拉森鋼板樁圍堰在緊鄰繁忙公路橋梁深基坑中的應(yīng)用

盧 健

(中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300162)

新建石家莊至濟(jì)南高速鐵路客運(yùn)專線自石家莊站引出向東經(jīng)衡水、滄州、德州，抵達(dá)濟(jì)南市，全長298 km。建成之后，將連接起京廣高鐵、京滬高鐵，預(yù)示著中國“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)正式閉合。屆時(shí)從太原到青島北由原來的11 h 40 min縮短到5 h。

衡景特大橋是石濟(jì)客專重要控制性工程，跨榕華北大街處為32#墩、33#墩，橋梁基礎(chǔ)為16根直徑1.5 m的摩擦樁。下承臺(tái)尺寸橫向、順橋向均為14.6 m,高3.5 m；上承臺(tái)尺寸橫向11.2 m，順橋向9.6 m，高3 m。兩個(gè)墩距離既有榕花北大街較近，考慮到施工安全及施工期間不影響既有公路的正常運(yùn)行，基坑施工采用鋼板樁圍堰的施工工藝；其中32#墩基坑開挖深度9.7 m，防護(hù)外邊界距非機(jī)動(dòng)車邊界最近距離2.4 m，33#墩基坑開挖深度7.4 m，防護(hù)外邊界距人行道6.6 m。

因基坑開挖深度較大，且坑壁、坑底滲水量大，承臺(tái)施工經(jīng)反復(fù)討論最終采用拉森鋼板樁圍堰支護(hù)，圍堰尺寸為16.8 m×16.8 m，32#墩基坑較深，圍堰采用15 m長拉森IV型鋼板樁，圍堰內(nèi)設(shè)置三道支撐支護(hù);33#墩圍堰采用12 m長鋼板樁，內(nèi)設(shè)兩道支撐。該文以32#基坑為例。鋼板樁型號(hào)為：日本拉森IV-4型，單根鋼板樁長為15 m，鋼板樁插打時(shí)頂標(biāo)高為19.9 m，32#承臺(tái)底標(biāo)高為9.637 m。為了保證足夠安全施工空間，鋼板樁圍堰比承臺(tái)四周擴(kuò)大1.1 m。內(nèi)支撐安裝時(shí)采用基坑內(nèi)泥土邊開挖邊支護(hù)，每道支撐安裝時(shí)泥土超挖深度控制在不超過0.5 m，支撐安裝完畢后，開挖至基坑底標(biāo)高，開始澆筑混凝土墊層、基坑排水、破樁頭、承臺(tái)鋼筋及混凝土施工。

1 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

鋼板樁型號(hào)選擇應(yīng)根據(jù)工程所在地場地特點(diǎn)、地質(zhì)水文條件、工程概況、施工方法等進(jìn)行全面綜合考慮。選定鋼板樁后，根據(jù)工程所在地地質(zhì)水文情況及基坑大小深度特點(diǎn)，制定專項(xiàng)方案，方案中應(yīng)包含鋼板樁選型、圍堰結(jié)構(gòu)受力計(jì)算、具體施工組織計(jì)劃安排、勞動(dòng)力投入情況、安全質(zhì)量保證措施等內(nèi)容。專項(xiàng)方案中的結(jié)構(gòu)受力計(jì)算應(yīng)包括鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算、整體穩(wěn)定性計(jì)算、抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算、地面抗隆起計(jì)算、鋼板樁嵌固深度計(jì)算、嵌固段圍堰內(nèi)側(cè)土反力計(jì)算等，必須確保各項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)均滿足規(guī)范要求且留有一定安全度，施工方案編制完成后要按照程序進(jìn)行審批，超過5 m深基坑屬于超規(guī)模危大工程，除制定專項(xiàng)方案以外，施工單位還需組織專家進(jìn)行方案論證，施工時(shí)嚴(yán)格按照專項(xiàng)方案進(jìn)行施工，建設(shè)單位牽頭組織條件驗(yàn)收。

