汪 崗

（山西省安裝集團(tuán)股份有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，大型建筑以及高層建筑的基坑開挖深度和開挖規(guī)模也隨之增加[1]。對(duì)于施工周邊存在其他建筑物或設(shè)施時(shí)，周邊環(huán)境復(fù)雜程度較高，這會(huì)增加建筑施工過程中深基坑開挖的難度。深基坑施工作為建筑工程施工的重要組成部分[2]，對(duì)建筑工程的施工進(jìn)度、施工質(zhì)量存在直接影響。因此，各個(gè)施工單位都非常重視深基坑工程的安全性[3]。通常情況下，深基坑施工過程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，同時(shí)對(duì)于周圍其他設(shè)施的安全也會(huì)造成影響[4]。

鋼板樁是一種帶有鎖口的型鋼，屬于一種聯(lián)動(dòng)裝置，連接后可形成一種連續(xù)、緊密的鋼結(jié)構(gòu)擋土墻[5]。鋼板樁具有強(qiáng)度高、容易打入堅(jiān)硬土層等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)滿足水中施工的需求，是深基坑施工時(shí)應(yīng)用較為普遍的支護(hù)結(jié)構(gòu)[6]。常見的鋼板樁分為兩大類，一是拉爾森式鋼板樁、二是拉克萬納式鋼板樁。為了研究鋼板樁在房屋建筑工程深基坑支護(hù)體系中的應(yīng)用效果，本文以某城市的中心大廈建筑工程為例，展開相關(guān)研究，詳細(xì)分析深基坑鋼板樁支護(hù)體系的應(yīng)用。

1 工程深基坑施工難點(diǎn)

1.1 工程概況

某城市中心大廈建筑屬于高層商業(yè)建筑，包含主體建筑和裙樓兩個(gè)部分，地上30層，地下2層，地上建筑高度共120m，采用框架結(jié)構(gòu)，主體建筑和裙樓均為獨(dú)立基礎(chǔ)。結(jié)合建筑設(shè)計(jì)方案，確定該建筑的深基坑整體形狀為矩形，南北方向總長度為129.7m，東西方向總長度為56.2m。整個(gè)施工地形呈現(xiàn)南高北低狀態(tài)，南北兩側(cè)標(biāo)高分別為70m和64.2m，高差為5.8m。

工程施工前，采用鉆探方式對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行勘測，勘測結(jié)果如表1所示。經(jīng)過勘測確定該工程施工場地地下水位較淺，水量較為豐富，地下水埋深為3.2～6.0m，主要以裂隙孔隙水為主。

表1 建筑工程范圍地質(zhì)情況勘測結(jié)果

1.2 深基坑施工難點(diǎn)

結(jié)合上述勘測結(jié)果以及建筑工程設(shè)計(jì)方案和施工標(biāo)準(zhǔn)，可知該深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工面臨較大挑戰(zhàn)。

1.2.1 深基坑施工周圍環(huán)境復(fù)雜程度較高

由于該建筑工程位于城市中心地段，施工場地周圍存在其他住宅建筑、商場、城市交通主干道以及地鐵站，并且地下支撐管線分布較為密集，尤其是商場和深基坑開挖線之間的距離僅為2.85m，施工空間較小，大型施工設(shè)備受到極大限制。除上述情況外，施工場地距離居民住宅區(qū)域距離僅為5.8m，需控制深基坑施工過程中的噪聲干擾，并保證商場的正常營業(yè)。因此，在深基坑施工過程中，需有效避免開挖引起周圍建筑物沉降。

1.2.2 施工場地條件較差

由于施工場地地下水含量豐富，并且土層主要以粉質(zhì)黏土為主，同時(shí)含有砂層土，土層穩(wěn)定性較差。如果施工質(zhì)量較差，則會(huì)導(dǎo)致土層坍塌。同時(shí)該建筑的深基坑開挖總長度較長，屬于超大深基坑，因此，施工難度較大。

2 深基坑鋼板樁支護(hù)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上述勘測結(jié)果和施工難點(diǎn)，進(jìn)行深基坑鋼板樁支護(hù)方案設(shè)計(jì)。為了保證施工的穩(wěn)定性和安全性，采用鋼板樁+鋼筋混凝土內(nèi)撐的支護(hù)方案。該方案中共設(shè)計(jì)2道內(nèi)支撐，高度分別為78m和74m，方案結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。

