臨河工程組合式鋼板樁兼止水帷幕施工技術(shù)研究與應(yīng)用

吳凌峰,顧躍躍，李子涵,顧海峰,楊 波（中國二十二冶集團(tuán)有限公司華東分公司， 上海 200100）

1 工程簡介

1.1 工程概況

本項(xiàng)目主要包括 13 棟住宅樓、地下室和開關(guān)站等配套建筑，其中其中土方施工內(nèi)容為一個面積約 3 m2的地庫，場地大面積自然標(biāo)高約為 -1.00 m，基坑底部大面積標(biāo)高約為 -6.50 m，大面積開挖深度約為 5.5 m，屬于深基坑工程。西側(cè)基坑距離新昌路 8.16 m，該側(cè)有燃?xì)夤艿兰拔鬯艿溃槐眰?cè)距離雨水管道 9.91 m、距離中國移動光纖12.88 m、距離思仙橋港南側(cè)岸邊 16.61 m；東側(cè)與市政道路綠化帶土堆緊密相連；南側(cè)與思仙橋港河道最短距離為16.40 m，最寬處 23.40 m。

其中西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)距基坑周邊建筑物和構(gòu)筑物距離最短，距污水管線最小距離僅有 1.93 m。因此，為了保護(hù)基坑周邊的建筑物和構(gòu)筑物不受基坑施工產(chǎn)生的擾動的影響導(dǎo)致破壞，基坑支護(hù)需選用對土層擾動較小的方式進(jìn)行施工；又因施工工期較為緊張，對基坑支護(hù)的施工速度有一定的要求。

根據(jù)以上條件篩選出合適的施工支護(hù)方式，可選擇土釘墻和拉森鋼板樁作為基坑支護(hù)的形式。但施工場地三面圍河地下水豐富，土質(zhì)較為不利土釘墻無法進(jìn)行施工，且因施工工期較緊使用土釘墻支護(hù)需投入大量設(shè)備物質(zhì)導(dǎo)致施工成本較高，故本基坑采用 9 m 長拉森鋼板樁＋12 m長 H 500×300×11×18 的 H 型鋼＋直徑 15.2 mm、長13.5 m、間距 2 m的錨索制成組合式鋼板樁，其中西側(cè)及西北側(cè)、西南側(cè)及東南側(cè)邊坡上坎土方坡面采用掛網(wǎng)噴錨護(hù)坡。

1.2 周邊環(huán)境

該工程項(xiàng)目位于嘉興市南湖區(qū)余新鎮(zhèn)，與余新鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府隔河相望，坐落于其北側(cè)，出入口位于工地西側(cè)的新昌路上，該路段南北兩側(cè)均為橋梁。項(xiàng)目西南方向?yàn)榻鸬厮嚾A府小區(qū)，北側(cè)有數(shù)幢多層居民樓，南側(cè)與余新鎮(zhèn)鎮(zhèn)府隔河相望。場地周圍燃?xì)夤?、弱點(diǎn)電管網(wǎng)等管線數(shù)量較多情況較為復(fù)雜，周邊居民住宅樓使用的天然氣、弱電等管網(wǎng)進(jìn)入紅線范圍以內(nèi)，距離基坑較近，如污水(WS)（距離基坑最小凈距為 1.59 m）、雨水（YS）（距離基坑最小凈距為 9.6 m）、天然氣（TR）（距離基坑最小凈距為 1.7 m）、移動（YD）（距離基坑最小凈距為 10.03 m）。

1.3 工程地質(zhì)情況

項(xiàng)目位于浙江嘉興南湖區(qū)地質(zhì)情況屬于沖積平原，地貌類型平坦度較高，少量丘陵分布期間?？傮w上，擬建工程場地地面高程在為 1.91～5.02 m 之間，其中南側(cè)較高一般為5.0 m 左右，北側(cè)原為稻田高程較低約為 1.9 m 左右。項(xiàng)目地貌類型屬于湖沼積沖積平原小區(qū)，水網(wǎng)較為密集。

根據(jù)第三方地質(zhì)勘查機(jī)構(gòu)出具的檢測報告表明，本項(xiàng)目深基坑開挖范圍區(qū)域內(nèi)土質(zhì)以粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，土層分布情況為：首層為素填土、其下為粉質(zhì)粘土、第三層屬于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、第四層土質(zhì)為粉質(zhì)粘土。在基坑開挖范圍內(nèi)所有土層因其三面環(huán)河，土層中均有含量豐富的潛水，其主要來源為基坑南北兩側(cè)及西側(cè)的河流，水位為0.9 m～1.0 m。

