大型地下箱涵的圍護設(shè)計及施工*

上海建工二建集團有限公司 上海 200080

1 工程概況

1.1 新建箱涵概況

昆山市中環(huán)快速化改造工程E-Ⅱ標段三星電機廠（下稱三星廠）門口原河道（FMK6+410～MK6+740）向東改移4 m，需新建門口箱涵。

新建箱涵長42 m，分為2 孔，每孔寬4 m，基礎(chǔ)開挖深為4.7 m（箱涵頂面至坑底深度），結(jié)構(gòu)采用C30鋼筋混凝土，基礎(chǔ)下采用厚50 cm礫石砂加固。

由于新建箱涵東側(cè)邊距離三星廠門衛(wèi)外墻為3.5 m，對基坑圍護結(jié)構(gòu)要求較高，為確保三星廠門衛(wèi)在施工期間的安全，東側(cè)擬采用12 m拉森鋼板樁，西側(cè)采用長9 m普通鋼板樁圍護加2 道鋼圍檁支撐（首層支撐為雙拼400 mm×400 mm H型鋼支撐、2 層支撐為φ609 mm鋼管柱支撐）施工方案，如圖1所示。

圖1 三星廠箱涵圍護平面

1.2 主要施工技術(shù)難點

1.2.1 深基坑施工對鄰近建筑物和管線的影響

整個基坑長約50 m，寬約11.5 m，開挖深4.7 m，基坑?xùn)|側(cè)2 m處有一φ1 000 mm給水管，東側(cè)3.5 m處是三星廠門衛(wèi)室，且基坑?xùn)|西側(cè)均需保證道路通暢，如此復(fù)雜的環(huán)境一次性開挖后，土體卸載后極易造成基坑變形，基坑變形對周邊環(huán)境影響將非常大，尤其是緊鄰的建筑物和管線，一旦施工對建筑物或管線造成破壞，后果將不堪設(shè)想，因此保證鄰近建筑物和管線的安全是此項工程的重中之重[1]。

1.2.2 需在汛期前完成，工期緊

本工程需斷流施工，所以務(wù)必在汛期前施工完成并通水，否則對昆山市水網(wǎng)將造成較大壓力。

1.2.3 需保證三星廠員工正常通行

本工程施工期間，需保證三星廠員工正常通行，需在新建箱涵南側(cè)老河道上新建一條橫穿河道的人非通道，這對施工安全以及施工組織安排上提出了較高的要求。

2 主要施工技術(shù)措施

2.1 三星廠出入口設(shè)置

施工箱涵前，先在新建箱涵南側(cè)15 m處設(shè)置1 條頂寬2.5 m的人非通道，便于廠內(nèi)人員進出。便道設(shè)置為東西走向，橫跨原有河浜，人非通道采用厚15 cm混凝土面層，厚5 cm碎石墊層，下面用素土填筑并夯實。

2.2 三星廠箱涵圍護

箱涵結(jié)構(gòu)采取整體一次性實施，圍護結(jié)構(gòu)采取整體封閉施工[2]。鋼板樁施工前在現(xiàn)有地面開槽，沉樁后鋼板樁頂標高與現(xiàn)場地面保持平齊。同時在箱涵東側(cè)有一三星廠門衛(wèi)房，距離箱涵基礎(chǔ)邊3.5 m，為確保箱涵施工期間三星廠門衛(wèi)室的安全，東側(cè)需用長12 m的拉森鋼板樁（SKSP-Ⅳ型）進行圍護，西側(cè)用32b#長9 m鋼板樁圍護，并用400 mm×400 mm H型鋼圍檁及支撐（首層支撐400 mm×400 mm H型鋼，2 層支撐φ609 mm鋼管柱）。箱涵支撐在開挖前設(shè)置第1道，第1道支撐頂高程為2.5 m，因西側(cè)鋼板樁是在老箱涵破碎后才打入的，因此邊鋼板樁外面為空缺部分，所以待第1道支撐撐好以后，將西側(cè)鋼板樁外的空當(dāng)部分填土密實后再開挖基坑，確保鋼板樁圍護牢固，第2道支撐在開挖后及時支撐（圖2）。

圖2 三星廠箱涵施工斷面

2.3 老箱涵拆除

箱涵破除前需在東側(cè)拉森鋼板樁打設(shè)以后方可施工，老箱涵采用鎬頭機破除，先破除箱體頂板，清除箱體內(nèi)淤泥，然后對需打設(shè)西側(cè)鋼板樁部位的老箱涵基礎(chǔ)進行破除，待西側(cè)鋼板樁打設(shè)完成以后，對上部進行支撐，破除鋼板樁圍護內(nèi)的老箱涵并挖除。

3 實施過程

3.1 拉森鋼板樁圍護材料選擇

3.1.1 長12 m拉森鋼板樁入土深度及鋼板樁長度計算

因開挖深度為4.7 m，為確?；臃€(wěn)定及三星廠門衛(wèi)安全，東側(cè)鋼板樁采用長12 m的拉森鋼板樁（SKSP-Ⅳ型），圍檁采用400 mm×400 mm H型鋼及2 道支撐（首層雙拼400 mm×400 mm H型鋼，2 層φ609 mm鋼管柱撐）。地面荷載q=1 kPa，拉森鋼板樁的抵抗矩W=2 043 cm3，應(yīng)力σ=205 MPa。

