锚拉式组合钢板桩在深基坑支护中的应用技术研究

陈野

摘要：简要叙述了锚拉式钢板桩支护技术，以某大型建筑工程基坑施工为例，详细阐述了锚拉式组合钢板桩施工技术的施工方案和施工工序，深入阐述了组合钢板桩和锚拉结构的施工要点和基坑安全质量监测方法，为高层建筑的深基坑支护提供了有益借鉴。

关键词：锚拉式支撑；组合钢板桩；深基坑支护；应用技术

0   引言

城市当中许多建筑工程施工处于建筑物密集区域，其施工作业空间小、地下管线纵横交错、地面环境错综复杂。特别是高层建筑和地铁工程施工时，对基坑的支护技术提出了更高要求。以钢板桩支护技术最具代表性，其具有施工效率高、可重复使用、经济性好等优势[1]。本文针对锚拉式组合钢板桩支护技术及其应用进行了深入研究。

1   锚拉式钢板桩支护技术概述

1.1   钢板桩支护技术

钢板桩支护技术是在基坑开挖之前，在基坑边缘将配有锁口结构的冷弯型钢或热轧型钢按照一定顺序夯击至土层内，借助型钢之间的锁口使型钢互连，由此建立整体连接的钢板桩支护架构，在基坑开挖后支撑基坑外侧土层压力，达到预期的基坑支护效果[2]。根据钢板桩截面形状，可划分成U型、Z型、直线型，以及组合型等不同截面型号的钢板桩。

1.2   钢板桩加固方式

根据基坑深度的差异，可将钢板桩加固划分成内部支撑、悬臂支撑和锚拉支撑等方式[3]。若基坑深度较小，使用悬臂支撑方式既可达到抗倾覆和加固效果；若基坑深度过大，可在使用内部支撑的同时使用锚拉支撑方式，以达到基坑稳定嵌固效果。

在实施基坑内部支撑时，容易受到基坑内部施工作业的制约。为了不影响基坑内部的施工作业，在地面建筑物临近基坑、且基坑开挖面积大、深度超过6m的施工条件下，使用锚拉支撑技术可有效解决这一问题。

1.3   锚拉式钢板桩支护技术

錨拉式钢板桩支护技术是在实施钢板桩支护的基础上，在基坑外侧、距离基坑一定距离的地点打设所需数量的锚桩，并在钢板桩与锚桩之间施设锚杆，对钢板桩实施拉力支撑，均衡分担土层对钢板桩的侧压力的施工技术。锚拉结构也可采取在基坑外侧的土体内钻设锚杆孔，在锚杆孔内插入注浆管和锚杆后灌注高强水泥砂浆的方法，增强锚杆对钢板桩的拉力支撑。

锚拉式钢板桩支护技术适用于地下水位低、施工场地平坦开阔、基坑深度不超过10m的黏土、淤泥土等软质土层工况。实施锚拉式钢板桩支护技术，可达到钢板桩基坑支护体系的稳固效果，可提高基坑内的施工效率。

1.4   锚拉式钢板桩技术优势

1.4.1   支护性能良好

使用锚拉式钢板桩支护技术，其支护周期可长达20年，具有长期支护特点和良好的耐久性能[4]。锚拉式钢板桩支护为钢板结构，且通过锁口形成整体，其连接牢固、稳定、持久。钢板桩支护具有较好的防渗效果，可将钢板桩直接用作防水防渗型材。

1.4.2   环保节能

与常规钢筋混凝土支护结构相此，使用锚拉式钢板桩支护技术，省去了混凝土搅拌环节，节约了混凝土材料资源。锚拉式钢板桩临时性支护结构在完成基坑支护后，可便捷拆除。拆除后的钢板桩可用于其他基坑支护工程，具有较好的环保节能效果。

1.4.3   作业效率高

实施锚拉式钢板桩支护施工时，基坑内施工作业的空间比较宽松，实施支护的过程简单便捷，支护作业的效率较高，可有效缩短支护施工工期。

2   锚拉式组合钢板桩施工技术的应用

2.1   工程概况

某大型建筑工程开工兴建，需要进行基坑开挖施工。该拟建基坑南侧为在建道路，与其相距约20m；该拟建基坑北侧和西侧为在建河道，与其相距约15m；该拟建基坑东侧为绿化区域和在用街道，与其相距约25m。基坑深度为8m，基坑周围平坦、通行便利。基坑场地及周边区域水系不发达、无污染源。经地下水位勘测，初见水位埋深为0.3～3.5m，地下水混合稳定水位埋深为0.5～4.1m，水位埋深变化幅度约为2.5m。