1.4 施工難點(diǎn)

本項(xiàng)目在基坑圍護(hù)工序在進(jìn)行施工的過程中會出現(xiàn)以下較為棘手的問題。

（1）基坑南北兩側(cè)及西側(cè)有河流經(jīng)過，且基坑開挖深度較大，開挖大面深度達(dá) 5.5 m。基坑開挖范圍內(nèi)的地表以下存在含水量豐富的粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，含水率高、滲透性強(qiáng)且地下水來源豐富。在進(jìn)行基坑開挖施工作業(yè)時，含有豐富地下水的土層遭受擾動，容易發(fā)生涌水、涌砂及滲透變形，必須采取可靠的施工工法保證止水帷幕的施工質(zhì)量。

（2）工地南側(cè)為余新鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府，地址較為敏感，對現(xiàn)場的安全文明施工要求高。

（3）基坑南北兩側(cè)均有居民住宅樓，大量管線由工地旁穿過，部分管線甚至位于工地范圍內(nèi)，其中燃?xì)夤艿谰嗷訃o(hù)結(jié)構(gòu)距離僅 1.70 m，這對基坑施工過程中的周邊環(huán)境保護(hù)提出了較高的要求。

2 組合式鋼板樁基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)兼做止水帷幕施工方案

本項(xiàng)目采用基坑支護(hù)的形式為組合式鋼板樁因此需對鋼板樁及其組件均進(jìn)行驗(yàn)收。

（1）錨桿質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)按照表 1 內(nèi)容實(shí)行。按照表 1 錨桿質(zhì)量驗(yàn)收內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)所做出的要求進(jìn)行施工，錨桿成孔直徑為 500 mm，間距 2 m，錨桿打入側(cè)壁土層長度 13.5 m，內(nèi)置錨索的直徑為 15.2 mm，錨索錨固段采用二次注漿的方法。錨索的第一次注漿所使用的材料為水泥砂漿，水泥采用標(biāo)號為 42.5 號的早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥，注漿壓力 0.4～0.6 MPa為宜，水泥砂漿的水灰比為0.45～0.5，灰砂比為 1∶0.5～1∶1，在第一層注漿工序施工完成后，還需等注入錨桿孔洞的砂漿達(dá)到初凝后且第一次注入的漿體強(qiáng)度達(dá)到 5.0 MPa 后方可進(jìn)行第二次注漿。二次注漿的施工方法采用劈裂注漿，注漿使用的漿液為純水泥漿，注漿壓力需達(dá)到 2.5～3.0 MPa 方為合格，純水泥漿的水灰比宜為 0.45～0.5 之間，注漿需要要穩(wěn)壓兩分鐘。為了使第二次注漿的施工效果達(dá)到施工和設(shè)計的相關(guān)要求，在進(jìn)行第一次注漿時必須將錨固段完全注滿水泥砂漿。

表1 錨桿質(zhì)量驗(yàn)收內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)

（2）組合式鋼板樁鋼圍檁的質(zhì)量驗(yàn)收內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)。所使用的拉森鋼板樁長度為 9 m，腰梁采用雙拼 25#b 槽鋼，鋼板樁打入地下后為增加其支護(hù)性能，防止鋼板樁因側(cè)面土壓力和土中的水壓力產(chǎn)生過大的撓度變形，產(chǎn)生縫隙影響防水性能，在鋼板樁內(nèi)側(cè)打入規(guī)格為 25#B 的工字鋼，與鋼板樁、錨索共同組成鋼圍檁，減小鋼板樁變形，增加穩(wěn)定性和防水性。

鋼圍檁在進(jìn)行檢查驗(yàn)收時需要滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：① 鋼圍檁所使用的材料在進(jìn)場驗(yàn)收時需要滿足鋼結(jié)構(gòu)工程施工相關(guān)的質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求，鋼圍檁使用的材料在截面尺寸的偏差上需滿足 ±20 mm，-10 mm的要求。② 施工過程驗(yàn)收主要內(nèi)容圍檁標(biāo)高設(shè)計允許偏差 20 mm，在對鋼圍檁進(jìn)行焊接施工時，其焊接的質(zhì)量應(yīng)達(dá)到 GB 50661—2011《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》的相關(guān)要求。