圖1 深基坑鋼板樁支護(hù)方案剖面圖

該方案選擇12mm厚度的拉森III型鋼板樁。該鋼板屬于一種U型鋼板，其兩側(cè)有凹槽鎖口，鋼板的相關(guān)性能參數(shù)如表2所示。

表2 拉森III型鋼板相關(guān)性能參數(shù)

該項(xiàng)目選擇拉森III型鋼板是由于其可通過鎖口之間作用力形成連接。因此，將拉森鋼板樁放入底層，形成鋼板樁墻的支護(hù)體系。該支護(hù)體系能夠滿足較小施工空間的需求，并且該鋼板樁具有較好的防水性以及強(qiáng)度，能夠有效處理土體壓力，避免發(fā)生土體位移或者坍塌。進(jìn)行鋼板樁施工時(shí)，為保證施工效果，采用焊接等方式完成鋼板之間的相互連接，以此避免拉森鋼板拼接鎖口之間的滑移影響導(dǎo)致剛度降低。

拉森鋼板樁在施工過程中和外墻充分結(jié)合，并將其打入土層后不再拔出，將其作為永久維護(hù)結(jié)構(gòu)。此外，由于基坑中水量較為豐富，拉森鋼板永久圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工后，在緊貼外墻處設(shè)置隔水帷幕，主要采用深層水泥攪拌樁完成，以此可形成鋼板樁和帷幕墻兩道防水系統(tǒng)，極大程度提升深基坑隔水能力。

3 深基坑鋼板樁支護(hù)體系施工技術(shù)

3.1 整體施工流程

完成深基坑鋼板樁支護(hù)體系方案設(shè)計(jì)后，結(jié)合施工環(huán)境確定該方案的整體施工流程，如圖2所示。

圖2 深基坑鋼板樁支護(hù)體系施工流程

3.2 施工機(jī)械設(shè)備選擇

確定施工流程后，需選擇合適的施工設(shè)備，以此保證施工進(jìn)度。該工程選擇設(shè)備見表3所示。

表3 施工設(shè)備及其型號(hào)

3.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 拉森鋼板樁平面和豎向布置

（1）拉森鋼板樁的平面布置應(yīng)位于地下結(jié)構(gòu)外圍，當(dāng)處于狹小施工空間時(shí)，將其作為地下結(jié)構(gòu)外模；并且該平面布置形狀需保持平整，避免發(fā)生不規(guī)則轉(zhuǎn)角。

（2）確定拉森鋼板樁豎向布置前需確定樁頂標(biāo)高位置；施工過程中為避免對(duì)周圍建筑和設(shè)施造成影響，通過開挖作業(yè)溝槽的方式，使其位于合理位置，樁頂以上部分位置可采用自然放坡。

3.3.2 拉森鋼板樁打設(shè)方式

為保證鋼板樁的施工效果，采用液壓振動(dòng)錘將拉森鋼板樁打入地下，并且為保證樁體的垂直度以及和墻面的平直度，應(yīng)結(jié)合輔助導(dǎo)向架完成。導(dǎo)向架主要由雙側(cè)圍檁、圍檁樁和連接板組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 結(jié)合輔助導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行打樁過程中，需從一側(cè)開始進(jìn)行插打施工，并且在插打過程中需保持擊打的連續(xù)性，結(jié)合導(dǎo)向架嚴(yán)格控制行走線路和施工方向，避免發(fā)生較大傾斜誤差。打樁過程中，還需檢測拉森鋼板樁圍堰軸線，在合理距離下設(shè)置導(dǎo)向樁，以此為依據(jù)完成掛線導(dǎo)線制作；在控制過程中依據(jù)該導(dǎo)線進(jìn)行鋼板樁軸線控制，確保其施工后法向精度滿足施工需求。除上述控制外，在打樁過程中，采用連續(xù)插打作業(yè)完成單樁施工，精準(zhǔn)控制樁頂高程結(jié)果，使其滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，避免發(fā)生較大偏差；在插打過程中需實(shí)時(shí)測量樁體的傾斜度，按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，保證樁體傾斜度在0.5%范圍內(nèi)，鋼板樁軸線偏差為±10mm，一旦超過該標(biāo)準(zhǔn)，則采用拉齊法對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，將樁體拔出后重新打入。如果打入過程中鎖口位置產(chǎn)生縫隙，會(huì)影響鋼板樁墻的最后合龍效果，此時(shí)可采用異性樁進(jìn)行調(diào)整，保證樁體打入質(zhì)量。