2.2   施工方案

依据该大型建筑工程项目基坑结构和施工现场实际情况，制定了以下施工方案：选择HUC组合钢板桩支护结构，钢板桩长度为12m。HUC组合钢板桩由H型钢和U型钢板桩通过其边缘的锁扣组合而成。

组合钢板桩顶端设置双拼25号槽钢腰梁，使用直径为50mm的锚杆将槽钢腰梁、钢板桩与基坑外侧土体牢固连接。锚杆纵向间距为4m，实施双层设置。

上述施工方案构建了基坑整体支护结构，以达到防止基坑坍塌和渗水、为基坑内部施工提供便利的目的。锚拉式HUC组合钢板桩结构如图1所示。

2.3 施工工序

2.3.1   施工准备

锚拉式钢板桩施工需准备500mm孔径螺旋钻机、75t履带起重机、液压振动锤、导向架等机械设备。依据基坑支护施工现场实际需要，准备H型钢和U型钢板桩，并做好进场质量检验[5]。实施基坑钢板桩轴线测量定位和放线，按照钢板桩地表标定的轴线位置设置导向架并调整导向架的垂直度。按照设计要求配制灌注锚拉孔所用的高强度水泥砂浆。

2.3.2   锤插钢板桩

使用履带起重机将定位钢板桩插入导向架，使用液压振动锤将定位钢板桩通过导向架锤击到设计深度。锤击过程中注意调整定位钢板桩的垂直度，以实现其初始定位功能。

继续锤插钢板桩时，使用履带起重机将钢板桩吊运至定位钢板桩处，配合人工调整将钢板桩缓慢插入导向架和定位钢板桩的锁口中，避免损坏锁口。使用液压振动锤将钢板桩锤击到设计深度。以此类推，完成钢板桩的锤插施工。作业过程中应注意测量和调整钢板桩垂直度，并监测对周围建筑物的影响情况。

2.3.3   锚杆安装

使用焊机将钢板桩地表外露的适当部分切割出方形孔洞，调整螺旋钻机和钻杆角度，实施土层锚杆孔的钻设。为避免钻设锚杆孔时对土质形成扰动，应在孔口置入适当长度套筒，使孔口土质稳定。如遇硬质岩体，可通过调整锚定台座方位或钻杆角度予以处置。

将锚杆孔钻设至设计深度后，在孔中置入注浆管和锚杆，灌注配制的高强度水泥砂浆。灌注过程应保持连续性，直至注浆管中的水完全排清。然后焊接装设锚定台座和围檩，待水泥砂浆强度达到70%标准强度后，实施拉锚施工。

2.3.4   挖掘基坑土体

钢板桩顶端每间隔10m安设1个位移监测点，随后开展基坑挖掘作业。基坑挖掘应分层完成，禁止对钢板桩前的覆盖土进行超挖。挖掘施工时，应及时关注地面沉降和钢板桩顶端位移变化情况，如位移量达到3cm，应暂停挖掘施工并及时处理。

3   锚拉式组合钢板桩施工要点

3.1   组合钢板桩施工要点

3.1.1   导向架安装精度

装设导向架是组合钢板桩支护作业的重点工序，是影响钢板桩垂直度的关键。导向架的垂直度误差应小于5mm。使用千斤顶和线锤，对导向架的水平度和垂直度实施调整，直至达到设计要求。

3.1.2   H型钢作业

H型钢进场后，将其吊装至预先搭建好的型钢平台，摆放平整后进行坡口处理，将H型钢焊接成整根设计长度，随后吊装至打桩区。在置入H型钢过程中，吊装H型钢至规定高度，利用其自重实施沉桩，直到难以下沉后再用振动锤锤击。锤击过程中应控制锤速，以保证其垂直度达到规定标准。

3.1.3   U型钢板桩作业

U型钢板桩在装运过程中容易产生变形，因此在安装之前应检查和调整其与H型钢锁口的配合部位，确保其锁口与H型钢锁口的顺利配合。通过调整履带起重机的吊装方位，保证U型钢板桩顺利通过导向架。对U型钢板桩沉桩、锤击时同样应控制速度，做到缓慢均衡。