北方地區(qū)通常選用拉森Ⅳ型400 mm×155 mm鋼板樁，鋼板樁的長度要根據(jù)基坑基礎(chǔ)深度、土質(zhì)情況、周圍建筑物情況、地下水等來綜合確定，單位重76.1 kg/m。

鋼板樁插打設(shè)備選取非常重要，應(yīng)在方案中明確，按打樁方式可分為：沖擊、振動(dòng)、振動(dòng)沖擊、靜力等。鋼板樁打樁機(jī)功率一般在45 kW以上。

2 鋼板樁圍堰施工

采用提前選定規(guī)格型號(hào)的打樁機(jī)在橋墩設(shè)計(jì)承臺(tái)位置四周外擴(kuò)0.8～1.5 m打插鋼板樁，打樁機(jī)依次將對(duì)口的拉森樁震動(dòng)打壓入土。承臺(tái)四周外擴(kuò)的目的是為鋼板樁圍堰橫撐圍檁及承臺(tái)鋼筋模板施工時(shí)留夠安全操作空間。

2.1 施工前的準(zhǔn)備工作

1)將圍堰位置測量放線后提前清理場地,清除表面建筑垃圾，避免在鋼板樁插打時(shí)遇到障礙物。

2)鋼板樁檢驗(yàn)：鋼板樁運(yùn)至施工現(xiàn)場前提前核實(shí)與方案中選定的規(guī)格型號(hào)是否一致，進(jìn)場后使用前要對(duì)鋼板樁外觀、鎖口等進(jìn)行檢測檢驗(yàn)，保證投入施工中的鋼板樁符合要求。對(duì)變形輕微的鋼板樁進(jìn)行校正后做鎖口通過性檢查。對(duì)于變形嚴(yán)重、存在裂紋、鎖口封死等情況嚴(yán)重的鋼板樁應(yīng)剔除不用做退場處理。

3)振動(dòng)錘檢查：插打施工前要對(duì)振錘進(jìn)行專項(xiàng)檢查，主要檢查線路是否完好、油管有無破損漏油現(xiàn)象、夾板牙齒是否磨損嚴(yán)重、試打時(shí)有無脫夾現(xiàn)象等。插打前要對(duì)振錘進(jìn)行測試，符合要求后才可投入使用。

4)清理鋼板樁鎖口，涂抹黃油，可以減少鎖口間的摩擦防止鋼板樁圍堰的滲漏。

5)施工前應(yīng)充分勘探地形，探明地下管線，對(duì)施工范圍內(nèi)地下管線及構(gòu)筑物遷改至施工界外，并進(jìn)行標(biāo)識(shí)。施工過程中安排專人盯控，確保鋼板樁施工不破壞地上地下障礙物。

2.2 鋼板樁圍堰的插打

1)測量放線：根據(jù)設(shè)計(jì)承臺(tái)位置坐標(biāo)加上承臺(tái)外擴(kuò)距離計(jì)算出圍堰四角坐標(biāo)，利用全站儀或GPS進(jìn)行圍堰定位，利用竹竿彩旗標(biāo)記圍堰四角位置，地上撒出圍堰四邊白灰線，若位于水中，可先打四角定位樁，放線繩通過定位樁拉出四邊位置。

2)安裝導(dǎo)向裝置：首先在原狀地面下挖0.3～0.5 m深度，開始安裝第一道支撐及圈梁,第一道圈梁可作為鋼板樁插打時(shí)的導(dǎo)向裝置防止鋼板樁傾斜或錯(cuò)位。

3)精準(zhǔn)插打第一片鋼板樁能夠起到定位引領(lǐng)作用，可防止后續(xù)鋼板樁跑偏，確保每一片鋼板樁插打準(zhǔn)確。在圈梁上用紅色噴漆標(biāo)出鋼板樁邊線，在圈梁上焊接鋼桁架作為鋼板樁導(dǎo)行使用(如圖1)，導(dǎo)向裝置上下邊應(yīng)有限位器。插打施工時(shí)，樁背緊靠導(dǎo)向桁架，注意振錘油管與鋼板樁間距，首樁插打垂直度最關(guān)鍵，用全站儀或采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在兩個(gè)方向控制打樁垂直度。首樁插打合格后，以首樁為參考基準(zhǔn)，向兩側(cè)依次均勻?qū)ΨQ插打鋼板樁直至封口合攏。合攏時(shí)若不是正好閉環(huán)可增加鋼板樁投入，確保封閉成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

