HSW工法桩在超15m深基坑中的应用

王许诺 李仁民

摘要：组合钢板桩（HSW工法桩）可用于挖深15m以上的深基坑工程，其作为支护桩具有刚度大、止水效果好等特点，作为一种新型的基坑围护结构，可以充分的发挥钢板桩和H型钢桩的优点，绿色环保，对土体不产生污染。本文结合南京仙林可一书店基坑项目实例，介绍了这种围护结构在深基坑工程中的应用。

Abstract： Combined steel sheet pile （HSW method pile） can be used for deep foundation pit engineering with depth of 15 meters. As a support pile with a large stiffness， good water effect and so on. HSW construction method， as a new pile foundation pit structure， can fully play the advantages of steel plate piles and H-shaped steel piles. It is green and it does not produce pollution of soil. This paper introduces the application of this type of envelope in KeYi Bookstore foundation pit engineering in NanJing XianLin.

關键词：组合钢板桩（HSW工法桩）；深基坑；基坑支护

Key words： combined steel sheet pile （HSW method pile）；deep foundation pit engineering；foundation pit engineering

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）31-0141-04

0 引言

近年来，地下空间发展迅速，出现了越来越多的大、深基坑工程，同时也出现了各种先进的基坑支护工法、工艺。

钢板桩和H型钢桩都属于基坑工程较为常见的支护桩型，钢板桩止水效果好，但本身刚度较小，不利于变形控制，无法适用于深大基坑。H型钢桩刚度大，但用作支护结构，容易产生漏土、漏砂等情况，有一定的安全隐患。李仁民[1～2]结合钢板桩和H型钢的各自特点，可以根据不同型号的钢板桩[3～6]和不同的型钢间距，做成不同刚度的组合支护桩体。

随着土地价格上涨，土地利用率提高，建筑红线内可作为材料堆场、施工便道的场地越来越少，给基坑土方挖运和地下室施工带来较大困难，因此施工栈桥成为一种有效措施[7]。吴海涛等[8]和黄炳德等[9]都对支撑和栈桥的结合做过相应的研究和应用。

本文结合工程实践，介绍了HSW工法桩加首道混凝土栈道支撑和两道钢支撑的围护结构在挖深15m的深基坑工程中的应用，为类似工程项目提供参考。

1 工程概况

1.1 项目概况

仙林可一书店项目位于南京市栖霞区仙林大学城，项目占地面积5000m2。基坑面积约6446m2，周长约为312m。场地地面整平标高-0.40m，基坑底标高为-15.60m，基坑开挖深度为15.20m。

1.2 基坑周边环境

基坑东侧：该侧地下室外墙距离红线约5.5m～6.3m，红线外为南京仙林大学城C4、C5地块工程在建工地。

基坑南侧：该侧地下室外墙距离红线约5.8m，红线外为杉湖东路。

基坑西侧：该侧地下室外墙距离红线约7.0m，红线外为市政绿地。

基坑北侧：该侧地下室外墙距离红线约5.5m，红线外为人工湖。

1.3 工程地质概况

拟建场地现为绿化草坪，地势略有起伏，地表最大高差约1.5m，孔口高程区间值为12.75m～14.31m。场地为低山丘前缘阶地地貌单元，发育有坳沟。

各土层特征详述至上而下描述如下：①-1杂填土，松散，土质不均匀，粉质粘土为主，夹少量碎砖、石块等，填龄约为5年。场区均有分布，层厚0.60～4.10m。①-2素填土，场区大部分布，层厚0.50～4.20m。②-1粉质粘土，可塑～软塑，局部分布，层厚0.80～10.00m。②-2粉质粘土，以软可塑状粉质粘土为主，局部少量流塑状淤泥质粉质粘土，分布不稳定，层厚1.20～9.90m。③-1粉质粘土，可塑，场区均有分布，层厚8.00～17.90m。③-2粉质粘土，硬塑，局部可塑，场区均有分布，层厚2.50～8.00m。③-3粉质粘土与粉砂互层，场区均有分布，层厚2.10～7.00m。④粘土，硬塑～坚硬，土质均匀，场地普遍分布，该层厚度未揭穿。

1.4 水文地质概况

本场区对本工程有影响的地下水为孔隙潜水，主要赋存于浅部①层填土及②层粉质粘土中，水量较少。本基坑主要受空隙潜水影响，稳定水位埋深在1.00～2.70m之间。（表1）