3.1.4   转角桩作业

钢板桩支护施工对转角桩精度要求较高，施工前应计算出不同转角桩点位的角度，并在H型钢锁口制备过程中确定开槽方向。通过定制精确尺寸的转角桩，以保证在基坑转角处作业时H型钢和U型钢板桩沉桩的顺利进行。

3.1.5   封闭桩作业控制

封闭桩作业过程中，应严格参照施工区域留设的缺口规格尺寸制备U型钢板桩，保证U型钢板桩可准确插入H型钢锁口中，以保证封闭桩拼接的严密性。

3.2   锚拉结构施工要点

3.2.1   精准定位锚杆孔

在螺旋钻机进行钻孔作业之前，锚杆孔的放线定位应精准，其纵横定位误差应小于10cm。合理修整钻孔区域的坡度，保持地表清洁。应确保脚手架装设稳定，并满足钻孔承载要求。

3.2.2   控制锚杆制作安装质量

检测锚杆体制作质量，保证其强度、直径、曲度满足施工标准。锚杆体自由段部位应刷涂机油，实施必要防腐处理，避免摇晃、扭曲。锚杆装运时应匀称、平顺摆放，禁止挂装、弯曲运输。根据锚杆孔和预设倾角匀速推装，避免因锚杆体方向偏差造成卡顿。

3.2.3   控制锚杆孔灌浆作业

锚杆孔灌注的水泥砂浆，其水灰比应控制在0.45～0.55之间，并做到均匀拌和、即拌即用。灌浆应使用孔底返浆方式，待孔口溢出水泥砂浆后方可停止灌浆。如出现孔口浆液下落，应在0.5h内进行3～4次孔底压注补浆，直至孔口充满浆液。锚拉工况如遇到风化岩土或砂石土质，应选取高压劈裂灌浆方式，以优化此区域土层，加强锚固区域土质粘结效果。灌浆压力控制在2MPa，定型强度应高于30MPa。

4   基坑安全质量监测方法

4.1   基坑土体监测

在基坑坡顶位置装设位移监测点位，实时检测基坑坡顶的沉降情况。这是因为在基坑挖掘作业时，伴随着地下水的不断抽取，土体会释放大量应力，可能会引起支护结构形变。

在基坑坡顶位置装设水平监测点位，用于监测基坑开挖和基坑支护作业时，基坑土体结构的水平位移情况，以确定基坑水平稳定性指标。

在基坑深层土体装设测斜管，用以监测深层土体位移。通过监测深层土体位移量，判断土体的竖直变形程度、带来的影响及基坑土体的稳定性。

4.2   基坑地下水監测

实施地下水位监测，全面掌握基坑周围水位变化情况。这是因为在基坑挖掘时会抽取地下水，使得基坑地下水位降低，可能引起基坑支护结构沉降变形，进而影响支护结构的稳定[6]。

若发现钢板桩锁口位置渗水、引起土体下陷等问题，应快速定位漏水位置，堵塞漏水点，换填袋装土。一旦漏水严重，应利用袋装水泥实施换填止水。

4.3   基坑周围建筑物监测

对基坑周围的管线、街道进行形变监测，充分掌握基坑挖掘过程中周围管线、街道的形变量、形变速度、形变差异等参数。如监测形变参数较大，对周围管线、街道等相关设施构成影响时，应及时采取处理措施，保证设施安全。

5   结束语

在深基坑支护中应用锚拉式钢板桩支护技术，具有稳定性好、耐久度高、防渗效果好等诸多优势，可有效解决因基坑内部支撑结构有限而影响施工问题。本文以锚拉式钢板桩支护技术为切入点，结合工程实例从施工设计方案、施工实施工序、施工要点及质量监测等方面研究锚拉式组合钢板桩支护的应用技术，旨在为类似基坑支护施工提供借鉴。

参考文献

[1] 徐杨青，江强强.城市地下空间基坑工程技术发展综述[J].建井技术，2020，41（6）：1-9，23.

[2] 梁苗. 钢板桩支护在深基坑工程施工中的应用[J]. 建筑工程技术与设计，2014（12）：235.

[3] 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（4）： 176-178.

[4] 陈树林，张峰，代楠.紧邻既有结构的深基坑受力变形特性分析[J].上海交通大学学报，2016，50（10）：1658-1664.

[5] 王政. 国内热轧钢板桩市场开发与研究[J].中国市场，2019（12）：133-134.

[6] 张立天.深基坑工程的安全管理风险分析及对策[J].建筑经济，2020，41（11）：38-41.