4)打樁時(shí)先利用鋼板樁和振錘的重量自重下插，自重下沉至一定階段進(jìn)尺緩慢或停止時(shí)開始振動(dòng)下沉。

5)插打施工時(shí)要保證樁身垂直，一旦有偏差及時(shí)糾正，待調(diào)整后再入鎖口，至設(shè)計(jì)位置，立即與導(dǎo)向桁架焊接牢固。

2.3 圍堰合龍

鋼板樁由四周邊線中點(diǎn)向四角合龍。臨近合龍時(shí)要測量剩余距離，距離除以每片鋼板樁寬度可得出所需鋼板樁根數(shù)。合龍部位鋼板樁可不等高，也可通過轉(zhuǎn)動(dòng)振錘調(diào)整鋼板樁插打受力位置將合龍?zhí)庝摪鍢洞蚱?，合龍?zhí)庝摪鍢锻i口不牢，有時(shí)可通過外側(cè)打雙樁來補(bǔ)強(qiáng)。

2.4 鋼板樁插打過程中遇到的問題及應(yīng)對(duì)措施

1)插打過程打入阻力突然變大，可能遇上孤石或其它障礙物，暫時(shí)停止插打該樁，通過增加轉(zhuǎn)角樁、折線轉(zhuǎn)、弧線樁來避開障礙物。

2)軟土或淤泥質(zhì)地基插打鋼板樁，遇有障礙物或不明石塊時(shí)鋼板樁易發(fā)生偏斜時(shí)通過反復(fù)插拔振動(dòng)壓入保證鋼板樁垂直度。

3)當(dāng)鋼板樁累計(jì)誤差較大，發(fā)生傾斜時(shí)，可采用定制的異形樁內(nèi)外增加補(bǔ)強(qiáng)樁進(jìn)行糾偏。

2.5 基坑開挖及墊層施工

當(dāng)基坑深度超過4 m時(shí)，采用長臂挖掘機(jī)進(jìn)行開挖。土方開挖應(yīng)先降水后開挖，降水和開挖時(shí)應(yīng)做好基坑及周圍地基變形監(jiān)測，應(yīng)分層分區(qū)連續(xù)對(duì)稱開挖。

鋼板樁圍堰施工完成后，進(jìn)行第一層基坑開挖，挖至首層支撐以下0.5～0.8 m，安裝第一道圍檁，以此類推開挖第二層土方、安裝第二道支撐、開挖第三層土方、安裝第三道支撐、清除樁頭土方、開挖剩余土方。封底混凝土盡量采用泵送一次澆筑成型。待墊層混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，進(jìn)行承臺(tái)施工。為防止超挖，最后0.3 m土方采用人工開挖并隨時(shí)測量墊層底高程，基坑底要預(yù)留集水井，及時(shí)將基坑內(nèi)水排出。

承臺(tái)基坑開挖完畢后，根據(jù)地質(zhì)條件對(duì)圍堰底部進(jìn)行封底混凝土灌注，封底混凝土厚度及標(biāo)號(hào)不低于設(shè)計(jì)要求，墊層混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑一次成型。邊澆筑邊測量墊層頂標(biāo)高，防止墊層高程誤差超出設(shè)計(jì)及規(guī)范要求?；炷翝仓瓿珊螅艋游挥谒袘?yīng)安排專業(yè)人員水下檢查混凝土澆筑質(zhì)量，不足部位進(jìn)行補(bǔ)充。

封底時(shí)必須做到不留死角，尤其是圍堰內(nèi)鋼板樁凹槽、樁頭周圈必須嚴(yán)格檢查，一旦出現(xiàn)“噴泉”現(xiàn)象要及時(shí)采取堵漏措施，避免漏水口擴(kuò)大。

