新型静压钢板桩结合钢筋混凝土内支撑深基坑支护施工技术

左 皓 农 力 唐光暹,2 甘斌强

1. 广西北投地产集团有限公司 广西 南宁 530029；2. 广西大学土木建筑工程学院 广西 南宁 530004；3. 广西建工集团基础建设有限公司 广西 南宁 530201

旧城区改造项目存在场地狭小、周边环境复杂等客观因素，往往导致深基坑工程在实施过程中遇到周边土体位移、附近建（构）筑物沉降和开裂等问题，从而加大了项目的建设难度和成本。因此，如何实现城市狭窄空间内深基坑工程施工的合理设计、安全作业，逐渐成为工程关注的焦点[1-2]。

钢板桩因具有强度高、隔水好、施工简便、可重复使用等特点，在基坑支护工程中得到广泛应用[3-4]。但该类型桩也存在刚度小、进入坚硬地层时易变形及单根钢支撑抗弯能力较差等不足，设计须考虑加固支撑来提高整体支护刚度以达到控制基坑变形的要求[5]。因此，对于新型静压钢板桩结合钢筋混凝土内支撑深基坑支护形式，充分发挥钢筋混凝土内支撑和钢板桩各自的优点，对保证深基坑的安全和促进深基坑的发展具有重要意义。

1 工程概况

1.1 项目概况

南宁市“三街两巷”项目位于南宁市民族大道北侧，基坑形状为长条形，开挖深度为10.30～10.80 m。该项目基坑四周红线距离1.7～3.0 m范围内均为1～6层的老旧民用建筑，其基础形式均采用浅基础。

1.2 水文地质条件

项目场地土层分布依次分为7层，从上至下为第四系人工杂填土、淤泥、第四系更新统望高组冲积成因的黏土、粉质黏土及圆砾，下伏地层为古近系里彩组湖相沉积的泥岩等组成。仅揭露主要赋存和运移于杂填土层中的上层滞水以及赋存和运移于圆砾层中的孔隙水。

1.3 设计情况

该项目周边民房密集，周边文保单位众多，结构简单，基础形式不明，支护结构要求较高。

结合现场实际情况，项目基坑支护设计采用钢板桩＋钢筋混凝土内支撑形式，选用2道内支撑，第1道内支撑梁标高78.00 m，第2道内支撑梁标高73.50 mm，设计基坑支护剖面如图1所示。

图1 基坑支护设计剖面

支护钢板桩采用600 mm×210 mm×18 mm钢板桩，桩长18.0 m，钢板桩连接大样如图2所示。

图2 钢板桩连接大样

2 施工中的重、难点分析

对于静压钢板桩结合钢筋混凝土内支撑这种新型基坑支护结构形式，实际施工中主要面临钢板桩施工、钢筋混凝土支撑与钢板桩支护体系连接、拆除及钢板桩拔出循环利用等问题。

1）周边建（构）筑物离基坑较近，钢板桩插打施工作业平台及范围受限。同时，场地地层中含有较厚的圆砾层，常规的静压钢板桩压入施工是一大难题。

2）通过在钢板桩上焊接牛腿、连接筋、吊筋等方式对钢筋混凝土腰梁进行支撑，保证了内支撑的节点安全。但采用该工艺对施工质量提出较高要求，且节点区钢筋较密，钢筋的布设、节点焊缝质量及混凝土的振捣质量等因素均将影响围护结构的稳定性。

3）基坑回填后可将钢板桩拔出循环利用，总造价较低，性价比较高[6]。考虑到钢板桩易变形，因此，支撑的拆除和拔桩顺序非常关键，各工序在施工过程中将产生交叉作业，相互影响大。

3 施工关键技术

3.1 工艺流程

施工准备→钢板桩植入施工→土方开挖→立柱桩、钢立柱的施工→第1道腰梁及支撑梁施工→土方开挖→第2道腰梁及支撑梁施工→土方开挖基坑底→传力带施工→第2道腰梁及支撑梁拆除施工→传力带施工→第1道腰梁及支撑梁拆除施工→拔钢板桩

3.2 钢板桩植入施工

1）本次的机械设备采用从日本引进的F201型螺旋钻静压植桩机。该设备可以应对各种坚硬地层，根据植桩深度和土层的标准贯入试验N值，静压植桩机可以通过不同的压入方法完成U形钢板桩的压入施工。

