河道區(qū)深基坑應(yīng)用PC工法組合鋼管樁支護(hù)施工及應(yīng)急加固處理技術(shù)

張文華 華錦耀

1. 寧波建工工程集團(tuán)有限公司 浙江 寧波 315040；2. 浙江鴻晨建設(shè)有限公司 浙江 寧波 315032

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，軟土深基坑的支護(hù)新技術(shù)也隨之不斷被研發(fā)應(yīng)用，PC工法組合鋼管樁就是近幾年應(yīng)用的支護(hù)施工新技術(shù)之一。PC工法組合鋼管樁結(jié)合鋼管或型鋼支撐的支護(hù)技術(shù)，相比混凝土排樁結(jié)合混凝土支撐技術(shù)，沉樁與支撐安裝快，可以周轉(zhuǎn)式應(yīng)用[1-2]。本文將PC工法組合鋼管樁支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于阻斷河道式深基坑（地下連通道）中，其創(chuàng)新點(diǎn)在于東西半幅式基坑先后分階段施工，并結(jié)合作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行沉樁、安裝鋼支撐與挖土以及回收等。對(duì)于河道區(qū)域的基坑支護(hù)，采用PC工法組合鋼管樁可兼作圍堰，具有施工效率高和經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)點(diǎn)，且屬于綠色環(huán)保型支護(hù)技術(shù)。但當(dāng)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工存在缺陷時(shí)，也會(huì)報(bào)警甚至發(fā)生事故，下面結(jié)合具體的工程實(shí)例，說(shuō)明該支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用及基坑應(yīng)急加固處理。

1 工程概況和地質(zhì)條件

浙江省寧波市五江口某深基坑項(xiàng)目，處于五江口流水的河道中。該深基坑為河道東、西側(cè)地下室2層的連通道，平面尺寸為76 m×22 m。連通道底板與東西側(cè)地下室底板持平，連通道頂板略低于東西側(cè)地下室的地下1層樓板，頂板以上作為河道的過(guò)水段，該深基坑底板墊層挖深8.40 m，承臺(tái)墊層挖深9.00～9.20 m。河道最深處深4.60 m。

基坑支護(hù)分東、西兩半幅先后式施工，以利河道過(guò)水，平面布置如圖1所示。本工程深基坑涉及土層從上至下主要為雜填土、黏土、淤泥、淤泥質(zhì)黏土以及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等。

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置示意（東半幅作業(yè)平臺(tái)未畫(huà)出）

2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)概況

本基坑采用φ820 mm×14 mmPC工法組合鋼管樁結(jié)合2道φ609 mm×16 mm鋼管支撐，型鋼圍檁為雙拼H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm，φ820 mm×14 mm鋼管樁長(zhǎng)20～23 m，鋼管樁間隔式布置長(zhǎng)12 m拉森鋼板樁，雙拼式型鋼圍檁（H鋼常用規(guī)格）有利于提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度，且便于安拆。

東半幅基坑先行與東側(cè)大基坑同時(shí)施工，故支撐布置為2道對(duì)撐和角撐，西半幅基坑后施工，支撐布置為2道對(duì)撐。2道型鋼圍檁均支承于鋼管內(nèi)側(cè)的鋼牛腿上，型鋼圍檁與鋼管樁之間空隙采用C20細(xì)石混凝土填塞，并間隔式焊接梯形鋼板連接圍檁與鋼管樁。

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)

首先，由于地下通道基坑位于流水的河道中，故分為兩半幅式先后施工，以便于流水。PC工法鋼管樁結(jié)合拉森鋼板樁既是基坑支護(hù)排樁，又是河道中的圍堰。其次，東半幅基坑先行與東側(cè)大基坑同步施工，無(wú)需挖土作業(yè)平臺(tái)，僅需設(shè)置沉樁和安裝支撐的坑邊作業(yè)平臺(tái)，安裝型鋼圍檁和鋼管支撐時(shí)，增設(shè)安裝附著于鋼管樁的臨時(shí)小平臺(tái)。西半幅基坑在西側(cè)大基坑和東半幅基坑完成后施工，需要單獨(dú)設(shè)置沉樁、安裝支撐及挖土的作業(yè)平臺(tái)。東西作業(yè)平臺(tái)均以PC工法鋼管作為立柱，立柱頂安裝縱橫型鋼梁及路基箱。西半幅過(guò)道基坑施工如圖2所示。

圖2 西半幅過(guò)道基坑施工現(xiàn)場(chǎng)