2.6 鋼板樁圍堰圍囹支撐施工

鋼板樁圍堰圍囹、斜支撐應(yīng)根據(jù)基坑大小深度，鋼板樁深度等條件確定。一般采用H500×200型鋼梁或40B雙拼工字鋼，正、反牛腿采用[28b雙拼槽鋼。內(nèi)支撐采用500×200H型鋼。

2.7 圍堰內(nèi)止水及排水

當(dāng)鎖口不緊密漏水時(shí)，用棉絮、土工布等在內(nèi)側(cè)縫隙處嵌塞，圍堰外側(cè)包裹上防水彩條布。

位于水中的鋼板樁圍堰在抽水過程中要對(duì)圍堰進(jìn)行變形監(jiān)測并加強(qiáng)鋼板樁連接處的止水堵漏措施。發(fā)現(xiàn)有較大滲水處時(shí)停止抽水，堵漏后方可繼續(xù)抽水。

2.8 鋼板樁拔除及樁孔處理

拔樁前首先拆除基坑內(nèi)圍檁及支撐，邊拆支撐邊回填基坑，待圍檁及支撐全部拆除并完成基坑回填后方可拔樁，利用振錘產(chǎn)生的振動(dòng)力，破壞周圍土體之間的粘聚力，夾具夾緊鋼板樁，吊車起鉤將樁拔出。

在緊鄰公路及鐵路的基坑，在鋼板樁拔除時(shí)應(yīng)提前配置水泥漿水玻璃雙漿液。邊拔樁邊注漿，同時(shí)做好基坑周邊土基的沉降或隆起變形檢測，盡可能將拔樁對(duì)地基的影響降至最低。對(duì)于周圍沒有建筑物或構(gòu)筑物的基坑，拔樁后留下的樁孔，也可采用中粗砂灌水回填。

3 基坑監(jiān)測

為驗(yàn)證鋼板樁圍堰臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性，確?；娱_挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程安全進(jìn)行，最大限度降低鋼板樁圍堰施工對(duì)周圍地形地基及地上地下建筑物造成的影響，施工過程中進(jìn)行基坑變形監(jiān)測非常關(guān)鍵。監(jiān)測內(nèi)容主要包括：圍堰位移監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、基坑周邊建筑物、道路及地表變形監(jiān)測等。

首先進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)、觀測點(diǎn)布置，基準(zhǔn)點(diǎn)一般設(shè)置在基坑外穩(wěn)定位置，往往設(shè)置在旁邊緊鄰承臺(tái)頂。觀測點(diǎn)根據(jù)需要確定觀測點(diǎn)布置位置及個(gè)數(shù)，既能滿足測試需要又減少工作量。

監(jiān)測工作要設(shè)專人負(fù)責(zé)，根據(jù)不同工況設(shè)置觀測頻率、觀測精度、預(yù)警值，遇有特殊情況要啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。每一階段觀測完成應(yīng)形成書面檢測報(bào)告。

監(jiān)測報(bào)告應(yīng)包括：工程概況、監(jiān)測項(xiàng)目名稱、檢測日期、檢測人復(fù)核人、各測點(diǎn)布置圖、采用儀器和監(jiān)測方法、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法、監(jiān)測期間的工況、監(jiān)測成果的過程曲線、檢測數(shù)據(jù)發(fā)展變化情況評(píng)述、監(jiān)測結(jié)果及評(píng)價(jià)等。

4 結(jié) 論

石濟(jì)客專衡景特大橋緊鄰公路深基坑順利施工完成且未對(duì)既有繁忙公路地基造成沉降或隆起變形，拉森鋼板樁圍堰作為基坑臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)不僅滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求，同時(shí)具有安全可靠、防水性能好、成本較低、施工速度快、可周轉(zhuǎn)利用、工藝簡單等顯著優(yōu)點(diǎn)。采用鋼板樁圍堰代替永久結(jié)構(gòu)混凝土圍護(hù)樁可大大節(jié)約施工成本，減少混凝土使用，起到保護(hù)環(huán)境的目的，在緊鄰繁忙公路、鐵路或其他地區(qū)深基坑可均可推廣應(yīng)用。