钢板桩支护体系在建筑工程深基坑施工中的应用

汪 岗

（山西省安装集团股份有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

随着城市建设的快速发展，大型建筑以及高层建筑的基坑开挖深度和开挖规模也随之增加[1]。对于施工周边存在其他建筑物或设施时，周边环境复杂程度较高，这会增加建筑施工过程中深基坑开挖的难度。深基坑施工作为建筑工程施工的重要组成部分[2]，对建筑工程的施工进度、施工质量存在直接影响。因此，各个施工单位都非常重视深基坑工程的安全性[3]。通常情况下，深基坑施工过程中存在的安全风险较大，同时对于周围其他设施的安全也会造成影响[4]。

钢板桩是一种带有锁口的型钢，属于一种联动装置，连接后可形成一种连续、紧密的钢结构挡土墙[5]。钢板桩具有强度高、容易打入坚硬土层等优势，同时满足水中施工的需求，是深基坑施工时应用较为普遍的支护结构[6]。常见的钢板桩分为两大类，一是拉尔森式钢板桩、二是拉克万纳式钢板桩。为了研究钢板桩在房屋建筑工程深基坑支护体系中的应用效果，本文以某城市的中心大厦建筑工程为例，展开相关研究，详细分析深基坑钢板桩支护体系的应用。

1 工程深基坑施工难点

1.1 工程概况

某城市中心大厦建筑属于高层商业建筑，包含主体建筑和裙楼两个部分，地上30层，地下2层，地上建筑高度共120m，采用框架结构，主体建筑和裙楼均为独立基础。结合建筑设计方案，确定该建筑的深基坑整体形状为矩形，南北方向总长度为129.7m，东西方向总长度为56.2m。整个施工地形呈现南高北低状态，南北两侧标高分别为70m和64.2m，高差为5.8m。

工程施工前，采用钻探方式对地质情况进行勘测，勘测结果如表1所示。经过勘测确定该工程施工场地地下水位较浅，水量较为丰富，地下水埋深为3.2～6.0m，主要以裂隙孔隙水为主。

表1 建筑工程范围地质情况勘测结果

1.2 深基坑施工难点

结合上述勘测结果以及建筑工程设计方案和施工标准，可知该深基坑围护结构施工面临较大挑战。

1.2.1 深基坑施工周围环境复杂程度较高

由于该建筑工程位于城市中心地段，施工场地周围存在其他住宅建筑、商场、城市交通主干道以及地铁站，并且地下支撑管线分布较为密集，尤其是商场和深基坑开挖线之间的距离仅为2.85m，施工空间较小，大型施工设备受到极大限制。除上述情况外，施工场地距离居民住宅区域距离仅为5.8m，需控制深基坑施工过程中的噪声干扰，并保证商场的正常营业。因此，在深基坑施工过程中，需有效避免开挖引起周围建筑物沉降。

1.2.2 施工场地条件较差

由于施工场地地下水含量丰富，并且土层主要以粉质黏土为主，同时含有砂层土，土层稳定性较差。如果施工质量较差，则会导致土层坍塌。同时该建筑的深基坑开挖总长度较长，属于超大深基坑，因此，施工难度较大。

2 深基坑钢板桩支护方案设计

根据上述勘测结果和施工难点，进行深基坑钢板桩支护方案设计。为了保证施工的稳定性和安全性，采用钢板桩+钢筋混凝土内撑的支护方案。该方案中共设计2道内支撑，高度分别为78m和74m，方案结构剖面图如图1所示。

图1 深基坑钢板桩支护方案剖面图

该方案选择12mm厚度的拉森III型钢板桩。该钢板属于一种U型钢板，其两侧有凹槽锁口，钢板的相关性能参数如表2所示。

表2 拉森III型钢板相关性能参数

该项目选择拉森III型钢板是由于其可通过锁口之间作用力形成连接。因此，将拉森钢板桩放入底层，形成钢板桩墙的支护体系。该支护体系能够满足较小施工空间的需求，并且该钢板桩具有较好的防水性以及强度，能够有效处理土体压力，避免发生土体位移或者坍塌。进行钢板桩施工时，为保证施工效果，采用焊接等方式完成钢板之间的相互连接，以此避免拉森钢板拼接锁口之间的滑移影响导致刚度降低。

拉森钢板桩在施工过程中和外墙充分结合，并将其打入土层后不再拔出，将其作为永久维护结构。此外，由于基坑中水量较为丰富，拉森钢板永久围护结构施工后，在紧贴外墙处设置隔水帷幕，主要采用深层水泥搅拌桩完成，以此可形成钢板桩和帷幕墙两道防水系统，极大程度提升深基坑隔水能力。

