關(guān)于淤泥地層深基坑支護技術(shù)

楊 魁

（中鐵十八局集團第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1.工程概況

岳黃高速兆河特大橋主線的起始里程樁號：K38+312.5.5，終止里程樁號：K39+657.5，路線全長1352.06m。中心樁號K38+985?？缯缀又骱降缿?yīng)用主跨135m鋼箱系桿拱橋，跨越兩岸大堤均采用45m簡支鋼板組合梁橋，其中兩側(cè)的引橋應(yīng)用35m連續(xù)鋼板組合梁橋。施工內(nèi)容包括：路基工程、橋梁工程、路面工程和涵洞工程。該項目現(xiàn)場的施工場地條件比較差，要求施工質(zhì)量相對較高。施工設(shè)計應(yīng)用主跨135m鋼箱系桿拱橋，主跨跨越南北貫穿的兆河，其中16、17#主墩布設(shè)于兆河主航道的堤岸兩側(cè)，樁基礎(chǔ)采用12根φ2m的鉆孔樁，主橋跨的承臺設(shè)計16.1×12.6×4.5m，主墩承臺與兆河最小直線距離為5m，承臺基坑最大挖深達8m。本區(qū)地表為2～3m的填筑土層、往下為層厚22～30m的軟弱淤泥地層，常年降水量豐富，施工時必須保證安徽岳黃高速路基的安全，且要做好基坑防、排水措施。

2.深基坑支護方案的優(yōu)化

2.1 原設(shè)計指導(dǎo)性方案中建議主墩基坑開挖采用拉森鋼板樁支護，鋼板樁插打深度為18m（接長方式為12m+6m），圍堰的設(shè)計施工尺寸17.6×14.1m，共計設(shè)置兩道鋼支撐，垂直間距為5m,第一道為承臺底以上7m高度（可拆除）、第二道圍囹為承臺底以上2m高度（不可拆除），基坑底部設(shè)60cm厚度的C15封底砼，基坑底部四周沿鋼板樁設(shè)1×0.5m（寬度×深度）的匯水溝，溝底鋪設(shè)20cm厚度墊層，承臺混凝土采用一次性澆筑成形。

2.2 根據(jù)現(xiàn)場勘查安徽岳黃高速路面標高為7.8m，主墩承臺原地表標高為8.1m，為保證岳黃高速路基安全和優(yōu)化深基坑施工工序擬定調(diào)整方案如下：

考慮重車通過時公路路基主要承重基層（0-2m）會對基坑產(chǎn)生較大的側(cè)壓力，擬定在鋼板樁頂部范圍設(shè)置兩道圍囹支撐，即第一道圍囹為鋼板樁頂以下1m高度、第二道圍囹為鋼板樁頂以下3m高度，圍囹①內(nèi)圈梁采用雙拼型鋼（設(shè)計尺寸為H400×200×8×13mm），圍囹內(nèi)側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)用φ400×10mm鋼管，第一、二道圍囹均位于承臺頂標高以上，可以拆除循環(huán)利用。

②優(yōu)化原方案中鋼板樁采用12+6m焊接接長的工序，將鋼板樁插打深度改為12m，圍堰尺寸不變，并在承臺底標高以下0.2m高度增設(shè)第三道圍囹支護，以加強鋼板樁插打深度減少后基坑底部的支護；第三道圍囹是設(shè)于基坑底部匯水溝空間內(nèi)（寬度×深度=1×0.5m），緊貼鋼板樁的內(nèi)圈梁為雙拼H400×200×8×13mm型鋼，其內(nèi)支撐是利用在樁基周邊設(shè)混凝土支墩和可伸縮調(diào)節(jié)鋼構(gòu)件形成受力支撐，基坑回填前松動調(diào)節(jié)鋼構(gòu)件即可拆除第三道圍囹。優(yōu)化原方案后工程量對照詳見表1，基坑支護橫斷面詳見圖1。

