急流松軟地質(zhì)條件下深基坑開挖技術(shù)

王 池, 黎昌源, 王元文

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213)

目前國(guó)內(nèi)外鋼板樁型圍堰發(fā)展迅速，特別是在取水口、進(jìn)水口、碼頭、船塢、人工島等工程中應(yīng)用較多，經(jīng)驗(yàn)相對(duì)比較成熟。但河道區(qū)急流中鋼板樁施工及鋼板樁松軟地質(zhì)下深基開挖在國(guó)內(nèi)尚無(wú)使用先例。國(guó)內(nèi)的鋼板樁圍堰使用主要應(yīng)用于橋墩和房建等深基坑的使用，橋墩施工用圍堰主要是鋼板樁圍堰外側(cè)擋水，房建等深基坑鋼板樁是利用錨索受力擋土，其受力條件與河道急流中鋼板樁擋水圍堰有較大的區(qū)別[2]。對(duì)于馬來(lái)西亞美里二期供水項(xiàng)目，Baram取水口河床位于水下10 m左右，鋼板樁內(nèi)取水口開挖深度將超過10 m，鋼板樁設(shè)計(jì)深度達(dá)到27 m，Baram取水口區(qū)域表層3 m地質(zhì)以沼澤為主，深層地質(zhì)以泥沙為主，地質(zhì)中未見巖石。取水口及泵房建筑物底板混凝土下采用φ350 mm預(yù)制圓樁作為取水口及泵房建筑物受力基礎(chǔ)，預(yù)制圓樁設(shè)計(jì)深度36 m。

1 工程概況

馬來(lái)西亞美里二期供水項(xiàng)目是由沙撈越政府水務(wù)局(簡(jiǎn)稱JBALB)投建的一條約16 km的供水管道項(xiàng)目，該項(xiàng)目的主要背景是將Baram河的河水運(yùn)輸至Bakong儲(chǔ)水站然后連接至美里水廠(簡(jiǎn)稱LAKU)凈化后輸送至美里市區(qū)，以滿足美里市區(qū)及周邊地區(qū)到2030年的供水需求。其中包含直徑1.6 m的主管道和直徑1.2 m的河底沉管組成總計(jì)約16 km的管道和路面檢修通道，15臺(tái)套水泵及相關(guān)設(shè)備安裝工作。其中機(jī)電設(shè)備所需電力從馬魯?shù)铣擎?zhèn)275 kV變水工建筑物由一條約16 km的33 kV預(yù)埋輸電電纜連接至Bakong進(jìn)水口變水工建筑物，從Bakong進(jìn)水口變水工建筑物降壓至11 kV后，由2條約17 m的預(yù)埋輸電電纜輸送至Baram取水口以滿足電力需求。

由于Baram取水口深入河中15 m，建筑物基礎(chǔ)地面下約10 m，開挖深度約11 m，建筑物深入河中區(qū)域平均水深6 m，最大水深10 m，且水流湍急。河中鋼板樁定位施工難度很大；水中施工平臺(tái)很難穩(wěn)定很難建立；鋼板樁施工期間焊接及質(zhì)量控制很難。進(jìn)水口及泵房施工段鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)深度為27 m，圍堰施工區(qū)河床最大水深超過10 m，圍堰地質(zhì)以泥沙為主，地質(zhì)中未見巖石，圍堰區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，圍堰區(qū)域地質(zhì)2～3 m是沼澤地。圍堰在施工和運(yùn)行期間可能受到雨季漲水沖刷的影響，綜合水深較大和運(yùn)行期間抗沖刷工況需要，因此，采用拉森鋼板樁圍堰擋水可大大減少圍堰體積且能抗雨季漲水沖刷，并保證足夠的抗?jié)B穩(wěn)定性。

2 鋼板樁及取水口深基坑開挖施工工藝

2.1 鋼板樁及取水口深基坑開挖施工工藝流程

施工準(zhǔn)備—測(cè)量定位—導(dǎo)向樁制作—鋼板樁焊接—打鋼板樁—開挖第1層土方—第1道鋼板樁內(nèi)支撐—預(yù)制混凝土圓樁及預(yù)制混凝土板樁施工—開挖第2層土方并砍掉預(yù)制混凝土圓樁—第2道鋼板樁內(nèi)支撐—開挖第3層土方并砍掉預(yù)制混凝土圓樁—第3道鋼板樁內(nèi)支撐—開挖第4層土方并砍掉預(yù)制混凝土圓樁—第4道鋼板樁內(nèi)支撐—開挖第5層土方并砍掉預(yù)制混凝土圓樁—進(jìn)水口底板鋼筋板扎，模板安裝，混凝土澆筑—混凝土邊墻澆筑—部分鋼板樁拆除—進(jìn)水口閘門安裝完成后—剩余鋼板樁拆除。