鋼板樁穿過厚4 440 mm的黏土，進入粉土層7 560 mm。黏土層重度為17.2 kN/m3，內(nèi)摩擦角為9.2°，內(nèi)聚力為13.3 kPa，粉土層重度為17.9 kN/m3，內(nèi)摩擦角為12.6°，內(nèi)聚力為14.8 kPa。

經(jīng)計算，東側(cè)長12 m拉森鋼板樁符合要求。

3.1.2 長9 m鋼板樁入土深度及鋼板樁長度計算

因開挖深度為4.7 m，西側(cè)采用長9 m 32b#槽鋼鋼板樁圍護。地面荷載q=10 kPa，32b#槽鋼鋼板樁的W=503.55 cm3，σ=205 MPa。

經(jīng)計算，西側(cè)鋼板樁長度可選9 m。

3.1.3 鋼板樁支撐驗算

1）經(jīng)計算，400 mm×400 mm H型鋼支撐驗算合格。

2） 經(jīng)計算，φ609 mm×14 mm鋼管柱支撐驗算合格。

3.1.4 二道支撐拆除換撐驗算

經(jīng)計算，二道支撐拆除換撐驗算合格。

3.1.5 鋼筋選擇

經(jīng)計算，確定鋼筋截面積及配筋。

3.1.6 跨中撓度計算

經(jīng)計算，跨中撓度計算合格。

3.2 整體穩(wěn)定性、坑底抗隆起、抗傾覆驗算

基坑開挖深為4.7 m，采用板樁作圍護結(jié)構(gòu)，樁長為9 m，樁頂標高為1.5 m。計算時考慮地面超載10 kPa。

經(jīng)計算，整體穩(wěn)定性、坑底抗隆起、抗傾覆均符合要求。

3.3 測量及開挖施工

復(fù)核設(shè)計道路中線，施工過程中根據(jù)斷面對箱涵中心線進行測量放樣，報監(jiān)理工程師復(fù)測后，開挖工作采用人工配合挖掘機進行，先用挖掘機沿開坑線挖至基底設(shè)計標高上20 cm，然后用人工將剩余部分清理至基底設(shè)計標高，并整平[3]。

根據(jù)設(shè)計圖紙，箱涵基層寬9.11 m，墊層寬9.51 m，因此開挖寬度控制在11.5 m，采用長12 m拉森鋼板樁圍護施工。

3.4 基層施工

根據(jù)設(shè)計，箱涵底部基層為50 cm砂礫墊層+10 cm C20素混凝土墊層。在開挖、整平工作完成后，隨即進行墊層施工工作，在左半箱涵、右半箱涵底部每10 m沿箱涵中線對稱釘木樁，將高程引至各木樁，在木樁上畫紅線控制墊層厚度。

砂礫墊層采用機器+人工攤鋪、夯實并找平，高程、坡度等滿足設(shè)計要求后方可進行素混凝土墊層施工。素混凝土使用預(yù)拌混凝土，人工收漿找平。

3.5 立模

基礎(chǔ)高度中間為37 cm，斜角處為70 cm，墻身澆筑至三角上30 cm處。澆筑基礎(chǔ)時模板采用木膠板，一次成形。為了防止模板受到混凝土內(nèi)應(yīng)力的影響而變形，保證箱涵基礎(chǔ)的線形與美觀，在模板縱向每0.3 m加豎向肋骨1 根，橫向每0.5 m加1 條橫向肋骨。兩側(cè)模板采用對拉螺栓對拉，外側(cè)模板支撐在拉森鋼板樁上。模板內(nèi)涂刷脫模劑并安裝嚴密，嚴禁使用廢機油代替。

3.6 沉降縫

按設(shè)計位置設(shè)置沉降縫，沉降縫寬度為2 cm縫內(nèi)填瀝青木板，設(shè)置在擋墻與箱體、相鄰箱體之間。

沉降縫設(shè)置做到兩端豎直、平整、上下貫通，沉降縫的填塞符合設(shè)計及規(guī)范要求[4]。

3.7 底板混凝土澆筑

箱涵底板采用C30混凝土現(xiàn)澆而成。采用預(yù)拌混凝土，當(dāng)混凝土到現(xiàn)場時，檢查其坍落度、均勻性等指標，合格后方可使用?；炷琳駬v采用插入式振搗器，混凝土振搗應(yīng)充分密實為止。密實的標志是混凝土停止下沉，不再冒出氣泡，表面呈現(xiàn)平坦、泛漿現(xiàn)象為止。

混凝土基礎(chǔ)南半幅不間斷澆筑一次成型。當(dāng)混凝土達到2.5 MPa時，則進行箱涵基礎(chǔ)模板的拆除與墻身模板的安裝。

3.8 墻身施工

墻身及頂板采用一次澆筑成形的施工方法。板安裝時，墻身模板沉降縫按設(shè)計位置設(shè)置，做到兩端豎直、平整、上下貫通，沉降縫的填塞符合設(shè)計及規(guī)范要求。

