坑外设置沉桩控制线，该控制线不可被破坏，安排挖机进行沉桩沟槽的开挖，导向架架设在沉桩沟槽上。

2）采用经纬仪和水平仪控制和调整导向架位置，导向架也可进行全自动自调节水平功能的二次开发。

3）先利用导向架用振动锤一次成排打入H型钢，可根据导向架的桩位格数量确定根数，然后将U型钢板桩插入导向架，用振动锤将其打入至导向架高度，再移除导向架，用振动锤振动钢板桩到设计标高，后续依次类推。

4）当H型钢板桩施工完毕后，开始插入U型钢板桩，施工前，U型钢板桩两侧的圆钢锁扣应涂上黄油，降低与锁口的摩擦力。

5）履带吊起吊围护桩，对准桩与H型钢定位桩的槽口，锤下降，靠锤与桩自重压桩至淤泥以下一定深度不能下降为止。开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能地使桩保持竖直，提高整体强度。

6）在振动下沉过程中，注意导向架动滑轮的变化，保持动滑轮与H型钢板桩接触，且桩始终能保持滑动。

7）围护桩施工过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不同，容易发生偏斜，可在发生偏斜位置将围护桩往上拔l.0～2.0 m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎或使其发生位移，让围护桩的位置得到纠正，减小围护桩的倾斜度。

3.4 围檩及支撑安装

1）基坑围护桩施打完毕，按照基坑内支撑的布置形式，进行内支撑的沟槽开挖及内支撑安装，安装完毕后，沟槽顶部铺好盖板。

2）支撑体系的安装与拆除顺序按照受力计算和土方开挖工况进行。

3）钢围檩安装前在其底部用厚8 mm钢板，每1 m焊接1组水平搁置点。钢围檩采用582 mm×300 mm×12 mm×17 mm双拼H型钢与围护桩进行整体连接，连接节点均采用平接方式进行焊接。在基坑转角处设置斜向支撑，采用582 mm×300 mm×12 mm×17 mm的H型钢角撑。

4）对撑采用φ609 mm×16 mm型钢管进行内支撑布置，用2台100 t液压千斤顶放入活动端顶压位置。预应力施加到位后在活动端中楔紧垫块，并固定牢固，持续2～5 min后方可回油松开千斤顶，完成该根支撑的安装。

5）预应力施加中，必须严格按照设计要求分步施加预应力，每根钢支撑分2级施加。

3.5 钢板桩拔除

采用履带吊配置振动锤进行围护桩的拔除，设法减少拔桩带土现象，必要时采取灌水、灌砂措施，即利用振动产生的强迫振动扰动土质，破坏围护桩周围土的黏聚力以克服拔桩阻力，将桩拔除。

4 实施效果

通过在实际工程中的运用，采用HU型锁扣式钢板桩围护结构，其基坑围护实施效果很好。

4.1 过程使用情况

1）与传统的拉森板桩施工类似，材料取材方便。

2）基坑围护桩抗倾覆及整体稳定性较强，内部只需采用1道支撑，从而给后续土方开挖及混凝土结构施工带来了便利。

3）通过对基坑围护的定期监测，其桩顶水平位移量很小，为2.0～3.5 cm，未发生围护墙整体倾斜。

4）基坑内始终能保持干施工作业，止水效果好。

4.2 经济效益

1）节约成本。在预算有限的情况下使用该工艺，造价相对较低，约70万元，相比采用SMW工法桩实施，费用节约35%～50%。

2）缩短工期。与传统的拉森板桩施工工艺类似，施工速度快，相比采用SMW工法桩施工，可缩短工期30 d。

5 结语

通过工程实践运用，HU型锁扣式钢板桩围护具有稳定性好、止水性强、占地小、节约成本、施工快等优点。相比传统的拉森板桩，它能够突破更深的基坑工程要求，相比SMW工法、灌注桩等，费用更低。因此，它在类似工程中值得被推广应用。