再次，東半幅地下通道結(jié)構(gòu)施工完成后，立即拆除鋼支撐，拆除PC工法樁與鋼板樁及其作業(yè)平臺(tái)，僅保留東西半幅界面上的PC工法鋼管樁，使河水流通，再施工西半幅過(guò)道基坑。東西半幅基坑拆除第2道支撐前，做好底板四周的混凝土換撐帶，拆除第1道支撐前做好頂板四周的混凝土換撐梁，肥槽回填后拔除PC工法鋼管樁和鋼板樁。

3 施工工藝流程及施工工藝要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

以東半幅通道基坑施工流程為例，流程為：測(cè)量放線立圍護(hù)樁標(biāo)志（陸岸上）→搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)→施工PC工法組合鋼管樁至合攏→安裝第1道圍檁支撐→抽水→安裝第2道圍檁支撐→抽水見(jiàn)底→挖土→施工底板下加強(qiáng)的混凝土墊層→施工底板→施工換撐帶→拆除第2道圍檁支撐→繼續(xù)施工通道結(jié)構(gòu)及頂板→施工換撐梁→拆除第1道圍檁支撐→肥槽回填→拔除拉森鋼板樁→拔除PC工法組合鋼管樁（保留界面上樁）→通水→拆除作業(yè)平臺(tái)→施工西半幅通道基坑。

3.2 施工工藝要點(diǎn)

3.2.1 基坑分兩半幅先后式施工

該五江口河道中流水無(wú)法阻隔斷流，故先施工東半幅基坑，待東半幅基坑施工且完成東半幅地下通道后，拆除該半幅圍護(hù)支撐，拔除PC工法鋼管樁，拆除作業(yè)平臺(tái)，僅保留東西半幅界面上的PC工法組合鋼管樁，在河道通水及西側(cè)大地下室基坑施工后，再施工西半幅基坑。

3.2.2 東、西半幅基坑作業(yè)平臺(tái)施工

作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)于河道中，采用φ630 mm×14 mm鋼管樁作為立柱，鋼管樁間距縱向5 m、橫向6 m，樁端均進(jìn)入硬土層。鋼管樁頂通過(guò)節(jié)點(diǎn)平板擱置縱橫向型鋼梁H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm，型鋼梁頂連續(xù)式鋪設(shè)路基箱，鋼管樁之間再用型鋼連接為豎向剪刀撐。作業(yè)平臺(tái)由陸域向河道中漸進(jìn)式施工，拆除時(shí)則按相反施工次序。

3.2.3 PC工法鋼管樁沉樁施工

PC工法鋼管樁采用φ820 mm×14 mm和拉森Ⅳ型鋼板樁間隔式布置，樁之間企口相互咬接，鋼管樁長(zhǎng)度東半幅為20～21 m，西半幅為22～23 m，鋼板樁長(zhǎng)12 m，均由陸域向河道中漸進(jìn)式施工。西半幅基坑圍護(hù)樁施工中，采用異形（非標(biāo)準(zhǔn)寬度）拉森鋼板樁與界面上PC工法鋼管樁合攏咬接。測(cè)量員站于陸域指揮沉樁的定位與垂直度控制。

3.2.4 型鋼圍檁和鋼管支撐安裝

型鋼圍檁為雙拼H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm，鋼管支撐為φ609 mm×16 mm。安裝時(shí)先在φ820 mm×14 mm鋼管樁內(nèi)側(cè)搭設(shè)臨時(shí)作業(yè)小平臺(tái)，如圖3所示。

圖3 臨時(shí)作業(yè)小平臺(tái)剖面示意

坑外作業(yè)平臺(tái)上采用吊機(jī)由上而下分道安裝型鋼圍檁和鋼管支撐，并在一端活絡(luò)頭處用千斤頂張緊。安裝第1道支撐前抽水一半，安裝第2道支撐前再抽干水并挖土至鋼管支撐底。型鋼圍檁與鋼管樁之間空隙除用梯形立式鋼板焊接連接外，再灌C20細(xì)石混凝土密實(shí)。

3.2.5 基坑挖土

基坑挖土應(yīng)與支護(hù)設(shè)計(jì)工況一致，遵循“開(kāi)槽支撐，先撐后挖，分層開(kāi)挖，嚴(yán)禁超挖”及“分區(qū)、分層、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”的原則。

東半幅基坑隨同東側(cè)大地下室基坑同步分層開(kāi)挖，向東出土，挖土順利未見(jiàn)異常。西半幅基坑挖土?xí)r，長(zhǎng)臂挖機(jī)站在北側(cè)作業(yè)平臺(tái)上結(jié)合坑內(nèi)小挖機(jī)駁運(yùn)式挖土，由于未能遵循上述原則，而是自南而北臺(tái)階接力式挖土，造成支撐力嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致基坑監(jiān)測(cè)報(bào)警。