由于本工程的止水帷幕是在作為基坑支護(hù)的鋼板樁上增加工以達(dá)到止水的效果，因此在進(jìn)行鋼板樁沉樁作業(yè)前還需對鋼板樁鎖口進(jìn)行清理，并涂抹黃油、減摩劑、SAP高分子吸水樹脂等混合物，可有效減少鋼板樁的打拔難度，而 SAP高分子吸水樹脂隨鋼板樁打入地下吸水后體積可膨脹數(shù)百倍，受到擠壓后水分也不易流失，能夠有效的對鋼板樁之間的縫隙進(jìn)行封堵，增加防水性能。

2.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)本工程有多條管線進(jìn)入施工區(qū)域的特點(diǎn)，鋼板樁施工所使用的施工機(jī)械為液壓振動沉樁機(jī)，主要由提供震便于沉樁的振動器、搬運(yùn)移動鋼板樁的夾樁器以及提供和傳遞動力的傳動裝置和電動機(jī)等組成，為保證在鋼板樁施工過程中鋼板樁施打的位置的準(zhǔn)確以及為了保證鋼板樁的垂直度，在進(jìn)行施打時安排專人對鋼板樁進(jìn)行監(jiān)測。工字鋼與鋼板樁采用同一種施工機(jī)械進(jìn)行施工。錨索施工由旋噴錨樁鉆機(jī)、灰漿攪拌機(jī)和注漿泵進(jìn)行施工。水泥漿強(qiáng)度達(dá)到要求后，對錨索采用 OVM 油泵和 YCW 千斤頂進(jìn)行張拉，并錨固至腰梁上，為確保錨固的可靠性，鋼墊板采用34 cm×15 cm×2 cm 的鋼板，錨索每 2 m 設(shè)置一道。

2.2 施工工藝

組合式鋼板樁基坑為圍護(hù)的施工方法：首先需要確定鋼板樁打樁的軸線、再對鋼板樁進(jìn)行施打、隨后開始對板樁內(nèi)側(cè)的H型鋼的施工工序，完成支護(hù)樁施工，其后將鋼板樁內(nèi)側(cè)土層挖去進(jìn)行錨索的注漿和腰梁的施工，待水泥漿強(qiáng)度達(dá)到要求后，對錨索進(jìn)行張拉。

2.3 組合式鋼板樁在施工中的主要參數(shù)

組合式鋼板樁在施工中的主要參數(shù)如下.

（1）項(xiàng)目施工所使用的拉森鋼板樁材料規(guī)格為 400 mm×170 mm×15.5 mm、長度按照施工范圍內(nèi)地下土層分布情況選用 9 m 和 12 m 兩種長度進(jìn)行施工。

（2）鋼板樁內(nèi)部的 H 型鋼為保證鋼板樁的穩(wěn)定性選取規(guī)格為 H 500×300×11×18，長度為 12 m 進(jìn)行施工。

（3）16 號工字鋼選用規(guī)格為 250 mm×118 mm×10 mm。

（4）為保證鋼板樁的防水性能在進(jìn)行鋼板樁施工前在鎖口中涂抹含有 SAP 高分子吸水樹脂的鎖口涂料，涂料中SAP 高分子吸水樹脂添的添加量為 23%；

（5）鋼板樁鎖口涂料中的黃油、減摩劑與 SAP 高分子吸水樹脂的質(zhì)量配合比為 5∶5∶3。

（6）鋼板樁鎖口涂料用量：單側(cè)鎖口涂料用量 1 kg/m，施工時鋼板樁雙側(cè)均需涂抹，因此鋼板樁涂料用量為 2 kg/m。

（7）錨索注漿壓力：錨索錨固段施工方法采用二次注漿法。第一次注漿使用的材料采用水泥砂漿，水泥采用標(biāo)號為 42.5 號的早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥，注漿時的壓力需達(dá)到0.4～0.6 MPa；第一次注漿注入的水泥砂漿達(dá)到初凝后和一次注漿體強(qiáng)度達(dá)到 5.0 MPa 后方可進(jìn)行二次注漿。二次注漿的方法使用劈裂注漿，注漿的漿液采用純水泥漿，注漿壓力一般為 2.5～3.0 MPa。

