PLC 工法樁在富水深基坑支護中的應(yīng)用

李冰LI Bing；汝鵬偉RU Peng-wei

（①阜陽市交通運輸綜合行政執(zhí)法支隊，阜陽 236000；②阜陽市公路管理服務(wù)中心，阜陽 236000）

1 概述

1.1 工程概況

425 省道潁河特大橋位于阜陽市潁東區(qū)，橋梁全長1767m，橋梁主橋為（100+180+100）m 雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，橋梁主塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主塔高出橋面29.7m，其中，主墩之一的31# 主墩承臺尺寸為25.6m×20.1m×5m，設(shè)計采用C30 混凝土，基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)，承臺底部設(shè)20 根樁基，樁基直徑為2.2m，承臺位于壩堤斜坡面上，承臺基坑開挖尺寸為28.6m×23.1m×19.355m，支護形式采用PLC 鋼管樁組合鋼板樁支護。潁河特大橋現(xiàn)場位置見圖1。

圖1 31# 主墩承臺現(xiàn)場位置示意圖

1.2 工程地質(zhì)條件

特大橋跨越阜陽潁河，屬于淮河水系，水系較發(fā)育，31#主墩所在地基土主要包括由粘性土、砂土，和粉土，屬晚更新世Q3 時期以來的沉積層，地下水主要由淺部土潛水、中部土層的微承壓水及深部砂土層中的承壓水組成。工程地質(zhì)縱斷面見圖2，主要土層的物理力學指標見表1。

表1 主要土層的物理力學指標

圖2 工程地質(zhì)縱斷面圖

2 工程特點與難點

①鋼板樁圍堰基坑施工安全風險大。31#墩深基坑緊鄰潁河，承臺位于河灘之上，灘地現(xiàn)狀呈斜坡狀，部分基坑位于河道中，致使一側(cè)圍堰須在水中施工，水文、地質(zhì)情況復(fù)雜，基坑支護防滲要求高，基坑施工難度較大。

②PLC 工法樁插打困難。一是施打鋼管樁時須嚴格控制沖擊能量及施打次數(shù)，否則易造成管樁的端口碎裂。二是插打過程需嚴格控制鋼板樁垂直度。三是由于工法樁長度達25m，對接樁焊接質(zhì)量和鎖扣連接精度要求高。

3 方案設(shè)計與關(guān)鍵施工工藝

綜合考慮基底翻起、管涌、插打過程的穩(wěn)定、封底的經(jīng)濟性和現(xiàn)場實際地質(zhì)情況，經(jīng)過計算比選，31#承臺深基坑施工采用PLC 工法樁（φ820×14mm 鋼管組合拉森VI 型鋼板樁）支撐支護結(jié)構(gòu)形式，工法樁圍堰尺寸23.02m×28.98m，工法組合樁中鋼管樁長度28m，鋼板樁長度24m，樁頂標高一致。PLC 工法樁圍堰頂開挖至封底混凝土底深度為20.055m。組合鋼管樁圍堰內(nèi)圍檁構(gòu)造采用型鋼和工字鋼結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需求分為雙拼H700×300 和雙拼工56c 兩種情況。PLC 工法樁圍堰沿豎向共5 道圍檁，自上而下第一、三道圍檁采用2HW700×300 結(jié)構(gòu)（Q235B），第二、四、五道圍檁采用雙拼工56C 結(jié)構(gòu)（Q355B），在各組拼圍檁型鋼內(nèi)均設(shè)有加勁板，同時根據(jù)圍堰內(nèi)支撐體系在圍檁拐角及中部設(shè)置有斜撐連接件和對撐連接件，對撐處設(shè)置H488×300×11×18 鋼立柱。承臺支撐圍護結(jié)構(gòu)PLC 工法樁擬采用EP200 型振動錘施打，水刀引孔施工，施打平臺采用鉆孔樁鋼平臺及兩側(cè)棧橋平臺。PLC 工法樁施打完成，順序安裝第一、二、三、四、五道鋼圍檁及支撐后，對31#基坑進行開挖至基坑底，封底采用混凝土封底并等強，封底完成后拆除第五道支撐并施工承臺，承臺采取預(yù)埋冷卻管一次澆筑工藝，然后逐層澆筑混凝土并順序拆除第四、三、二、一道鋼圍檁及支撐。

