深基坑水中承臺(tái)引孔鋼板樁圍堰施工技術(shù)研究

吳輝

（湖南省益陽(yáng)公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南益陽(yáng)413000）

0 引言

某公路項(xiàng)目2 號(hào)橋主橋?yàn)閱慰?0m 的雙層鋼桁梁鋼結(jié)構(gòu)橋，主墩承臺(tái)位于河水中，水流湍急但水深較淺，大型水上設(shè)備無(wú)法進(jìn)入。水下地質(zhì)層主要為卵石層和泥巖層，且卵石粒徑較大，滲水嚴(yán)重，泥巖層泥巖較硬，因而，采用常規(guī)基坑承臺(tái)施工工藝安全風(fēng)險(xiǎn)大。采用何種方式可以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、環(huán)保地完成深基坑水中承臺(tái)的施工，成為大橋的施工難題。該項(xiàng)目采用了深基坑水中承臺(tái)引孔鋼板樁圍堰施工技術(shù)，最終安全、高效、優(yōu)質(zhì)地完成了施工任務(wù)。

1 工程概況

某橋梁工程主橋兩幅均位于半徑800m 的圓曲線上，左幅橋梁全長(zhǎng)498.996m，右幅橋梁全長(zhǎng)485.8m。左幅跨徑布置為：（5×30）+（3×70）+（32.598+2×34+32.598）=493.196m，右幅跨徑布置為：（4×30）+（3×70）+（5×30）=480m。單幅橋?qū)?5.5m。該橋主橋上構(gòu)形式為雙層鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)桁架橋，全橋共有承臺(tái)29 個(gè)，其中主橋26 個(gè)，梯道3 個(gè)，水中承臺(tái)4 個(gè)，主要為左幅6#、7#墩，右幅5#、6#墩。具體承臺(tái)結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)表1[1]。

表1 承臺(tái)結(jié)構(gòu)形式一覽表

2 施工技術(shù)特點(diǎn)

第一，采用鋼板樁圍堰+內(nèi)支撐圍檁的方式進(jìn)行基坑支護(hù)。經(jīng)受力計(jì)算，主要受力構(gòu)件為鋼板樁圍堰，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中受力較明顯，安全可靠。此外，通過(guò)施工實(shí)例應(yīng)用表明，基坑支護(hù)效果好，施工安全系數(shù)高。

第二，采用引孔鋼板樁圍堰施工，基坑阻水效果良好，承臺(tái)施工處于無(wú)水狀態(tài)，施工難度低，承臺(tái)成型質(zhì)量好。

第三，該施工技術(shù)不僅有效解決了鋼板樁無(wú)法直接穿透泥巖層及大粒徑卵石層的問(wèn)題，且對(duì)比目前潛孔錘、水刀、靜壓植樁機(jī)等國(guó)內(nèi)鋼板樁圍堰施工常用的引孔工藝，引孔施工周期可縮短兩至三倍[2]。

第四，采用引孔鋼板樁圍堰施工工藝，鋼板樁和內(nèi)支撐在承臺(tái)施工后拔出可重復(fù)利用，成本較低。

第五，采用引孔鋼板樁圍堰施工工藝，對(duì)比常規(guī)承臺(tái)放坡開(kāi)挖工藝，土方開(kāi)挖及回填量大大減少，從而確保承臺(tái)施工過(guò)程中對(duì)周邊河流污染影響降到最低，環(huán)保效果好[3]。

第六，該施工技術(shù)適用于不良地質(zhì)情況下無(wú)法直接插打鋼板樁的深基坑淺水位水中承臺(tái)施工。

3 工藝原理

該施工技術(shù)的工藝原理為，在現(xiàn)有筑島平臺(tái)上利用旋挖鉆機(jī)對(duì)承臺(tái)四周一圈進(jìn)行引孔，孔徑1.0m、孔與孔之間咬合為20～30cm，引孔后，孔內(nèi)回填砂及粉質(zhì)土，確保鋼板樁能順利插打,然后利用一臺(tái)50t 汽車吊配合90t 震動(dòng)錘進(jìn)行鋼板樁圍堰施工[4]。

