【摘要】文章结合某滨海城市深基坑支护工程，阐述了钢板桩支护施工设备选型及施工关键工艺。对比分析多种设备优势与缺点，最终选用“上海振中YZPJ－100型液压振动锤+三一重工SY245H中型挖掘机”组成的振动打桩机进行钢板桩打桩工作。该振动打桩机具有整机重量较低，能够应用在滨海城市软土深基坑钢板桩支护施工中。
【关键词】软土地层;深基坑;基坑支护;钢板桩;工程机械
滨海城市地层以软土为主，且地下水埋深较浅，这为滨海城市深基坑的开挖和建设带来了一定的挑战［1－2］。钢板桩支护具有施工周期短、低噪声、刚度大、抗渗性强等诸多优点，在滨海城市基坑支护中得到了广泛应用。然而，由于施工操作管理不当或设备选型不正确，钢板桩支护在工程实践中仍然存在诸多安全问题［3］。因此，本文依托于某滨海城市深基坑支护工程，深入阐释了钢板桩支护在滨海城市深基坑支护中应用的可行性、设备选型及施工关键工艺。
1工程背景与基坑支护方案
1.1工程背景
本次试验研究依托于某滨海城市商业大厦基坑支护工程，临近地铁路口站。该基坑安全等级为一级，开挖深度为(12±1.5)m。基坑段落某侧附近存在一城市地铁隧道，其拱顶埋深约为16m，隧道结构外径6.0m。拟建建筑地下室支护结构边缘距离地铁隧道衬砌结构距离最近处为5.0m(图1)。根据工程勘察报告显示，区域土层分布如表1所示。由表可知，基坑开挖范围内，杂填土层厚约0.90m，且粘聚力、内摩擦角较小，土的力学性质较差;粉土层按照力学性质可以大致划分为4层，层厚分别为2.70m、3.00m、7.00m和5.20m，但不同粉土层力学性质存在差异，埋深越大的土层承载能力越强。由于基坑开挖深度较大，同时由于城市建设无法采取放坡开挖，因此，必须进行有效的基坑支护方法才能进一步开展工作。
1.2基坑支护方案确定
根据地质勘查结果及资料调查，发现土体液化等级为严重，基坑必须采取支护措施，先支护、后开挖。经过多方讨论，拟采用“钢板桩+内支撑”支护结构体系进行基坑支护。选用钢板桩作为基坑围护体系，桩长18.00m，嵌入基坑底土体6.00m。基坑内侧在顶部设置一层围檩加锚拉，围檩采用热轧宽翼缘双拼22号背对背槽钢，通过锚杆?25mm圆钢与基坑外锚杆拉结，间距3m。斜角撑采用?426mm无缝钢管、壁厚10mm，角部围檩型钢H400×400×13×21。围檩位置为钢板桩顶端500mm范围内(图2)。
2钢板桩支护施工
2.1钢板桩选型
根据相关设计规范，经过研究及力学验算，经过研究及力学验算，选取截面抵抗矩W=2270cm3的拉森IV型钢板桩进行支护。在钢板桩进场前，需进行质量检验和处理，包括外观检验和缺陷矫正等。
2.2施工设备选型
用钢板桩进行基坑支护施工，主要涉及到的施工设备有:反铲挖土机、装载机、自卸车、液压振动锤、履带式挖掘机、汽车式起重机、水泵、振动拔桩机、气割机、电焊机等。涉及到土方开挖、钢板桩打桩、钢板桩拔桩、排水等工序。本次研究的目的主要是为了探讨在城市软土地基深基坑支护中钢板桩打桩设备选型及施工工艺问题，因此需要结合实际情况分析多种设备的优势。目前，钢板桩的施工设备较多，可以分为冲击打桩设备、振动打桩设备、振动冲击打桩设备以及静力压桩设备。由于基坑开挖深度较大且周围存在较多地下建筑，因此采用静压设备和冲击打桩设备均不满足要求。经过研究，认为采用振动打桩设备最佳，且该设备还可以用于振动拔桩，具有较高的经济性。本次钢板桩打、拔桩施工拟采用“上海振中YZPJ－100型液压振动锤+三一重工SY245H中型挖掘机”组成的振动打桩机。上海振中YZPJ－100型液压振动锤的偏心力矩在0～447(N•m)之间，最大转速可达1400r/min，最大激振力可达980kN，允许用拔桩力达588kN。分析认为，上海振中YZPJ－100型液压振动锤能够满足该地层条件下钢板桩打桩与拔桩施工。挖掘机采用三一重工SY245H中型挖掘机，该设备铲斗容量为1.3～2.1m3，额定功率为147kW(2100r/min)，整机工作重量为25.50t，最大挖掘深度可达6.70m，铲斗挖掘力达175kN。本次软土地基条件下的深基坑钢管桩支护难度较大，一方面，深基坑开挖深度达12m，钢板桩长度达16m，因此需要设备的功率能够满足打桩与拔桩施工条件，因此小型挖掘机不能满足要求;另一方面，大型挖掘机重量过大，在软土地基上施工容易造成土体明显变形，影响工程质量，因此大型挖掘机也难以适用。因此，经过深入探讨与评估，采用“上海振中YZPJ－100型液压振动锤+三一重工SY245H中型挖掘机”组成的振动打桩机能够较好的适用于本次软土地基深基坑钢板桩支护打桩和拔桩工作中。