2.2 鋼板樁施工工藝

首先進(jìn)行鋼板樁檢查、丈量、分類、編號(hào)。兩側(cè)鎖口做通過試驗(yàn)，采用鋼板樁插打拔出方法，當(dāng)鎖口通不過或樁身彎曲、扭曲、死彎等缺陷，均需加以整修。其次振動(dòng)錘是打拔鋼板樁的關(guān)鍵設(shè)備，在打拔前一定要進(jìn)行專門檢查，確保線路暢通，功能正常。振動(dòng)錘采用DZ-90型振動(dòng)打樁錘振動(dòng)錘，使用電壓要達(dá)到 380～420 V，夾板牙齒不能有太多磨損。定位樁與導(dǎo)向框的安裝：定位樁可采用鋼板樁定位，導(dǎo)向框采用H型鋼制作，定位樁作為整個(gè)圍堰施工的基準(zhǔn)樁，施工時(shí)必須嚴(yán)格控制定位的精確性，打設(shè)定位樁時(shí)，在岸上用經(jīng)緯儀同步檢測(cè)，同時(shí)水平尺檢查定位樁的垂直度，隨時(shí)糾偏。定位樁打入完畢后，即可安放導(dǎo)向框，導(dǎo)向框作用在于插打鋼板樁是起導(dǎo)向及內(nèi)部立體支撐作用，導(dǎo)向框直接承受鋼板樁傳來(lái)的土壓力、水壓力。導(dǎo)向框設(shè)內(nèi)導(dǎo)向框和外導(dǎo)向框。為方便鋼板樁插打，內(nèi)外導(dǎo)向框間距比鋼板樁有效厚度大8～10 cm。導(dǎo)向框在岸邊拼裝制作完畢后轉(zhuǎn)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝。鋼板樁插打前在鎖口內(nèi)涂黃油、填塞鋸末等混合物用來(lái)止水；并在插打連接的另一側(cè)鎖口底部焊好堵頭板，防止鎖口內(nèi)止水材料被擠走，造成鋼板樁圍堰漏水；在樁頭處加焊鋼板，以保護(hù)鋼板樁頭部。組拼鋼板樁，為加快插打速度，除定位鋼板樁外，組拼時(shí)3塊鋼板樁為一組，用油灰和棉花捻縫，以防漏水。

2.3 取水口深基坑開挖工藝

基本參數(shù)：取水口深基坑土方開挖尺寸40 m×36.1 m，開挖深度約10.2 m，開挖方量約14 440 m3。地層揭露主要為沼澤，黏土、中砂等。投入小松PC360挖掘機(jī)1臺(tái)，CAT325L(18 m加長(zhǎng)臂)挖掘機(jī)2臺(tái)，小松PC-120挖掘機(jī)2臺(tái)，8寸抽水泵3臺(tái)(1臺(tái)備用)。第一階段：采用開槽法開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高，方向從中間向兩側(cè)開挖，開挖深度2 m，單層一次性開挖完畢。挖掘機(jī)置于鋼圍堰基坑外側(cè)2 m處，由長(zhǎng)臂挖掘機(jī)開挖遠(yuǎn)處土方，短臂挖掘機(jī)開挖近處土方，小松PC360挖機(jī)布置于順?biāo)鞣较颍?臺(tái)挖機(jī)從不同方向出土，同時(shí)開挖好基坑四周水溝。第二階段：等第1層內(nèi)部支撐施工完畢后在開始預(yù)制混凝土圓樁及預(yù)制混凝土板樁打樁工作，打樁完成后，開挖第2層土方。從高程3 m開挖至高程1 m，開挖深度為2 m；分2層開挖，第1層開挖深度為1 m,第2層開挖深度為1 m，設(shè)備布置位置同第一階段相同，遠(yuǎn)處由長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行開挖。第三階段：等第2層內(nèi)部支撐施工完畢后在開挖第3層土方并砍預(yù)制混凝土圓樁。從高程1 m開挖至高程-1 m，開挖深度為2 m；分2層開挖，第1層開挖深度為1 m,第2層開挖深度為1 m，順?biāo)鞑贾瞄L(zhǎng)臂挖掘機(jī)2臺(tái)，基坑內(nèi)四周采用小松PC-120挖掘開挖土方至長(zhǎng)臂料斗內(nèi)，長(zhǎng)臂挖機(jī)起吊至渣土倒運(yùn)車內(nèi)。第四階段：等第3層內(nèi)部支撐施工完畢后在開挖第3層土方并砍預(yù)制混凝土圓樁。從高程-1 m開挖至高程-3 m，開挖深度為2 m；分2層開挖，第1層開挖深度為1 m,第2層開挖深度為1 m，順?biāo)鞑贾瞄L(zhǎng)臂挖掘機(jī)2臺(tái)，基坑內(nèi)四周采用小松PC-120挖掘開挖土方至長(zhǎng)臂料斗內(nèi)，長(zhǎng)臂挖機(jī)起吊至渣土倒運(yùn)車內(nèi)。第五階段：等第4層內(nèi)部支撐施工完畢后在開挖第4層土方并砍預(yù)制混凝土圓樁。從高程-3 m開挖至高程-4.3 m，開挖深度為1.3 m；分2層開挖，第1層開挖深度為0.8 m,第2層開挖深度為0.5 m，順?biāo)鞑贾瞄L(zhǎng)臂挖掘機(jī)2臺(tái)，基坑內(nèi)四周采用小松PC-120挖掘開挖土方至長(zhǎng)臂料斗內(nèi)，長(zhǎng)臂挖機(jī)起吊至渣土倒運(yùn)車內(nèi)。