3.1 導(dǎo)向架制作及安裝

本工程采用槽鋼作為無縫鋼管圍堰內(nèi)導(dǎo)梁、導(dǎo)框，并制成圍籠。內(nèi)外導(dǎo)梁間距比鋼管有效厚度大8cm～10cm，以利于PLC 工法樁的插打。矩形圍籠導(dǎo)梁按設(shè)計尺寸直接下料，導(dǎo)梁接頭均安排在橫撐支點處，接頭用夾板螺栓連接。安裝導(dǎo)框前，先進行測量定位，導(dǎo)框安裝時先打定位樁或做臨時施工平臺。導(dǎo)框在工廠或現(xiàn)場分段制作，在平臺上組裝，固定在定位樁上。

3.2 鋼管插打引孔

由于本工程鋼板樁圍堰所在地層地質(zhì)為粘土，因此采用高壓射水引孔插打。高壓射水引孔施工步驟如下：

①在一根引孔鋼板樁或鋼管樁上焊接兩根內(nèi)徑20mm 的無縫鋼管；

②將引孔樁吊裝到指定位置，打開高壓水泵開關(guān)，在高壓水泵的作用下，水管從蓄水箱內(nèi)抽水，流過高壓軟管及無縫鋼管，經(jīng)噴嘴口進行高壓射水。振動錘進行插打的同時進行高壓射水，并根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)節(jié)射水壓力，沉入引孔工法樁，見圖3、圖4；

圖3 水刀總成構(gòu)成圖

圖4 高壓射水引孔水刀示意圖

③達到設(shè)計深度后，拔出引孔樁，進行相鄰引孔樁引孔作業(yè)，直至完成整個圍堰鋼板樁射水成孔作業(yè)；

④待引孔作業(yè)完成后，進行工法樁施工作業(yè)，其過程可同時進行。引孔樁的形狀可根據(jù)相關(guān)鋼板樁形狀設(shè)置，在引孔鋼板樁轉(zhuǎn)角處的內(nèi)側(cè)位置焊接一無縫鋼管，利用輔助高壓射水組件進行高壓輸水供給，在引孔樁的噴嘴口處強力噴射切割粘土層，再配合振動錘，便可順利下沉所述引孔樁，該工序可有效避免引孔樁的不必要的硬性損傷。

3.3 鋼板樁施打與合攏

①在插打工法樁前，在圍堰上下游導(dǎo)線控制點上設(shè)置全站儀觀測點，用以控制圍堰長、短邊方向的鋼板樁的施打定位。

②PLC 工法樁采用全圍堰先插合攏后，再逐塊（組）打入，矩形圍堰先插上游邊，在下游合攏。

③插打工法樁時，首組就要保持平整，幾塊插好打穩(wěn)后即與導(dǎo)框固定，然后繼續(xù)插打。工法樁起吊后須以人力扶持插入前一塊的鎖口內(nèi)，動作要緩慢，防止損壞鎖口，插入以后可稍松吊繩，使樁憑自重滑入，或用錘重下壓，比較困難時，也可以用滑車組強迫插樁，待插入一定深度并站立穩(wěn)定后，方可加以錘擊。

④履帶吊停在鋼平臺上，側(cè)向施工，便于測量人員觀察。掛上振動錘，升高，理順油管及電纜。

⑤錘下降，開液壓口，拉一根鋼板樁（或鋼管樁）至打樁錘下，鎖口涂抹潤滑油，并起錘。

⑥待樁尖離開平臺面30cm 時，停止上升。錘下降，使樁至夾口中，開動液壓機，夾緊樁。上升錘與樁至打樁地點。

⑦工法樁插打時，單樁的鎖口內(nèi)均涂以黃油混合物油膏（重量配合比為∶黃油∶瀝青∶干鋸末∶干粘土=2:2:2:1），以減少插打時的摩阻力，且插打鋼板樁時從第一塊就保持平整。

⑧在插打過程中，加強測量工作，發(fā)現(xiàn)傾斜，及時調(diào)整，為保證插樁順利合攏，要求樁身垂直，同時在整個鋼板樁插打過程中必須保證合攏密實，以防漏水。

