HUC组合钢板桩在深基坑工程中的应用

2015-09-18

建筑施工 2015年1期

上海电力建筑工程公司上海 200437

1 HUC组合钢板桩

HUC（H-pile and U-pile Connected的缩写）组合钢板桩：H型桩作为结构的主要构件，承载大部分的水土压力；U型钢板桩为辅桩，起连接为整体和挡水的作用。通过H型主桩和U型辅助钢板桩不同的组合形式，能获得更大的截面参数，优化节省钢材用量，在深基坑支护结构中更具性价比。为保证具有一定的施工灵活度，HUC组合钢板桩施工采用圆管与圆钢的锁扣形式，圆管与圆钢的间距为5 mm（图1）。

图1 H型钢和U型钢板桩的连接示意

2 HUC组合钢板桩的设计及验算[1,2]

以本工程的原水泵房及雨水泵房基坑围护工程为例，原水泵房、雨水泵房的开挖深度分别为6.95 m、6.6 m，采取HUC组合钢板桩+1 道钢支撑围护体系，桩长15 m（为原水泵房，雨水泵房桩长12 m），H型钢规格为700 mm×300 mm×13 mm×24 mm，钢围檩采用双拼H型钢，规格为700 mm×300 mm×13 mm×24 mm；第1道钢支撑采用φ609 mm×16 mm钢管；立柱采用350 mm×350 mm H型钢立柱，长度取20 m（表1）。

表1 围护体基坑计算结果

由基坑计算结果可见，稳定性安全系数计算均大于规范允许值，满足施工安全要求。基坑最大侧向变形满足规范相应的环境保护要求。

每根桩的抗弯刚度EI=422 100 kN·m2，内力和土体抗力的计算结果如图2所示。

抗倾覆验算：大于要求安全系数1.050，符合要求。（以上验算仅反映原水泵房区域的安全系数）。

3 HUC组合钢板桩的施工要点[3-5]

3.1 施工条件

HUC组合型钢板桩施工机具设备主要为500 kN履带吊、导向架及振动锤。对场地的要求不高，但是场地的好坏直接关系到施工的进度，场地的平整度高低直接决定了调整导向架的效率。

3.2 施工顺序

场地平整→导向架就位→H型钢桩施打→U型钢板桩施打→下一组组合钢板桩施工→基坑围护成型

图2 内力和土体抗力的计算结果

3.3 导向架

导向架是用多种型钢及滑轮加工组合而成，用以满足钢板桩施工的钢支架，它是整个组合钢板桩施工的核心，施工的快慢，施工的垂直度以及HUC组合钢板桩能否顺利施工完全取决于导向架。导向架的长度一般可以施工6～8 个型钢的长度，质量8～10 t，用以增加导向架的稳定性。高度一般为3～3.5 m，保证施工H型桩的垂直度，误差控制在5 mm以内。

3.4 H型桩的施工及垂直度控制

导向架安放后起吊H型桩，先靠型钢自身的重力沉桩，当无法再下沉时，开始用振动锤夹紧并振动型钢，振动下沉过程中，H型桩的下沉速度不能过快。当H型桩振动至导向架上层0.6～0.8 m时，停止振动，开始下一个H型桩的施工。当施工完一根型钢后，应立即观察导向架，如果有偏位或不水平，应立即进行调整，时刻保持导向架的平衡。

3.5 U型板桩沉桩控制

完成H型钢施工完毕后，开始施工U型板桩，U型板桩两侧的圆钢应切割成一个斜角，以减少和锁口的摩擦力。对位时使U型板对入H型板桩锁口，开始靠自身的重力作自由沉桩，期间吊机和指挥应注意配合，时刻调整吊机方向，让板能自由顺利的通过导向架上下两层，并入土一部分。入土后不再沉桩时，开始用振动锤U型板桩，振动过程也不能快，应保持一定的速率下沉。

3.6 导向架接头处H型桩间的U型板桩施工

当施工完2 个相邻的导向架内的桩后，移走导向架。将相邻的H型桩振动至离地面1 m处。将U型板对入H型桩两侧锁扣，启动振动锤将U型板桩振入。然后依次将2 个导向架内的其他桩依次振动至设计标高，完成2 组桩的施工。

4 HUC组合钢板桩特点

1）通过H型钢与U型钢不同的组合，可以获得需要的围护墙体的刚度和强度；同时可以根据基坑形状，能把基坑围护体做成复杂形状。

2）施工便捷、程序简单、施工速度快，平均25 min可以完成1 根桩；拔桩速率快于打桩速率。以本工程为例，基坑周长159 m，打设HUC钢板桩共93 根桩，需要8 d时间完成后即可挖土；假设采用3.2 m宽的水泥土重力坝挡土墙，约660 根双轴搅拌桩需要15 d（2 台桩机作业），且需要28 d养护时间后才能进行土方开挖。

3）HUC组合钢板桩的日租赁费用是8 元/t，加打拔费约100 万元；假设采用水泥土重力坝挡土墙，桩长按8.65 m考虑，桩的总方量约3 996 m3，费用为51 万元（不含进出场费）。

4）基坑止水效果较好，钢板桩之间通过锁口连接，兼做止水帷幕，基坑内基本无大量积水。

5）基坑施工占地小，不需要大面积开挖，减少施工场地范围，适用于大多数周围环境不便大开挖的工程。

6）基坑位移小，基坑安全性高。