3.4 深基坑內(nèi)加固處理

依據(jù)上述步驟完成拉森鋼板樁支護(hù)體系施工后，為進(jìn)一步提升深基坑穩(wěn)定性，對(duì)開挖區(qū)域進(jìn)行回填處理，采用分段回填法完成深基坑回填處理，基坑回填斷面結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 基坑回填斷面結(jié)構(gòu)

該工程共分為5個(gè)階段完成深基坑回填施工，在第一和第二回填階段中，需控制滑動(dòng)剪出口，進(jìn)一步避免基坑土體位移；在此基礎(chǔ)上則進(jìn)行第三階段回填，該工程采用逐步向后推填的方式完成，回填寬度是坑深的1.3 倍左右；完成該階段回填后，則開始第四和第五階段回填，該階段的主要目的是增加回填高度，以此提升基坑鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 深基坑鋼板樁支護(hù)體系效果分析

依據(jù)上述施工技術(shù)完成房屋建筑工程深基坑鋼板樁支護(hù)體系施工后，需對(duì)施工效果進(jìn)行檢驗(yàn)。由于該工程周圍環(huán)境較為復(fù)雜，存在多類建筑，對(duì)于土體的穩(wěn)定性需求較高。因此，該工程主要以鋼板樁穩(wěn)定性為檢驗(yàn)核心，其穩(wěn)定性越高則施工后土體的穩(wěn)定性越佳，周圍土體的變形和位移越小，施工效果越好。

結(jié)合房屋建筑工程對(duì)基坑抗隆起穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，將結(jié)構(gòu)平面作為極限承載力的基準(zhǔn)面，計(jì)算基坑隆起安全系數(shù)Ks，其公式為：

式中：

γ1、γ2——土體容重加權(quán)平均值，前者對(duì)應(yīng)深基坑內(nèi)土體，后者對(duì)應(yīng)坑外土體；

T——周期；

Nq、Nc——地基承載力系數(shù)；

c——土體黏聚力；

H——深基坑開挖深度；

q——深基坑外地面荷載；

l——拉森鋼板樁入土深度。

依據(jù)上述公式在獲取靜荷載的情況下，可計(jì)算出深基坑鋼板樁支護(hù)體系施工后的安全系數(shù)Ks，并將計(jì)算結(jié)果和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如果Ks＞1.7，表示穩(wěn)定性滿足工程標(biāo)準(zhǔn)。測試結(jié)果如圖5所示，由于篇幅有限，結(jié)果僅隨機(jī)呈現(xiàn)10個(gè)位置的驗(yàn)算結(jié)果。

圖5 穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果

依據(jù)圖5測試結(jié)果可知：采用該工程設(shè)計(jì)的深基坑鋼板樁支護(hù)體系施工方案完成施工后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)驗(yàn)算結(jié)果均在1.7以上，其中最大結(jié)果為1.92，可保證深基坑的穩(wěn)定性，可極大程度降低深基坑開挖后土體的變形，保證建筑施工效果的同時(shí)，較好的避免工程周圍建筑發(fā)生位移。

5 結(jié)束語

綜上所述，深基坑的穩(wěn)定性和安全性十分重要，對(duì)于周圍存在其他建筑和市政工程的深基坑工程，更不可能掉以輕心。本文研究的鋼板樁支護(hù)體系，正是為了滿足建筑工程深基坑施工的需要。在本文的案例工程中，我們根據(jù)工程場地的地質(zhì)條件和水文條件，結(jié)合工程的施工難點(diǎn)設(shè)計(jì)了深基坑鋼板樁支護(hù)方案；按照施工流程完成了該支護(hù)體系施工后，驗(yàn)算了深基坑鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。實(shí)踐表明：該施工方案能夠較好的保證深基坑的穩(wěn)定性，安全系數(shù)均在1.7以上，滿足工程施工要求。