在施工墻身混凝土?xí)r，混凝土按一定厚度、順序和方向分層澆筑?；炷翝仓?yīng)連續(xù)進行，如因故必須間斷時，其間斷時間應(yīng)不大于前層混凝土的初凝時間或能重塑的時間，并且不能形成明顯的施工冷縫。

當(dāng)混凝土強度達到2.5 MPa時，則進行箱涵墻身模板的拆除，頂板模板待混凝土強度達到100%時拆除。

3.9 基坑回填

墻身混凝土模板拆模后，先清除基坑內(nèi)的碎木屑、垃圾及表面虛土?；紫葹⑺疂櫇瘢儆眯⌒蜎_擊式夯實機夯實。然后采用6%灰土分層回填，壓實機械采用小型沖擊式夯實機，每層松鋪厚度為30 cm，分層回填時，每層壓實度須達到96%以上。分層回填至箱涵頂。

3.10 搭板施工

箱涵施工結(jié)束后，在箱涵東西兩側(cè)各澆筑一塊搭板，東側(cè)搭板長8 m，寬3.5～5.0 m，共計5 塊；西側(cè)搭板長4.305 m，寬3.0～5.5 m，共計8 塊。

每塊搭板縱向縫之間采用鋼筋拉桿進行連接，搭板采用C30鋼筋混凝土澆筑。

鋼筋在加工場地集中加工，加工前應(yīng)對鋼筋進行檢驗，合格后才能使用。嚴格按設(shè)計圖紙對鋼筋放樣加工，加工成型備用。鋼筋綁扎應(yīng)按圖紙要求進行綁扎。鋼筋長度、間距等應(yīng)滿足設(shè)計和規(guī)范要求，并保證縱、橫向鋼筋直順。搭板鋼筋共2 層，下層縱向鋼筋為φ20 mm，上層縱向鋼筋為φ12 mm，為保證上下層鋼筋的間距和2 層間的整體強度，預(yù)先焊接梯形支架。綁扎上層鋼筋前將梯形支架安裝好。

立側(cè)模時務(wù)必保證模板的穩(wěn)定性，混凝土澆筑前，嚴格控制每輛車混凝土的坍落度，對不合格的堅決退回[5]。采用混凝土泵送車進行澆筑。首先由人工將混凝土攤平，攤鋪厚度一般高出設(shè)計厚度1 cm。由于搭板厚35 cm，采用插入式振搗棒振搗。移動間距不應(yīng)大于30 cm，與模板保持5～10 cm的距離。插入時宜快進慢出，表面泛漿，不再冒氣泡時才能徐徐拔出振搗棒。

振搗完成后，用木抹子進行抹平，并進行頂面高程的檢測，符合要求后將表面抹平。澆筑混凝土?xí)r，嚴禁施工人員踩踏和下壓鋼筋網(wǎng)，保證鋼筋位置準確。混凝土養(yǎng)護采用土工布覆蓋，澆水養(yǎng)生。養(yǎng)護期間，嚴禁上人踩踏，防止出現(xiàn)腳印。

搭板的表面應(yīng)平整，邊緣順直?；炷翉姸冗_到設(shè)計強度的80%以上時才能進行路面結(jié)構(gòu)的施工[6]。

4 實施效果

1）測量檢測情況：比較實測坐標與設(shè)計坐標，最終的各項點位差均控制在5 mm以內(nèi)；比較實測標高與設(shè)計標高，最終差值均控制在3 mm以內(nèi)，且以上數(shù)據(jù)均符合設(shè)計規(guī)范要求。

2）經(jīng)濟效果：通過嚴格計算，采取單邊采用普通鋼板樁的形式，從而減少對鋼板樁的使用。通過此項措施為項目直接節(jié)約成本10%左右（主要包括人工費以及鋼板樁費用），間接減少了鋼材、電、油的能源損耗。

3）進度效果：通過嚴格計算，采取單邊采用普通鋼板樁的形式，加快了鋼板樁搭設(shè)拆卸流程。通過采用該項措施，提前1個月完成了施工任務(wù)。

4）質(zhì)量安全效果：根據(jù)規(guī)范要求，項目部建立質(zhì)量管理體系，全面對工程的施工進行質(zhì)量管理與監(jiān)督，消除質(zhì)量隱患，施工中無任何安全事故發(fā)生，確保施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

在此工程中，我們在有限的空間和時間里，通過合理的技術(shù)變更及選擇不同的施工方法，施工過程中切實落實設(shè)計和規(guī)范要求，加上人機料的合理搭配，最后工程得以保質(zhì)保量按時完成。

從現(xiàn)場實施情況來看，本工程基坑本身變形處于控制范圍內(nèi)，周邊建筑物、管線保護完好，并通過合理的施工方案確定及施工組織安排節(jié)約了工期、節(jié)省了成本，得到了業(yè)主等單位的好評。