表1 原設(shè)計與優(yōu)化后方案基坑支護工程量對照表

圖1 基坑支護橫斷面圖

③通過調(diào)整優(yōu)化原方案中圍囹支撐的位置，減少了鋼板樁支護對承臺鋼筋、模板施工的影響，節(jié)約了成本。

2.3 施工前采用MIDASCiVil軟件對優(yōu)化調(diào)整后的鋼板樁支護結(jié)構(gòu)建模模擬驗算，結(jié)構(gòu)滿足要求。

3.施工工藝及主要施工方法

3.1 鋼板樁施工工藝流程

鋼板樁施工工藝流程圖見圖2

圖2 拉森鋼板樁施工工藝流程圖

3.2 鋼板樁施工

(1)鋼板樁進場材料及設(shè)備

鋼板樁型號采用拉森SP-IV型，根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求，單根鋼板樁的尺寸長度為12m。施工前，檢測人員需要對拉森鋼板樁進行外觀檢驗，鋼板樁樁身必須完好沒有變形、并且無破損、缺角現(xiàn)象，經(jīng)檢測人員檢查合格后才能投入使用。一般鎖口檢查，采用一根長度在1.5m～2m范圍的同規(guī)格鋼板樁做為基本的標準，通過使用卷揚機拉動鋼板樁平車，依次樁頭到樁尾作鎖口通過合格檢查處理，檢測人員對檢查出的鎖口變形需要及時進行校正操作處理。

（2）測量放樣

平整施工區(qū)域內(nèi)場地，根據(jù)設(shè)計圖紙計算承臺四個角點坐標，向外擴大1.5m放樣出鋼板樁施工邊線，掛線撒白灰標示。

(3)插打鋼板樁

①鋼板樁的打設(shè)施工機械采用卡特330C型履帶吊車，前臂配帶強力高速液壓打拔設(shè)備。

②為了保證鋼板樁捶打的的垂直度及準確度，因此，在施工現(xiàn)場采用設(shè)置導(dǎo)向架，導(dǎo)向架支撐結(jié)構(gòu)均應(yīng)用H400的型鋼，型鋼加固在鋼管樁上，鋼板樁順著測量邊線進行插打，樁間距為3m,兩面邊框之間間距略比鋼板樁厚度大10～15mm。

③用履帶吊機液壓鉗口將鋼板樁吊至插點處時，及時調(diào)整鋼板樁的方向，依次從導(dǎo)向架內(nèi)側(cè)進行插人，一定要兩側(cè)對稱操作進行，插打過程中必須保證鋼板樁的傾斜度及密貼內(nèi)側(cè)導(dǎo)框，其間隙不應(yīng)大于15mm。

④打樁應(yīng)從一角逐塊插打，每塊鋼板樁插打作業(yè)不宜中途停頓。當鋼板樁剩余量為2m的時候，及時進行調(diào)整鋼板樁插打時的水平角度，最終使鋼板樁的異型角鋼插入閉合為止，再逐根打到設(shè)計深度。

⑤由于多種條件的影響和制約，鋼板樁的閉合圈口不可能與設(shè)計尺寸完全絲毫不差，由于誤差不大時及時采取千斤頂互頂?shù)霓k法調(diào)整閉合圈口。

(4)基坑開挖及支護

①現(xiàn)場采用長臂挖掘機和普通挖掘機配合作業(yè)，遵循分層、分區(qū)、對稱開挖的原則，開挖土方應(yīng)該隨挖隨裝車，運輸?shù)街付ㄎ恢?，嚴禁堆放在基坑附?避免造成基坑坍塌。

②在土方開挖至鋼板樁頂1m以下時，必須及時安裝第一道圍囹支護結(jié)構(gòu)。具體做法是：根據(jù)圈梁位置在鋼板樁內(nèi)壁上焊三角托架，吊人H400圈梁型鋼和Φ400內(nèi)支撐鋼管焊接加固，即四角分別設(shè)向支撐、中部設(shè)對撐鋼管1根，基坑支護平面布置詳見圖3。

圖3 基坑支護平面圖

③繼續(xù)開挖至鋼板樁頂以下3m，按此方法完成第二道圍囹支護的安裝。

④當基坑開挖至鋼板樁頂以下7m時，調(diào)整開挖方式，采用隨支護隨開挖的方法，同步進行第三層圍囹支護的安裝，具體操作步驟如下：

a.用長臂挖機將基坑左側(cè)2m范圍先行開挖至承臺底標高的深度，沿樁基正對鋼板樁的范圍人工下挖1×0.8×1.2m（長×寬×高）的基坑，將外露樁基砼面清理干凈、且用風動鑿毛機鑿毛處理，放人預(yù)先制作好的鋼筋骨架至基坑內(nèi)，抽除積水后灌注C30混凝土，振搗密實、凝固后形成方形支撐墩。

b.將基坑左側(cè)支撐方墩與鋼板樁之間的淤泥層挖除，順橋向沿鋼板樁側(cè)通長開挖1×0.7m（長度×深度）、鋪設(shè)20cm砼墊層以形成左側(cè)匯水溝。

