HU工法桩在软土地区基坑工程中的应用

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2023年08月15日 15:12:39
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

▍摘要

摘要：HU复合型钢板桩是一种兼具挡土和止水能力的新型钢围护结构，凭借其自身优势目前正逐步在基坑工程中得到应用。针对HU复合型钢板桩在深厚软土地区基坑工程中的应用问题，结合宁波某基坑工程，阐述了竖向支护结构的设计思路，形成了HU复合型钢板桩结合装配式钢支撑和双排HU工法桩两种加强型支护方式，分析了实际施工效果。研究表明，HU工法桩整体刚度大，止水效果好，施工速度快且绿色环保。相关结论可为软土地区深基坑工程中应用HU工法桩提供有益参考。

关键词：基坑支护；软土地区；HU工法桩；双排桩

宁波地区地基中存在深厚软土层，该层土性质差，高含水量，灵敏度高且易扰动，因此基坑工程采用常规现浇支护桩形式的造价往往较高。目前常用的钢围护桩有拉森钢板桩、SMW工法桩等。HU复合型钢板桩（以下简称“HU工法桩”），H指的就是H型钢，U则代表U型钢板桩即拉森钢板桩，这是一种基于拉森钢板桩的新工艺，如图1所示。HU工法桩通过H型钢与拉森钢板桩的组合式连接，形成一个抗弯刚度大、整体性强、止水效果好的竖向支护体系。同时，HU工法桩作为一种可完全回收，重复使用的竖向支护体系，在施工效率、节能环保及工程造价等方面具有明显优势。在当前高效、绿色环保的城市建设背景下，HU工法桩作为一种临时性结构，在满足变形及稳定要求的同时，能兼顾施工效率及环保节能的基坑支护形式，具有很大的应用前景。

▲ 图1 HU工法桩平面示意图

▍1 工程概况与地质条件

▲ 表1土层参数表

本工程为宁波市某地块商业用房项目，总用地面积约61875m2。基坑开挖深度4.20～7.50m。基坑安全等级按二级考虑，设计使用期限为一年。基坑平面图见图2，土层分布及土层参数见表1，场地内软土层厚度近30m。

▲ 图2 基坑平面布置图

▍2 基坑设计

2.1 本工程的特点

综合分析场地地形、土质条件、基坑开挖深度以及周围环境的影响，本工程具有以下特点：

（1）基坑开挖深度较深，大部分开挖深度为4.20m，局部电梯井靠近坑边区域开挖深度达到7.50m。

（2）基坑开挖体量较大，形状比较规则，周长约1020m。

（3）工程桩为预应力混凝土桩，施工对土体有一定扰动。

（4）东北角为项目物业用房与样板间位置，同时施工，前期用作售楼处（预制桩基础）重点保护。

（5）南、北、西三侧管线众多，需要保护。

（6）东南侧桥头位置和东侧桥头位置地势较高，需考虑地面超高。

（7）工程地质条件较差，开挖深度影响范围内除填土外淤泥质黏土，土质含水量高，透水性较差。

2.2 支护结构选型

由于工程施工工期较紧，该工程的预算造价有限，采用传统现浇围护结构施工难以达到深基坑安全高效、方法简便、施工成本低等目标。经综合分析，决定主要采用HU工法桩围护，即SP-IV型拉森钢板桩内插H700×300×13×24型钢的组合围护桩的形式。

▲ 图3 HU工法桩结合钢支撑支护剖面图

场地的东北角位置由于前期使用的售楼处与基坑同时施工，再加之电梯井临近坑边，此处的开挖深度达7.5m，故采用HU工法桩+预应力型钢组合支撑的形式，同时坑内采用单轴水泥搅拌桩作坑底加固，以确保基坑安全施工及后期售楼处的正常使用，支护剖面图见图3，现场实施效果见图4。项目东南角由于桥头地势较高，为安全考虑，同样采用此形式支护。

▲ 图4 HU工法桩结合型钢组合支撑现场照片

场地的南北两侧考虑道路地坪标高较高，且坑边有较深电梯井，开挖深度6m～7.5m，采用双排HU工法桩并在坑内进行土体加固，其目的在于保证安全施工的前提下加快项目的施工速度。支护剖面图见图5，现场实施照片见图6。