2.4 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與鋼板樁圍堰止水

鋼板樁采用有限元分析法進(jìn)行鋼板樁設(shè)計(jì)，地質(zhì)勘測(cè)分析，深度每5 m分析地質(zhì)數(shù)據(jù)一次。臨時(shí)鋼板樁有限元分析及確定：將建筑物開挖深度、地質(zhì)抗剪強(qiáng)度、河水深度，最大洪水位及外界荷載壓力等輸入PLAXIS軟件，并利用PLAXIS軟件進(jìn)行支撐有限元分析計(jì)算，依此確定鋼板樁設(shè)計(jì)深度。鋼板樁拐角及鎖口接頭能否牢固是鋼板樁施工中的一個(gè)難題。同時(shí)也是鋼板樁圍堰止水的關(guān)鍵因素。所以,拼制角樁時(shí)，將1塊鋼板樁縱向割開，中間用角鋼或鋼板滿焊接、鉚接或螺栓連接成角樁，打入鋼板樁前，鎖口必須涂上黃油、罐粉等混合料(重量混合比為瀝青、黃油、滑石粉、鋸末4∶6∶10∶1)，以防止鋼板樁漏水。如果從鋼板樁鎖扣處發(fā)現(xiàn)漏水，可使用板條、棉毛、麻毛等塞入鎖口內(nèi)側(cè)，或?qū)⒚夯?、鋸末扔進(jìn)漏水處外的水中，使其流入縫隙從而完成封堵。

2.5 鋼板樁變形及深基坑開挖安全措施

防基坑坍塌滑坡安全措施：嚴(yán)格按設(shè)計(jì)文件和技術(shù)交底施工、嚴(yán)格控制基坑開挖坡度。如果遇到特殊情況，需要基坑停工較長(zhǎng)時(shí)間，應(yīng)在平臺(tái)、基坑邊和坡腳設(shè)置排水明溝和積水坑，并派專人抽水值班，并對(duì)基坑邊坡面進(jìn)行噴射素混凝土保護(hù)。在進(jìn)度允許的條件下盡量采用少開工作面的形式，避免暴露太多的基坑工作面。 坡頂嚴(yán)禁堆積荷載，基坑四周設(shè)置磚砌或混凝土排水溝；分層開挖，層間設(shè)臺(tái)階，每層開挖邊坡坡率根據(jù)地質(zhì)情況按規(guī)定放坡，必要時(shí)坡面噴射混凝土保證穩(wěn)定。防支護(hù)樁側(cè)向位移安全措施：基坑開挖過程中，邊開挖邊架設(shè)鋼支撐，支撐連接處要可靠，每層開挖深度不超過設(shè)計(jì)深度，確保支撐體系穩(wěn)定。施工時(shí)嚴(yán)格控制鋼支撐各支點(diǎn)的豎向標(biāo)高及橫向位置，確保鋼支撐軸力方向與軸線方向一致。在基坑開挖期間要加強(qiáng)對(duì)支撐的觀察、每班要有專人巡察、當(dāng)支撐軸力超過警戒值時(shí)，立即停止開挖，分析原因，制定對(duì)策。開挖期間加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，對(duì)監(jiān)測(cè)報(bào)表中的數(shù)據(jù)要進(jìn)行認(rèn)真的分析。支撐施工要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求架設(shè)。對(duì)支撐材料要嚴(yán)格把關(guān)，杜絕使用有缺陷的支撐材料。防基坑坑底隆起安全措施：基坑開挖過程中加強(qiáng)基底隆起監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)報(bào)表中的數(shù)據(jù)要進(jìn)行認(rèn)真的分析。地基加固，周邊設(shè)降水井降水等措施嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工?；又苓叿乐惯^多的超載。開挖前對(duì)圍護(hù)質(zhì)量摸底、祥查，對(duì)可能會(huì)發(fā)生滲漏的部位進(jìn)行注漿封堵處理。防涌砂涌水安全措施：開挖過程中對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁間等薄弱部位設(shè)專人監(jiān)視。若發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)少量滲漏，應(yīng)及時(shí)處理，先堵漏后開挖，防止?jié)B漏點(diǎn)擴(kuò)大。加強(qiáng)量控監(jiān)測(cè)、對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行審查對(duì)比，密切關(guān)注圍樁的變形情況。監(jiān)測(cè)信息圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形超過允許范圍時(shí)，必須立即加密支撐，防止變形進(jìn)一步擴(kuò)大，遇薄弱環(huán)節(jié)錯(cuò)位開裂，出現(xiàn)滲水通道時(shí)，及時(shí)處理。

