海域大型鋼板樁圍堰基坑開挖實(shí)踐

鄧 前 鋒

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200002)

1 概述

1.1 工程概況

三門核電一期工程排水口結(jié)構(gòu)采用雙層鋼板樁內(nèi)填芯土的圍堰型式，圍堰形成后在內(nèi)側(cè)施工水泥土攪拌樁，形成圍堰基坑的基本圍護(hù)體系，然后進(jìn)行基坑開挖，施工排水口底板及扶壁擋墻。排水口呈喇叭口狀，出口段寬67 m，末端寬171 m，整個(gè)圍堰東西向長168 m，中心線周長約535.4 m。從排水箱涵端口至喇叭口縱向延長152 m。

圍堰形式為雙排鋼板樁內(nèi)填芯土筑成。鋼板樁采用拉森WRU26型，圍堰寬度為10 m，周長535.4 m。外排鋼板樁頂標(biāo)高為+6.0 m，最大樁長28.5 m；內(nèi)排鋼板樁頂標(biāo)高為+3.0 m，最大樁長為25.5 m。鋼拉桿采用φ40 mm Q345圓鋼對拉，間距2.6 m，圍檁采用32b型槽鋼雙拼。圍堰內(nèi)側(cè)采用格柵型水泥土攪拌樁作為基坑圍護(hù)，寬度4 m～9 m。

1.2 施工工藝流程

基坑開挖由海域向岸側(cè)分段進(jìn)行基坑開挖，擬將基坑開挖分為五段，由東向西平均約24 m～36 m為一段(以兩段扶壁擋墻長度為界)。為減少坑底的暴露時(shí)間，每段先開挖扶壁擋墻位置的土方，同步施工扶壁擋墻結(jié)構(gòu)部分，然后由扶壁擋墻位置向基坑中央推進(jìn)開挖，同步進(jìn)行底板結(jié)構(gòu)施工(見圖1)。

1.3 環(huán)境條件

1)地質(zhì)情況。

排水口西側(cè)為基巖區(qū)，向東逐步過渡到海域，海域地貌為海涂灘地，灘地表面地形較為平坦，平均高程在-0.5 m～-1.0 m左右，退潮時(shí)露出水面。

施工涉及到的地層主要為：

①-3流泥，厚度3.5 m～6.3 m，強(qiáng)度低，壓縮性高，該層土遍布圍堰區(qū)域。

②淤泥，厚度7.85 m～17.3 m，強(qiáng)度低，壓縮性高，該層土遍布圍堰區(qū)域。

③粘土，厚度0.9 m～14.0 m，強(qiáng)度較低，壓縮性較高，該層土分布于圍堰北側(cè)、東側(cè)靠北1/3區(qū)域。

2)水文條件。

該海域的平均高潮位為2.41 m，平均低潮位為-1.86 m，最高高潮位為4.1 m。主導(dǎo)風(fēng)向NW出現(xiàn)頻率18.8%，次主導(dǎo)風(fēng)向SE出現(xiàn)頻率15.4%。水流速度：V=5 m/s。

本海域每天2次高低潮，每月2次大潮汛。平均高潮位為2.41 m，5%高潮位4.59 m，平均低潮位為-1.86 m，平均潮差4.25 m。受主導(dǎo)風(fēng)向影響，本海域涌浪較大。

2 圍堰基坑開挖重難點(diǎn)及變形

2.1 圍堰基坑開挖重難點(diǎn)

1)基坑局部位置薄弱。圍堰南側(cè)部分整體南高北低，巖面傾向基坑內(nèi)側(cè)，對基坑開挖不利。

2)圍堰變形影響因素大。本基坑呈喇叭口狀，岸側(cè)低海側(cè)高。圍堰基坑部分已變形，對變形控制要求高，開挖難度大。

3)現(xiàn)場作業(yè)條件差。鋼板樁圍堰形成后，進(jìn)場道路只能先利用沿海邊的臨時(shí)道路，從北側(cè)連接墻處通過，該處為基坑內(nèi)表層土①-4流泥層，承載力較低(35 kPa)。

本基坑三面環(huán)海，長度方向上從岸側(cè)向海域延伸超過150 m。基坑的北側(cè)面主要受海浪的沖刷和掏蝕；東側(cè)段為迎浪面，受海浪的沖擊較大；南側(cè)段為背浪面，受海浪影響較小。

2.2 圍堰變形

通過數(shù)值模擬分析及現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，圍堰變形主要包括以下幾方面：