2）螺旋钻静压施打钢板桩。

3）构建施工平台与开挖沟槽。若设计桩顶标高距地面高度h≥0.5 m，可不进行沟槽开挖；若h＜0.5 m，则为确保螺旋钻静压植桩机顺利实现自走及排土，应沿支护桩中心线方向开挖高度≥0.5 m，宽度≥1.4 m的沟槽。

3.3 土方开挖

基坑开挖宜同时采用机械开挖和人工清挖，并与基坑排水、支护密切配合，确保土方开挖前挖方区域处于无水状态。

1）钢板桩植入施工完成段可同时进行土方开挖，土方开挖至第1道腰梁底面设计标高后施工腰梁及第1道内支撑梁，之后进行格构柱施工。

2）格构柱施工完成且强度达到要求后，土方开挖至第2道腰梁底面设计标高后施工第2道腰梁及内支撑梁。

3）第2道腰梁及内支撑梁施工完成且混凝土强度达到设计强度的80%后，土方开挖至基坑底面设计标高。

对于场地狭窄的项目，在土方开挖至第1道内支撑以上部分，均可设置临时车道出土。

在本工程中，第1道内支撑之上土方开挖可从基坑东侧向西侧出土、从基坑西侧向东侧出土或两边同时出土，临时车道下至开挖面；第1道内支撑以下部分土方开挖，应采用台阶退挖法，从基坑一侧依次将土收集至另一侧，再由抓铲挖掘机抓至运输车上运出。

3.4 立柱桩、钢立柱的施工

采用旋挖钻机成孔，钢筋笼下放至孔口位置时用型钢固定，将格构柱吊至钢筋笼内进行加固连接。钢筋笼部分主筋上部弯起，与格构柱缀板及角钢焊接固定。焊接过程中，吊车始终吊住格构柱，避免其受力，且格构柱应居于钢筋笼正中心。

3.5 腰梁及内支撑施工

3.5.1 钢牛腿与钢板桩连接

土方整体开挖至每道钢筋混凝土支撑梁底标高时，应沿腰梁位置开挖一条宽1.2～1.5 m，深1.0～1.2 m的钢牛腿焊接操作施工槽。

钢牛腿焊接前应清理钢板桩上需焊接钢牛腿处的桩身，并在钢板桩上放线标记腰梁梁底标高；钢牛腿采用厚10 mm的钢板，横截面呈梯形、纵截面呈T形，焊接采用双面焊，焊脚高度hf＝8 mm，间距为1.2 m，钢牛腿的焊接如图3所示。焊接完成后，及时回填并夯实施工槽，以便后续腰梁施工。

图3 钢牛腿焊接

3.5.2 垫层施工

支撑梁、腰梁垫层施工时，在挖好的土面上浇筑厚100 mm素混凝土垫层。垫层施工随挖土分段铺设，支撑宽度两边各扩200 mm，腰梁外侧扩200 mm。垫层面上用1层油毛毡作隔离层，宽度与支撑宽相等。

3.5.3 钢筋制作、安装

1）梁钢筋绑扎。腰梁钢筋笼绑扎前应先在钢牛腿上方焊接连接钢筋及吊筋于钢板桩上。本工程连接钢筋采用φ22 mm的钢筋，吊筋采用φ25 mm的钢筋，均为双面焊，焊脚hf＝8 mm，连接方式如图4所示。受力钢筋的搭接接头位置互相错开，腰梁采用焊接搭接受力钢筋，支撑梁采用绑扎搭接受力钢筋。箍筋与受力钢筋交接处全部满扎，腰梁的箍筋与钢板桩焊接固定。

图4 腰梁与钢板桩连接示意

2）与钢格构柱的连接。为保证内支撑与钢格构柱的节点连接可靠性，在内支撑梁与钢格构柱交接处绑扎钢筋前，在格构柱上对应内支撑梁底面的位置沿四周焊接角钢，然后将钢筋与格构柱穿插绑扎，绑扎时使内支撑梁交点中心与格构柱中心重合。

3.5.4 混凝土的浇筑、拆模

模板安装检验合格后，进行混凝土浇筑。当钢筋混凝土水平支撑系统长度较长且体量较大时，进行分段浇筑施工，并配合使用插入式振动器振动密实。2道支撑之间做1个浇筑施工段。