（8）在進(jìn)行錨索張拉錨固時需要對張拉順序進(jìn)行合理安排，考慮相鄰的錨索之間相互影響。在錨索正式張拉前還需取 0.1～0.2 倍的軸向拉力設(shè)計值對錨索預(yù)張拉 1～2次，使錨索完全平直和各部位接觸緊密，產(chǎn)生初剪。錨索張拉至 1.05～1.10 倍軸向拉力設(shè)計值并保持 15 min，然后卸荷至零，再重新張拉至鎖定荷載進(jìn)行鎖定，鎖定荷載為0.75～0.9 倍的軸向拉力設(shè)計值。預(yù)應(yīng)力張拉分級加載，張拉分級加載依 0.10～0.20、0.50、0.75、1.00、1.05～1.10倍的錨桿軸向拉力設(shè)計值進(jìn)行，每級持續(xù) 5 min，分級記錄預(yù)應(yīng)力伸長值。錨索腰梁的形式采用鋼筋混凝土鎖口腰梁加鋼墊板。

2.4 施工安全

（1）鋼板樁施工時需對挖槽部位設(shè)置警示標(biāo)志，并圍繞溝槽設(shè)置彩旗等醒目標(biāo)志；

（2）在雨霧天氣在溝槽附近撒碎石和砂子防滑，嚴(yán)禁在照明條件不具備的情況下在溝槽附近進(jìn)行夜間施工。

3 施工效果

在組合式鋼板樁進(jìn)行是施工的過程中需對指定的相關(guān)技術(shù)措施進(jìn)行嚴(yán)格的執(zhí)行、實(shí)施，通過統(tǒng)計反饋數(shù)據(jù)看均滿足規(guī)范及設(shè)計要求。組合式鋼板樁在施工完成后，進(jìn)行基坑內(nèi)的土方開挖時鋼板樁監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足相關(guān)規(guī)范要求，鋼板樁未出現(xiàn)滲漏情況，其水平方向受土體和地下水的壓力產(chǎn)生的撓度也符合要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。

（1）液壓振動沉樁機(jī)在施工中對本項(xiàng)目所處地的地質(zhì)情況十分適用，施工速度快，每天可打入 80 根鋼板樁，約32 m。現(xiàn)場組合式鋼板樁圍檁防滲性能滿足規(guī)范及設(shè)計要求。在開挖階段，組合式鋼板樁未發(fā)生滲漏水現(xiàn)象?；舆吰缕屏咳鐖D 1 所示，坑外水位變化如圖 2 所示。

圖1 基坑邊坡偏移量

圖2 坑外水位變化圖

（2）通過對基坑開挖施工過程對鋼板樁的監(jiān)測數(shù)據(jù)整理、分析，在基坑進(jìn)行土方開挖施工期間，項(xiàng)目周邊的地下水位變化、側(cè)壁的變形量和周邊環(huán)境沉降變形均處于可控范圍之內(nèi)。由此可見組合式鋼板樁能有足夠的邊坡支護(hù)性能，且能夠有效的阻隔地下水，對周邊環(huán)境的保護(hù)也非常有效。

4 結(jié) 語

（1）本項(xiàng)目與余新鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府隔河相望，周邊有大量小區(qū)住宅樓，施工范圍之內(nèi)有許多管線穿過，且基坑南北兩側(cè)與西側(cè)臨河，地下水豐富，對止基坑支護(hù)和止水帷幕提出了極高的質(zhì)量要求。在工程施工過程中采用組合式鋼板樁作為基坑支護(hù)兼止水帷幕的方式，確保了基坑工程順利實(shí)施，施工過程達(dá)到了安全可控的目標(biāo)，確保了周邊環(huán)境的安全。

（2）在鋼板樁鎖口涂料中首次加入 SAP 高分子吸水樹脂，實(shí)施后組合式鋼板樁止水效果良好，未發(fā)生滲漏水現(xiàn)象，縮短了施工工期，降低了基坑安全風(fēng)險。

（3）在地下土層中含水量豐富，且地質(zhì)較為不良的情況下基坑支護(hù)和止水帷幕提供了一種新的施工方式，實(shí)現(xiàn)了施工質(zhì)量最高化、施工速度最快化的目的。

（4）通過對基坑監(jiān)測收集的數(shù)據(jù)分析表明，在基坑開挖和降水期間，坑外水位基本無變化，采用組合式鋼板樁兼做止水帷幕的方法是安全可靠的。在施工設(shè)備選擇、施工工藝確定、具體施工參數(shù)選擇等方面可為同類型的工程項(xiàng)目提供借鑒與參考。