3 深基坑钢板桩支护体系施工技术

3.1 整体施工流程

完成深基坑钢板桩支护体系方案设计后，结合施工环境确定该方案的整体施工流程，如图2所示。

图2 深基坑钢板桩支护体系施工流程

3.2 施工机械设备选择

确定施工流程后，需选择合适的施工设备，以此保证施工进度。该工程选择设备见表3所示。

表3 施工设备及其型号

3.3 施工关键技术

3.3.1 拉森钢板桩平面和竖向布置

（1）拉森钢板桩的平面布置应位于地下结构外围，当处于狭小施工空间时，将其作为地下结构外模；并且该平面布置形状需保持平整，避免发生不规则转角。

（2）确定拉森钢板桩竖向布置前需确定桩顶标高位置；施工过程中为避免对周围建筑和设施造成影响，通过开挖作业沟槽的方式，使其位于合理位置，桩顶以上部分位置可采用自然放坡。

3.3.2 拉森钢板桩打设方式

为保证钢板桩的施工效果，采用液压振动锤将拉森钢板桩打入地下，并且为保证桩体的垂直度以及和墙面的平直度，应结合辅助导向架完成。导向架主要由双侧围檩、围檩桩和连接板组成，其结构如图3所示。

图3 结合辅助导向架结构

在进行打桩过程中，需从一侧开始进行插打施工，并且在插打过程中需保持击打的连续性，结合导向架严格控制行走线路和施工方向，避免发生较大倾斜误差。打桩过程中，还需检测拉森钢板桩围堰轴线，在合理距离下设置导向桩，以此为依据完成挂线导线制作；在控制过程中依据该导线进行钢板桩轴线控制，确保其施工后法向精度满足施工需求。除上述控制外，在打桩过程中，采用连续插打作业完成单桩施工，精准控制桩顶高程结果，使其满足设计标准，避免发生较大偏差；在插打过程中需实时测量桩体的倾斜度，按照设计标准，保证桩体倾斜度在0.5%范围内，钢板桩轴线偏差为±10mm，一旦超过该标准，则采用拉齐法对其进行调整，将桩体拔出后重新打入。如果打入过程中锁口位置产生缝隙，会影响钢板桩墙的最后合龙效果，此时可采用异性桩进行调整，保证桩体打入质量。

3.4 深基坑内加固处理

依据上述步骤完成拉森钢板桩支护体系施工后，为进一步提升深基坑稳定性，对开挖区域进行回填处理，采用分段回填法完成深基坑回填处理，基坑回填断面结构如图4所示。

图4 基坑回填断面结构

该工程共分为5个阶段完成深基坑回填施工，在第一和第二回填阶段中，需控制滑动剪出口，进一步避免基坑土体位移；在此基础上则进行第三阶段回填，该工程采用逐步向后推填的方式完成，回填宽度是坑深的1.3 倍左右；完成该阶段回填后，则开始第四和第五阶段回填，该阶段的主要目的是增加回填高度，以此提升基坑钢板桩围护结构的稳定性。

4 深基坑钢板桩支护体系效果分析

依据上述施工技术完成房屋建筑工程深基坑钢板桩支护体系施工后，需对施工效果进行检验。由于该工程周围环境较为复杂，存在多类建筑，对于土体的稳定性需求较高。因此，该工程主要以钢板桩稳定性为检验核心，其稳定性越高则施工后土体的稳定性越佳，周围土体的变形和位移越小，施工效果越好。

结合房屋建筑工程对基坑抗隆起稳定性进行验算，将结构平面作为极限承载力的基准面，计算基坑隆起安全系数Ks，其公式为：

式中：

γ1、γ2——土体容重加权平均值，前者对应深基坑内土体，后者对应坑外土体；

T——周期；

Nq、Nc——地基承载力系数；

c——土体黏聚力；

H——深基坑开挖深度；

q——深基坑外地面荷载；

l——拉森钢板桩入土深度。

依据上述公式在获取静荷载的情况下，可计算出深基坑钢板桩支护体系施工后的安全系数Ks，并将计算结果和规范标准结果进行对比，如果Ks＞1.7，表示稳定性满足工程标准。测试结果如图5所示，由于篇幅有限，结果仅随机呈现10个位置的验算结果。

图5 稳定性验算结果

依据图5测试结果可知：采用该工程设计的深基坑钢板桩支护体系施工方案完成施工后，围护结构的安全系数验算结果均在1.7以上，其中最大结果为1.92，可保证深基坑的稳定性，可极大程度降低深基坑开挖后土体的变形，保证建筑施工效果的同时，较好的避免工程周围建筑发生位移。

5 结束语

综上所述，深基坑的稳定性和安全性十分重要，对于周围存在其他建筑和市政工程的深基坑工程，更不可能掉以轻心。本文研究的钢板桩支护体系，正是为了满足建筑工程深基坑施工的需要。在本文的案例工程中，我们根据工程场地的地质条件和水文条件，结合工程的施工难点设计了深基坑钢板桩支护方案；按照施工流程完成了该支护体系施工后，验算了深基坑钢板桩围护结构的稳定性。实践表明：该施工方案能够较好的保证深基坑的稳定性，安全系数均在1.7以上，满足工程施工要求。