鋼板樁圍堰完成后，進(jìn)行分層開(kāi)挖，同時(shí)對(duì)圍堰體系進(jìn)行內(nèi)支撐安裝，確?；又ёo(hù)體系安全、可靠。開(kāi)挖完成后，根據(jù)常規(guī)承臺(tái)施工工藝進(jìn)行施工。

4 施工工藝操作要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

其一，鋼板樁準(zhǔn)備：鋼板樁打入前，應(yīng)在鋼板樁的鎖口內(nèi)涂油脂，以方便其打入和拔出。

其二，材料準(zhǔn)備：在鋼板樁圍堰施工前，迅速按照材料計(jì)劃采購(gòu)材料并進(jìn)場(chǎng)。

其三，設(shè)備準(zhǔn)備：插打鋼板樁前，須檢查振動(dòng)錘性能。

其四，場(chǎng)地準(zhǔn)備：樁基施工完成后，清除承臺(tái)范圍內(nèi)旋挖鉆孔產(chǎn)生的廢渣，將筑島平臺(tái)內(nèi)整平至設(shè)定標(biāo)高[5]。

4.2 鋼板樁引孔施工

4.2.1 設(shè)備選型

結(jié)合現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備，鋼板樁引孔主要采用現(xiàn)有樁基鉆孔設(shè)備：R285RC10 型旋挖鉆機(jī)一臺(tái)，確保滿足引孔施工需求。

4.2.2 旋挖鉆機(jī)引孔

引孔采用旋挖鉆機(jī)，成孔直徑1000mm，引孔間距800mm，孔深11.5m。同時(shí)，為了防止引孔過(guò)程中塌孔，需埋設(shè)護(hù)筒。鋼板樁引孔應(yīng)按順序依次引孔至樁底標(biāo)高，單根樁引孔完成后，應(yīng)立即向孔內(nèi)回填砂，回填完成后再進(jìn)行后續(xù)的孔位成孔。旋挖鉆機(jī)引孔孔位布置見(jiàn)圖1[6]。

圖1 旋挖鉆機(jī)引孔孔位布置圖

4.2.3 引孔施工順序

先安裝1、2 號(hào)護(hù)筒，鉆孔至設(shè)計(jì)深度后將1、2 號(hào)孔位進(jìn)行灌砂及填土，填至樁頂面。而后拔出護(hù)筒移至4、5 號(hào)孔位，再安裝3 號(hào)孔位護(hù)筒，進(jìn)行3 號(hào)孔位引孔施工。其中，灌砂及填土完成3～5 根后開(kāi)始插打鋼板樁，依次循環(huán)至承臺(tái)四周全部引孔及鋼板樁插打完成。旋挖鉆機(jī)引孔順序見(jiàn)圖2[7]。

圖2 旋挖鉆機(jī)引孔順序圖

4.2.4 引孔灌砂及灌干土施工

按引孔施工順序完成引孔作業(yè)后，在拔護(hù)筒前必須對(duì)樁基進(jìn)行回填作業(yè)，回填采用裝載機(jī)或挖機(jī)進(jìn)行，回填砂及粉質(zhì)干土必須保證無(wú)大顆粒卵石或石塊（粒徑≤10cm）?；靥钌疃葹?2m?；靥钔瓿珊髴?yīng)及時(shí)進(jìn)行鋼板樁插打作業(yè)。引孔后樁基回填見(jiàn)圖3。

圖3 引孔后樁基回填示意圖

4.3 插打鋼板樁

4.3.1 設(shè)備選型

鋼板樁插打采用50t 汽車吊配合90t 振動(dòng)錘進(jìn)行，擬采用能量較大的90kW 振動(dòng)錘。

4.3.2 鋼板樁圍堰體系設(shè)計(jì)

承臺(tái)施工采用12m 長(zhǎng)拉森Ⅳ型鋼板樁，圍堰平面尺寸為12.5m×12.5m，設(shè)一道內(nèi)支撐、兩道圍檁，采用干法封底工藝。承臺(tái)位于施工水位以下，鋼板樁底部位于強(qiáng)風(fēng)化泥巖中，通過(guò)填筑回填泥夾土形成筑島。根據(jù)理正巖土計(jì)算的側(cè)土壓力和支撐的結(jié)構(gòu)形式建立MIDAS 整體模型。經(jīng)計(jì)算分析，該鋼板樁圍堰滿足要求，安全、可靠。