2.3施工工艺
2.3.1钢板桩打设
在钢板桩打设前，需要先与相关部门取得联系，将建筑物附近的雨水管道和消防管道等设施进行处理。再根据后续的施工要求和钢板桩的打设要求，设定钢板桩的打设位置，按照顺序洒灰线标注钢板桩位置。在钢板桩时，需要采用挖机挖掘宽度和深度为1m的沟槽，清除钢板桩区域的硬层后再采用单独打入法进行钢板桩打设。具体打设方法为先将第一支钢板桩吊运至桩位，确认正确后振动打入，然后再将第二支钢板桩吊运至桩位，确认企口位置后振动打入，后续循环操作直至基槽钢板桩全部打入完成。
2.3.2支护结构设置
支护结构施工顺序如下:锚桩施工—钢板桩内外侧土方开挖—托架安装—围檩及角部隅撑—拉杆—钢板桩锚头—检查验收。将围檩设置在钢板桩墙距顶部500mm处，由双拼22号背对背槽钢组成围檩，施置于钢牛腿上，通过钢筋?25mm拉杆固定于后侧的锚桩上，固定方式均采用螺丝连接，锚桩为20号工字钢。在垂直于框架柱与柱之间地面位置放型钢H400×400×13×21，钢筋?25mm拉杆固定于型钢上。为稳妥起见，在钢板桩四个转角上H400×400×13×21作围檩，?426×10mm钢管作角撑。
2.3.3钢板桩拔除
土建工程完毕后即进行钢板桩的拔除。先拆除围檩、角撑及拉杆，再拆除钢板桩及锚杆。利用振动锤产生的强迫振动扰动土质，破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，将桩拔除。
3支护质量监测
3.1监测点布置
为验证“钢板桩支护+内支撑”支护体系及“上海振中YZPJ－100型液压振动锤+三一重工SY245H中型挖掘机”组成的振动打桩机施工的可行性，本次研究在基坑顶部的转角处、中点位置共设置8个位移观测点，具体布置如图3所示。根据基坑工程安全等级，本次监测钢板桩竖向位移报警值为20mm。
3.2位移监测结果
图4为深基坑开挖过程中各位移监测点监测结果，即，基坑各点竖向位移随时间变化曲线。由图可知，随着开挖过程的不断推进，各个监测点的竖向位移也逐渐增大，但对于测点1～8，其最大竖向位移分别为16mm、16mm、15mm、14mm、13mm、17mm、16mm及16mm，均低于本次工程所设置的报警值(20mm)，远小于基坑工程规范规定的临界值(35mm)。由此可见，利用“钢板桩+内支撑”体系进行滨海城市软土地层深基坑支护时，基坑的变形能够满足相关规范要求，该支护方案可行性高。此外，进一步可以观察到，基坑开挖引起的竖向位移主要发生在前5天。对于测点1和测点2，在基坑开始开挖不久，测点就分别产生了7mm和5mm的竖向位移，测点3、4、6则产生了1mm的沉降，而测点5、7、8则未见明显地表沉降现象。结合地质勘察报告及周围建筑分布情况，分析认为，这是由于在基坑西北角(测点1、2附近)同样存在一处基坑开挖的工地工程，二者相互影响，导致靠近另外一个基坑的测点(测点1、2)处产生了较大的沉降。
4结论
(1)“上海振中YZPJ－100型液压振动锤+三一重工SY245H中型挖掘机”组成的振动打桩机进行打桩施工，该设备能够适用于滨海城市软土层深基坑钢板桩支护工作中，具有整机质量较小、运输方便、成本较低等优势。(2)利用“钢板桩+内支撑”支护体系滨海城市软土层深基坑支护具有高度可行性，开挖支护后的深基坑最大竖向位移为17mm，低于本次工程所设置的报警值(20mm)，远小于基坑工程规范规定的临界值(35mm)。
作者：肖志林 单位：天津水泥工业设计研究院有限公司