c.在左側(cè)匯水溝內(nèi)吊人2H400圈梁型鋼就位，圈梁與支撐方墩之間設(shè)置可伸縮調(diào)節(jié)鋼構(gòu)件連接，其中鋼構(gòu)件底座與圈梁型鋼焊接，調(diào)整鋼構(gòu)件上精軋螺紋桿的支撐長度，使前端伸出支頂于方墩混凝土，利用樁基混凝土支護鋼板樁。調(diào)節(jié)鋼構(gòu)件由20mm厚鋼板組焊而成，分前頂、后座兩個盒型結(jié)構(gòu)、長度均為50Cm,前頂構(gòu)件為封閉盒型，后座為敞口盒型構(gòu)件，前頂構(gòu)件略比后座構(gòu)件內(nèi)凈空小，可套人其中，利用在后座構(gòu)件兩側(cè)面焊接精軋螺母、前頂構(gòu)件焊支撐擋板，穿人φ32精軋螺桿，正反旋轉(zhuǎn)螺桿可調(diào)節(jié)鋼構(gòu)件的長度。調(diào)節(jié)鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)詳見圖4。

圖4 調(diào)節(jié)鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖

d.按此方法順次完成小里程側(cè)、右側(cè)、大里程側(cè)圍囹支護，并及時在內(nèi)圈梁角點處焊接三角鐵板加固。

e.采用長臂挖機清除基坑中部淤泥層至承臺底以下60CIn,及時完成封底混凝土鋪筑，封底混凝土范圍是除匯水溝以外所有區(qū)域。第三道圍囹支護平面圖詳見圖5、第三道圍囹支撐方墩詳見圖6。

圖5 第三道圍囹支護平面布置圖

圖6 第三道圍囹支撐方墩示意圖置圖

⑤在基坑匯水溝內(nèi)安設(shè)水泵一臺，以便抽除基坑積水。

(5)承臺主體施工

鑿破樁頭順利通過樁基質(zhì)量檢測后，按照設(shè)計施工圖紙規(guī)范進行綁扎承臺鋼筋，進行承臺模板支護及加固處理，現(xiàn)場施工技術(shù)人員報監(jiān)理合格后，才可進行承臺混凝土澆筑施工。

(6)基坑回填、拆除圍囹

承臺施工完成后，應(yīng)拆除最底部一層的圍囹及支撐結(jié)構(gòu)，具體做法是：用扳手旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)鋼構(gòu)件上的精軋螺桿，使構(gòu)件前端與支撐方墩分離，切斷調(diào)節(jié)鋼構(gòu)件底座與內(nèi)圈梁的焊縫，取出調(diào)節(jié)鋼構(gòu)件后吊出內(nèi)圈梁型鋼，再逐層回填、分層夯實，回填至第一、二道圍囹以下時，依次解除圍囹支護后繼續(xù)回填，基坑回填至標高8.1m。

(7)拔除鋼板樁

基坑回填完成后，用打拔樁機液壓鉗口夾住鋼板樁頂部振動上提，拔樁起點應(yīng)離開角樁5根以上，為避免拔樁帶土過多會影響岳黃高速路基穩(wěn)定，現(xiàn)場采用灌砂、灌水填充措施。

4.深基施工安全措施

(1)深基坑開挖完成后，要及時對鋼板樁的支護結(jié)構(gòu)進行變形監(jiān)測，此外還需加強岳黃高速路基的監(jiān)測，在鋼板樁與岳黃高速路基之間橫橋向每間隔5m布設(shè)一個位移監(jiān)測點，觀測方法和頻率與鋼板樁支護相同。

(2)基坑頂部四周施作排水溝，以便于排出基坑周邊的積水，防止地表積水倒灌基坑。

(3)基坑四周8m范圍內(nèi)，嚴禁堆放物料、重物、泥土，基坑開挖的泥土要及時裝車運走。

(4)安排專人對基坑支護進行巡查，發(fā)現(xiàn)異常響聲或開裂等情況必須立即上報，并通知基坑內(nèi)或周邊施工人員撤離避險。

(5)基坑頂部設(shè)置1.2m高度的防護圍欄，并掛設(shè)“深基坑危險”的標牌，防止閑人誤人。

5.結(jié)語

以兆河特大橋承臺深基坑支護施工為例，通過調(diào)整圍囹支護位置、增加支護結(jié)構(gòu)等優(yōu)化措施，順利安全地完成了深基坑支護的施工任務(wù)，大大提高了鋼板樁材料的利用率，有效降低了工程造價。