1)圍堰鋼板樁之間的回填芯土開挖時(shí)產(chǎn)生土體沉降達(dá)54 cm，可能導(dǎo)致圍堰滲漏。

2)圍堰整體產(chǎn)生向基坑內(nèi)的變形，在由東向西的開挖過程中，北、東、南側(cè)的鋼板樁變形逐漸增大，最大達(dá)到105 cm。

3)在一段扶壁擋墻基礎(chǔ)開挖好后，該段對應(yīng)扶壁擋墻向坑內(nèi)變形量最大；再進(jìn)行下一段土方開挖時(shí)，前段扶壁擋墻的變形也會增加，但增加速率逐漸減小。

4)圍堰每邊最大變形的位置均位于中部，兩端位移很小。雙排鋼板樁圍堰變形具有明顯的三維空間效應(yīng)。針對長邊中點(diǎn)區(qū)域，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。

5)影響鋼板變形的水文條件中，波浪力影響最大，其次為動(dòng)水流力，最后為靜水流力。在海域施工，圍堰基坑開挖宜避開漲潮和大風(fēng)浪天氣，在落潮和小潮汛期間下進(jìn)行施工。

3 基坑開挖流程

由海域向岸側(cè)、由兩邊向中間進(jìn)行基坑開挖。為減少坑底的暴露時(shí)間，基坑應(yīng)分層分段開挖[1]，擬將基坑開挖分為五段，平均每段在30 m左右，以扶壁擋墻為界。每段開挖完成后，首先開挖扶壁擋墻，然后向中間開挖排水口底板。其中最后一段的北側(cè)扶壁擋墻位置為基坑施工的臨時(shí)通道，該段扶壁擋墻需待基坑內(nèi)其他所有結(jié)構(gòu)完成后才能施工。

在每段開挖時(shí)分區(qū)開挖，按30 m～40 m為一個(gè)區(qū)域。由于挖土厚度較大，開挖時(shí)分層開挖，按3 m～4 m為一層，基坑開挖順序如圖2所示。

4 實(shí)施效果

基坑開挖施工階段最大的變形位置在圍堰的中段，下面就以南側(cè)中段的監(jiān)測數(shù)據(jù)來歸結(jié)實(shí)施的效果。

圍堰南側(cè)中段區(qū)域的S5扶壁擋墻相對圍堰的位置以及對應(yīng)的深攪樁擋土墻內(nèi)測斜孔CX2-6的位置情況如圖3所示。S4～S7區(qū)域鋼板樁處均設(shè)置了錨索及嵌巖樁。

由測斜孔位移變形可見，采用了錨索以及嵌巖樁鎖腳的擋土墻位移變化很小，待扶壁擋墻上部結(jié)構(gòu)施工完成后，墻頂最大變形小于4 mm。S5扶壁擋墻結(jié)構(gòu)完成后對S6進(jìn)行開挖，開挖至坑底時(shí)，擋土墻變形略有增加，最大變形如圖4所示接近10 mm；而S6扶壁擋墻施工期間，擋土墻的變形基本保持穩(wěn)定，甚至略有減少，在后續(xù)幾個(gè)月中基本保持不變。

從測斜孔不同深度的變形情況來看，最大變形位置位于測斜孔頂部(如圖5所示)。在基巖層以上，擋土墻的位移隨深度增大略有減小。參考地質(zhì)勘察報(bào)告上ZK59(距離CX2-6測斜孔約20 m)的剖面圖，該鉆孔顯示在基巖層上均為軟弱土。由于測斜孔進(jìn)入基巖后可認(rèn)為底端為固定點(diǎn)，因此整個(gè)擋土墻在基巖層以上為主要變形區(qū)，且其變形沿深度近似線性變化。

5 結(jié)語

本文對海域工況軟弱土地質(zhì)條件下大型雙排鋼板樁圍堰的基坑開挖從以下幾個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)：

1)海域雙排鋼板樁圍堰，主要影響因素是水流荷載的作用，隨著水位的增大，鋼板樁的變形也隨之增大。在高潮及大風(fēng)浪荷載作用下外側(cè)鋼板樁的變形最大。在海域施工，受潮漲潮落因素影響，建議在落潮和低水位下進(jìn)行施工。2)圍堰的變形具有整體的三維空間和時(shí)空效應(yīng)。采用分段分層開挖方式，對已施工好的區(qū)域及時(shí)回填，能有效的減緩和控制圍堰的變形。3)尤其受地層變化的影響較大，要針對局部或個(gè)別位置設(shè)計(jì)專項(xiàng)應(yīng)對技術(shù)措施。4)由于海域鋼板樁圍堰體型較大，在施工過程中應(yīng)對圍堰進(jìn)行全方位、全過程監(jiān)測；及時(shí)獲取圍堰變形數(shù)據(jù)，與理論進(jìn)行對比分析，及時(shí)采取相應(yīng)措施。