▲ 图5双排HU工法桩支护剖面图

▲ 图6双排HU工法桩现场照片

场地东侧具有放坡条件，采用拉伸钢板桩悬臂结合坑外大放坡的支护形式，但为保证该侧出土口安全，出土口位置仍采用双排HU工法桩。

▍3 基坑施工

3.1 施工流程

施工HU工法桩-－放坡分块开挖土体至支撑标高－－设桩顶坡面及地表砼面层，并设好地表排水明沟及集水井－－施工型钢围檩和预应力型钢组合支撑－－支撑施加预应力（无支撑段围护桩完成后），分层分块挖土至底板垫层底标高--人工边修土边－－设底板垫层，并设好坑底集水井－－挖地槽至承台及地梁底标高，并立即设好垫层及砖胎模－－设好二次围护措施，挖坑中坑土体至设计标高，并立即设好垫层－－地下室基础和底板传力带施工－－待底板及底板传力带强度达到设计强度后－－拆除预应力型钢组合支撑（无支撑处直接向上作业）--完成地下室结构，回填土方至设计标高－－回收型钢并注浆－－向上作业。

3.2 支护桩沉桩

HU工法桩采用高频液压振动打桩机施工，H型钢要确保平整度和垂直度，不允许有扭曲现象，插入时要保证垂直度。拉森钢板桩应选用未明显变形且无扭曲的IV型拉森钢板桩，且施工前应进行修整。H型钢与拉森钢板桩必须控制好下沉速度，一般为1m/min，拉森钢板桩施工前，应在需要施工H型钢的相应拉森钢板桩内侧焊接定位钢板。先行施工整排连续的拉森钢板桩，再根据设计要求，在相应焊接有定位钢板的拉森钢板桩处施工H型钢。

3.3 挖土控制

1）土方开挖前应对场地进行平整并清除场地中的障碍物。

2）挖土机械采用小型号，不得碾压和碰撞型钢组合支撑和立柱，挖土机械不得直接碾压压顶梁和钢筋混凝土支撑，严禁在底部掏空的支撑梁上行走与操作。

3）底板垫层施工完毕后，方可二次开挖地槽至承台及地梁底标高；开挖时要求分段挖地梁、间隔挖承台，且边设好二次围护措施，挖坑中坑土体至设计标高，并立即设好垫层。

4）基坑各阶段挖土施工必须遵循“分层开挖、严禁超挖”的原则；每层厚度不宜大于1500mm，每段开挖宽度不宜超过20m。

5）基坑挖土施工应做到“五边”施工，即：边挖、边凿、边铺、边浇、边砌，保证基坑土体不长期暴露，确保基坑稳定。

6）挖土时应加强对工程桩的保护，严格控制坑内开挖高差（土坡高差控制在2000mm以内）及坡度（坡度小于1:2)，防止坑内土体滑坡。

3.4 实施效果

由现场施工情况可知，HU工法桩排列整齐，H型钢与拉森钢板桩连接紧密，无渗水和流土现象，为基坑开挖与基础结构施工创造了非常良好的工作环境。与采用SMW工法桩方案相比，节约40%左右的工程造价和30d左右工期。

但需指出，同其他钢围护桩的缺点一致，本项目钢围护桩回收期间虽采用了孔洞灌砂回填措施，但振动拔桩对土体的扰动及拔桩后地层损失补偿的滞后仍造成周边局部路面出现开裂的情况。因此，钢围护桩拔桩的环境效应问题仍有待进一步研究。

▍4 结语

本文基于宁波市某地块商业用房项目基坑工程，就HU工法桩在基坑中的应用情况进行介绍。针对不同开挖深度和坑外环境，采用了HU工法桩结合型钢组合支撑和HU工法桩双排桩两种加强型支护形式。结果表明：加强型HU工法桩在保证HU工法桩止水性强、节约成本、施工速度快等优点的同时，还提升结构抗变形能力，拓展了HU工法桩在深厚软土地区的适用性。

来源：《土木工程》

作者：于峰泉

编辑整理：项敏

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