2.6 混凝土的澆注

由于深基坑基礎(chǔ)開挖后相對(duì)較軟，以防止鋼板樁在泵送后向內(nèi)滑動(dòng)，并防止泵送后底板提升，因此必須進(jìn)行水下混凝土封底，并進(jìn)行底板混凝土澆筑?；炷敛捎每諝獗弥苯佑啥藵仓较鄬?duì)端。取水口建筑物底板防水混凝土分層澆筑。每層澆筑厚度限制在30 cm之內(nèi),而上層混凝土則采用振搗器澆筑更加密實(shí)。上層鋼筋必須在下層鋼筋第一次凝固以前完成?；炷翝仓脚_(tái)建立在圈柱的底層內(nèi)基礎(chǔ)上,用以確定混凝土施工過程中的表面平面。高度要按設(shè)計(jì)標(biāo)高,及時(shí)聯(lián)系實(shí)驗(yàn)室控制混凝土侵入。當(dāng)混凝土澆筑基本完成時(shí)，必須進(jìn)行澆筑混凝土高度測(cè)量，以保證混凝土表面的高度滿足設(shè)計(jì)要求。由于澆筑封底底板時(shí)，混凝土表面不能滿足相對(duì)平坦表面的要求，混凝土澆筑時(shí)，開挖基礎(chǔ)松軟、泥濘，故首先需要進(jìn)行墊層混凝土澆筑，墊層混凝土澆筑高程10 cm，墊層澆筑完成后進(jìn)行建筑物基礎(chǔ)圓樁樁頭處理，樁頭與結(jié)構(gòu)封底混凝土連接，連接完成后進(jìn)行取水口結(jié)構(gòu)底板鋼筋綁扎，模板安裝、驗(yàn)收合格后進(jìn)行底板封底混凝土澆筑，澆筑完成后注意養(yǎng)護(hù)，及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

2.7 鋼板樁圍堰的拆除

Baram取水口底板澆筑完成后即可進(jìn)行最底層鋼板樁支撐拆除，邊墻混凝土澆筑按照施工規(guī)范進(jìn)行高程分倉(cāng)澆筑，每施工完一倉(cāng)后進(jìn)行下一道支撐拆除，以此類推，待混凝土邊墻施工完成后，即可進(jìn)行河流區(qū)域外側(cè)鋼板樁拆除。待閘門安裝完成后即可進(jìn)行河流區(qū)域鋼板樁拆除。拔出的鋼板樁應(yīng)清刷干凈、修整、涂刷防銹油。在運(yùn)輸堆放時(shí)，不得碰撞，防止彎曲變形，堆放場(chǎng)地應(yīng)堅(jiān)實(shí)平整，堆放時(shí)應(yīng)按板樁類型、長(zhǎng)度分別編號(hào)、登記、堆放整齊。鋼板樁的拆卸方式:先用打樁設(shè)備和拔樁機(jī)夾住鋼板的樁頭,振搗1～2 min,使鋼板樁附近的土層疏松,形成土壤“液化”,從而減少土對(duì)樁的摩擦阻力,然后再緩慢每點(diǎn)和拔出。拔樁時(shí)要考慮樁機(jī)的重量。如很困難或根本不能拔出,就停止拔樁,先向下一點(diǎn),再重新拔出，如此操作，樁才能反復(fù)拔出。

3 結(jié)束語(yǔ)

急流松軟地質(zhì)條件下深基坑開挖技術(shù)具有施工工藝簡(jiǎn)便、安全系數(shù)高、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn);鋼板樁圍堰運(yùn)行期間更加安全，深基坑開挖步驟及施工工藝控制能夠有效防止鋼板樁的變形，從而使人員受傷的安全風(fēng)險(xiǎn)大幅降低，尤其是對(duì)開挖底部封底混凝土澆筑期間，鋼板樁外側(cè)混凝土運(yùn)輸車輛的擺放，基坑內(nèi)人員的操作及基坑內(nèi)封底混凝土的澆筑的安全系數(shù)大大提高。所以，急流松軟地質(zhì)條件下深基坑開挖技術(shù)有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。能明顯減少施工時(shí)間,合理管理和節(jié)省建造成本費(fèi)用,在工程造價(jià)方面也有著突出優(yōu)勢(shì)。