4 基坑報(bào)警概況及加固處理

4.1 基坑報(bào)警概況

東半幅基坑挖土與東側(cè)地下室基坑同步施工，即分層挖土由西向東，遵循分層、分塊、對(duì)稱、平衡、限時(shí)的原則，支撐力平衡，符合基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的工況要求，施工順利，基坑各項(xiàng)監(jiān)測(cè)值未出現(xiàn)報(bào)警。

西半幅基坑施工沉樁和安裝支撐及挖土的作業(yè)平臺(tái)位于北側(cè)，長(zhǎng)臂反鏟挖機(jī)站立于作業(yè)平臺(tái)上，結(jié)合坑內(nèi)小挖機(jī)駁運(yùn)。由于第2道支撐下挖土?xí)r采用自南而北臺(tái)階接力式開(kāi)挖，即南側(cè)已挖至坑底，而北側(cè)仍有約3.5 m厚土方，支撐力嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)向北傾斜位移，南側(cè)PC工法鋼管樁下部踢腳位移嚴(yán)重，鋼管樁頂部外傾呈喇叭形脫開(kāi)圍檁，拉斷梯形連接板的焊縫，鋼管樁與第2道支撐連接處變形為橢圓，發(fā)出變形焊縫斷裂的響聲，并往坑內(nèi)漏水?；痈黜?xiàng)監(jiān)測(cè)最大值如表1所示。

表1 基坑監(jiān)測(cè)值

4.2 應(yīng)急措施與加固處理

4.2.1 應(yīng)急措施

基坑險(xiǎn)情發(fā)生后，立即采取應(yīng)急措施如下：

首先，往西半幅過(guò)道基坑中灌水至第2道支撐底，使之平衡部分土水側(cè)壓力。

其次，沿基坑圍護(hù)樁內(nèi)側(cè)泵送水下澆筑C15級(jí)素混凝土至標(biāo)高－9.20 m，并由潛水員指揮澆筑，使水下混凝土基本澆筑成如圖4所示的形狀，即反壓混凝土緊貼PC工法鋼管樁且頂面寬度不小于3 m，共計(jì)水下澆筑素混凝土約600 m3。在圍護(hù)樁漏水處外側(cè)，由潛水員鋪設(shè)緊貼的塑料薄膜止水。應(yīng)急措施施工到位后，監(jiān)測(cè)到圍護(hù)樁位移與支撐軸力基本趨于穩(wěn)定。

圖4 基坑應(yīng)急加固剖面示意

4.2.2 加固處理

首先，修復(fù)頂?shù)佬弯搰鷻_和PC工法樁之間梯形鋼板的焊縫，并將間隙填筑素混凝土密實(shí)。將坑內(nèi)積水排出，使坑內(nèi)水位降至標(biāo)高－9.20 m處，再在鋼管樁的第2道鋼支撐下方增加1道型鋼圍檁和φ609 mm×16 mm鋼管支撐。最后，抽干積水，間隔跳式鑿除應(yīng)急的坑邊混凝土及分段挖土至坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高，澆筑C30級(jí)坑底300 mm厚混凝土墊層。

5 結(jié)語(yǔ)

河道中狹窄形軟土深基坑應(yīng)用PC工法組合鋼管樁支護(hù)施工的關(guān)鍵技術(shù)為：一是分兩半幅先后式施工，以利河道流水，掌握河道中施工的特點(diǎn)；二是基坑挖土必須水平分層盆式開(kāi)挖，禁止臺(tái)階接力式挖土，嚴(yán)格執(zhí)行分層、對(duì)稱、平衡、限時(shí)的原則，以利支撐力平衡控制變形；三是作業(yè)平臺(tái)應(yīng)因地制宜搭設(shè)穩(wěn)固，立柱間豎向用型鋼剪刀撐連接；四是第1道圍檁支撐宜采用混凝土結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對(duì)頂?shù)乐纬霈F(xiàn)受拉狀態(tài)的可能；五是基坑發(fā)生險(xiǎn)情報(bào)警后，立即灌水和水下疊砂包，采用水下澆筑低強(qiáng)度等級(jí)的素混凝土更快速有效。

本地下通道深基坑工程最終完成施工，與先作東、西半幅式圍堰，再施工鉆孔灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)相比，本施工技術(shù)（指未出現(xiàn)報(bào)警及加固處理）具有較大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，可供類似基坑工程參考。