4.3.3 鋼板樁插打定位架設(shè)計(jì)

為了確保鋼板樁插打準(zhǔn)確、不偏移，提高施工效率，根據(jù)現(xiàn)有施工材料I36b 工字鋼，采用雙拼2I36b 工字鋼通過(guò)連接板連接、固定，形成定位架。定位架現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用見(jiàn)圖4。

圖4 定位架現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖

4.4 基坑開(kāi)挖及內(nèi)支撐

4.4.1 土方吊斗設(shè)計(jì)

因該項(xiàng)目所在地周邊無(wú)長(zhǎng)臂挖機(jī)可用，且長(zhǎng)臂挖機(jī)效率較低、成本高，所以采用δ6mm 鋼板及12 槽鋼組拼制作土方吊斗，配合50t 吊車、小挖機(jī)完成第二層土方開(kāi)挖及轉(zhuǎn)運(yùn)。

4.4.2 基坑分層開(kāi)挖、內(nèi)支撐施工

承臺(tái)開(kāi)挖深度為6.6m，分兩層開(kāi)挖，基坑施工過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)對(duì)基坑位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。水中承臺(tái)深基坑第二層土體開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖5。

圖5 水中承臺(tái)深基坑第二層土體開(kāi)挖

4.5 承臺(tái)結(jié)構(gòu)施工

承臺(tái)基坑開(kāi)挖完成后，安裝第二層圍檁，基坑支撐體系基本完成。后續(xù)根據(jù)常規(guī)承臺(tái)施工工藝施工承臺(tái)，施工過(guò)程中，應(yīng)定時(shí)對(duì)監(jiān)控位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.6 圍檁拆除及鋼板樁拔除

水中承臺(tái)及墩柱全部施工完成后，先由下至上拆除內(nèi)支撐。在承臺(tái)施工完成后，保留承臺(tái)鋼板樁圍堰，進(jìn)入墩柱施工，一直到墩柱施工高度高出筑島圍堰標(biāo)高后，再拆除圍檁內(nèi)撐及鎖口鋼板樁圍堰。待圍堰內(nèi)支撐拆除完成后，再逐根拔除鋼板樁。

5 材料與設(shè)備

5.1 材料

該施工技術(shù)所使用的主要材料見(jiàn)表2。

表2 主要材料表

5.2 設(shè)備及工裝

該施工技術(shù)需使用的主要設(shè)備及工裝見(jiàn)表3。

表3 主要設(shè)備及工裝表

6 結(jié)論

該橋梁工程共有4 個(gè)水中承臺(tái)。采用深基坑水中承臺(tái)引孔鋼板樁圍堰施工技術(shù)進(jìn)行水中承臺(tái)引孔施工，對(duì)比其他施工工藝周期短、成本更低。該施工技術(shù)結(jié)合了施工環(huán)境條件，探索了一種在不良地質(zhì)情況下，水中深基坑開(kāi)挖的施工方法，利用現(xiàn)有設(shè)備，無(wú)需額外投入其他大型設(shè)備。其一，該方法不僅實(shí)現(xiàn)了不良地質(zhì)情況下水中深基坑承臺(tái)的順利施工，而且所采用的材料均可重復(fù)利用，保障了施工的安全、環(huán)保及進(jìn)度要求。其二，該橋梁工程下部結(jié)構(gòu)施工中，對(duì)該橋主墩水中承臺(tái)基坑開(kāi)挖施工方法進(jìn)行了探索，采用該施工技術(shù)進(jìn)行引孔鋼板樁圍堰施工，避免了大型設(shè)備的投入，有效解決了在地質(zhì)條件不良、常規(guī)施工方法無(wú)法直接插打鋼板樁、無(wú)法大面積開(kāi)挖的情況下的施工難題，大大降低了基坑施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，安全、經(jīng)濟(jì)、高效地完成了施工任務(wù)。