3.6 支撑拆除与钢板桩拔桩

3.6.1 支撑的拆除

在第2道支撑拆除前，应先进行围护挡墙钢板桩清理，而后再施工底板及传力带，且确保强度达到100%设计强度。在传力带与钢板桩之间须设油毛毡隔离层，传力带顶标高应与底板面层标高相同。各构件与钢板桩换撑连接如图5所示。

图5 各构件与钢板桩换撑连接大样

机械拆除支撑前须进行内力释放。每隔一根支撑梁断面，在保证梁钢筋不截断的情况下进行混凝土人工凿除，由梁钢筋的变形来实现内力释放。

底板与传力带强度达标之后，拆除第2道支撑梁与腰梁；地下1层顶板完成，且楼板混凝土强度达到80%的设计强度后，拆除第1道内支撑。支撑梁拆除采用金刚绳锯静力切割技术；在支撑梁下方应铺垫细砂，降低塌落引起的振动。随后采用氧割分段割除钢格构柱。加强对拆撑全过程的监测。

3.6.2 钢板桩拔桩

在地下结构回填后拔除钢板桩，保证钢板桩可重复利用。拔桩前应进行土方回填，尽量使钢板桩两侧土压力平衡并确保已施工的建（构）筑物的安全。拔桩设备要同钢板桩保持一定距离，减小钢板桩受到的侧向压力。

钢板桩拆除后应及时清理场地，并采用灌水、灌砂等措施处理桩孔。

3.7 锚索施工

采用“跳打”和下锚灌浆的流程及工艺，以确保基坑和周边环境建（构）筑物安全[7]。锚索注浆采用2次注浆，第2次注浆应在水泥初凝后、终凝前进行。

4 质量控制

本工艺主要涉及钢板桩、混凝土腰梁与内支撑梁施工，施工中除必须认真执行相关国家规范标准、地方相关规范要求外，还应主要控制以下几点：

1）钢板桩自身强度。重复使用的钢板桩应符合表1所示的检验标准。

2）在植钢板桩过程中，钢板桩轴线偏差为±10 mm，垂直度不超过0.5%，当偏差过大时拔起重新植入。

表1 重复使用的钢板桩检验标准

3）格构柱施工中，桩位中心线与型钢中桩中心线误差≤±5 mm，垂直度偏差≤1/300且≤15 mm。

4）节点焊接施工时，应保证焊缝施工质量达到相应规范和设计要求。

5 结语

静压钢板桩＋钢筋混凝土内支撑是一种新型基坑支护形式，研究这种新型基坑支护结构体系的施工工艺具有重要的实际意义。通过对实际施工中问题的处理，得出以下结论：

1）采用的新型静压钢板桩结合钢筋混凝土内支撑的基坑支护施工技术，增强了支撑与钢板桩的整体性，最大程度地避免了钢板桩的损耗，特别适用于邻近有建（构）筑物的情况、城市中心或建（构）筑物密集处等施工场地狭窄地段的深基坑支护工程。实践证明，其具有较高的应用推广价值。

2）通过对静压钢板桩及钢筋混凝土内支撑连接节点做法等工艺的研究，解决了2种结构形式连接的施工难题，使钢板桩牛腿焊接、格构型钢与混凝土结构、混凝土腰梁与内支撑梁的连接节点做法均满足设计要求，保证了结构受力的有效传递。

3）通过质量控制，保证钢板桩的质量，能重复利用，对确保节点质量起到关键作用。

[1] 周宇.复杂环境下超长钢板桩止水帷幕静压植入施工技术应用研究[J].广州城市职业学院学报,2017,11(3):87-91.

[2] 刘宏扬,王玺,张灏.复杂地形及重荷条件下深基坑支护施工技术研究[J].施工技术,2018,47(增刊1):208-216.

[3] 彭玉来.拉森钢板桩基坑支护施工工艺[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2010,10(4):41-42.

[4] 张凌燕.钢板桩静压植桩工法施工定额研究[D].南宁:广西大学,2020.

[5] 陈楚.钢板桩复合混凝土环形结构支撑体系在基坑中的应用[J].安徽建筑,2018,24(4):176-178.

[6] 蒙胜益,唐光暹.螺旋钻静压拉森钢板桩施工技术[J].建筑施工,2018,40(9):1509-1510.

[7] 谭勇,康志军,卫彬,等.上海软土地区某地铁风井深基坑案例分析[J].浙江大学学报(工学版),2016,50(6):1048-1055.