2 基坑支护设计方案

采用钢板桩和H型钢形成组合钢板桩基坑支护结构，简称为HSW工法（H shaped steel & Steel sheet pile Wall）[2]。南京仙林可一书店基坑支护项目四周的支护桩采用15m的FSP-IV钢板桩与24m的700×300×13×24H型钢变刚度组合桩。钢板桩本身有一定的刚度，作为支护结构的一部分，兼具截水作用，配合排水沟加集水井作为本项目的截水方案。H型钢本身刚度大，与钢板桩组合后结构整体刚度更大，其与钢板桩可根据工程和地质特点，灵活设置长度，即钢板桩长度设置满足渗流稳定（止水帷幕深度）；H型钢长度需要满足整体稳定、抗倾覆、抗隆起、支护结构强度和变形需要。

首道支撑中部采用混凝土支撑（如图1），并做成一个U型混凝土栈桥，形成一个行车回路，便于土方外运、施工机械进出场和临时材料的堆放。首道支撑的四个角撑和第二、三道支撑则采用钢管支撑，方便施加预应力，可以有效的控制维护体变形，也利于后期的拆除工作，加快整體施工进度。其中第二、三道支撑中部的主对撑采用双拼形式（如图2）。围檩采用700×300×13×24的双拼H型钢，以细石混凝土浇实。钢支撑纵向联系梁采用40b双拼槽钢，节点处采用630×16钢管作为立柱，并在栈桥下的立柱间以40b槽钢布设剪刀撑。

3 设计计算与实测数据

3.1 设计计算

本工程基坑支护结构计算严格按照国家有关规范和规程进行。在土压力计算时，采用“朗肯”土压力公式“分层”计算，基坑面下主动土压力采用“三角形”分布模式，粘性土采用水土合算，砂性土采用水土分算。计算时不考虑桩间土摩擦作用，也不对主、被动土压力进行调整。

设计计算时取地面超载一般按均布超载20kPa考虑，楼层每层为15kPa，行车道路为30kPa。并按照实际施工工况计算每一工况下的支护结构内力和变形，按照最不利情况进行设计，保证支撑结构在各种工况下的安全。

计算结果如图3所示，支护桩最大弯矩设计值为963.8kN·m，最大剪力为364.7kN。根据截面验算结果，基坑最大弯矩处的正应力为σ=Mn/W=105.6（MPa）

3.2 现场实测数据

经专业监测单位对本工程基坑变形的监测结果表明：HSW组合钢桩桩顶最大沉降为9.4mm，桩顶最大水平位移为13.1mm，深层土体最大位移为25.5mm，最大支撑轴力为1975kN，满足基坑支护设计的要求。

4 结语

①HSW工法桩刚度大，容易施工，对变形控制较好，截水效果明显，可用于挖深15m的深基坑工程，并且绿色环保，不会对土体造成污染，可重复回收利用，经济价值十分显著。

②可根据工程和地质特点，灵活设置钢板桩和H型钢长度，采用变刚度的截面形式，在保证安全的情况下，利于施工。

③大型深基坑工程使用混凝土栈桥是解决施工场地狭小的一种有效途径，方便了土方开挖、材料临时堆场、机械行车以及地下室基础底板、楼板、结构梁、柱、墙等混凝土的浇筑。

④采用双拼钢管支撑可以有效的增加支撑刚度，施加预应力后的支撑体系对基坑变形控制作用明显。

⑤钢管立柱适用于深基坑工程，可在钢管立柱间增设剪刀撑来使其强度和稳定性均能满足施工要求。

参考文献：

[1]李仁民，刘松玉，杨靓，王守超，陈晓凤.组合钢板桩（HSW工法）在某软土地区基坑中的应用[A].中国建筑学会地基基础分会2014年学术会议文集[C].2015.

[2]李仁民，余巍.一种新型HSW工桩法基坑支护结构及其施工方法.中国，201310044374.9[P].2013-05-22.

[3]王爱华.日本典型企业的钢板桩发展和应用[J].武钢技术，2009，47（3）：52-55.

[4]Development of Sheet-Pile Products and Rolling Methonds in Japan[J].

[5]Imamura H， Hayashi H， Kimura T. Steel Section Products for Current and 21st Century Social Infrastructure Applications[J]. KAWASAKI STEEL TECHNICAL REPORT-ENGLISH EDITION-， 2001： 102-106.

[6]Eskandari L， Kalantari B. Basic Types of Sheet Pile Walls and Their Application in the Construction Industry-a Review[J]. Electronic Journal of Geotechnical Engineering， 2011， 16.

[7]赵升峰，黄广龙，章新，马世强，熊彬涛.深基坑工程中大型混凝土栈桥设计与施工分析[J].施工技术，2016，45（7）：24-27.

[8]吴海涛，杨利剑.某逆作法工程栈桥设计和施工应用[J].施工技术，2014，43（16）：111-113.

[9]黄炳德，翁其平，王卫东.某大厦深基坑工程的设计与实践[J].岩土工程学报，2010，32（S1）：363-369.