⑨試開打樁錘30 秒左右，停止振動，利用錘慣性打樁至計算標高，開動振動錘打樁下降，控制打樁錘下降的速度，盡可能的使樁保持豎直，以便鎖口能順利咬合，提高止水能力。

⑩板樁至設(shè)計高度前40cm 時，停止振動，振動錘因慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動一定時間，打樁至設(shè)計高度。

?松開液壓夾口，錘上升，打第二根樁，以上類推直至單個承臺支護完成。

?帶有接頭的鋼板樁應(yīng)與無接頭的樁錯開使用，不得已時其接頭水平位置至少應(yīng)上下錯開2m 以上。

?保證工法樁插打豎直順利合攏的措施是隨時糾偏，不能用拉擠辦法強行糾偏，必要時拔起重打，糾正無效時，應(yīng)特制楔形樁合攏。

4 主要工程經(jīng)驗

本文在闡述該工程方案設(shè)計與關(guān)鍵施工工藝時，已就相關(guān)工藝、工藝進行了詳細描述，過程中積累的工程經(jīng)驗及注意事項可供類似工程借鑒參考，其中拉森鋼板樁和鎖扣鋼管施工關(guān)系到施工止水和安全，是本項目深基坑施工中最關(guān)鍵的工序之一。

①采用密扣拉森鋼板樁和鎖扣鋼管，施打前一定要熟悉地質(zhì)、構(gòu)筑物的情況，打樁前對鋼板樁和鋼管逐根檢查，剔除連接鎖口銹蝕、變形嚴重的鋼板樁，并在鋼板樁的鎖口內(nèi)涂油脂，嚴禁不合格的鋼板樁和鋼管進場使用。

②在插打過程中隨時測量監(jiān)控每塊樁的斜度，斜度嚴格控制在2%以內(nèi)，當偏斜過大且不能用上拉方法調(diào)整時，要拔起重打?？奂B接緊密且保證開挖后入土不小于1/3樁長，保證鋼板樁和鋼管順利合攏，特別是工作基坑的四個角要使用轉(zhuǎn)角鋼板樁。

③施工中各圍檁及內(nèi)撐在加工場加工成型，加工時嚴格按照設(shè)計尺寸進行下料，安裝前，連接處圍檁上的加強綴板須焊接完成，加工完成后，采用運輸車運至施工現(xiàn)場進行拼裝。內(nèi)撐平面位置采用坐標定位，誤差控制在3cm之內(nèi)，施工中嚴格控制各連接部位焊縫質(zhì)量，尤其是圍檁及內(nèi)支撐接長焊接，必須先母體焊接，再綴板補焊。圍檁與鋼板樁之間用木塊填塞，并用楔形塊鑲嵌，確保圍檁與鋼板樁之間密貼填實，保證鋼板樁均布受力。使用拼接接長的鋼板樁時，鋼板樁的拼接接頭不能在圍堰的同一斷面上，而且相鄰樁的接頭上下錯開至少2m，在組拼鋼板樁時要預(yù)先配樁，在運輸、存放時，按插樁順利堆碼，插樁時按規(guī)定的順序吊插。

④工法樁是剛性體，軸線方向鎖扣相連形成“一面墻”，所以，第一根工法樁的垂直度控制至關(guān)重要，軸線方向垂直度要控制在0.5%范圍以內(nèi)。軸線方向垂直度可以通過控制導(dǎo)向架來實現(xiàn)，施工中應(yīng)盡量考慮采用雙層或三層導(dǎo)向架來確保樁身垂直度。PLC 工法樁采用水刀法施工，可以有效的降低在施打鋼板樁過程中土對工法樁的側(cè)向壓力，減小土對工法樁垂直度的影響。

⑤鋼板樁插打完成并做好加固措施后即可抽水，抽水至第一道圍檁下1m 后，開始安裝第一道圍檁及鋼支撐，第一道圍檁及支撐安裝完成后，對基坑進行順序分層開挖。抽水時檢查各點是否頂緊，板樁與導(dǎo)框間木楔是否擠緊，抽水速度不宜過快，要隨時觀察圍堰的變化情況并做出相應(yīng)處理。當發(fā)生鎖口滲漏時，用棉絮在內(nèi)側(cè)嵌塞，同時在漏縫外側(cè)撒大量木屑或谷糠，使其由水流夾帶至漏水處自行堵塞。

5 結(jié)語

425 省道潁河特大橋富水深基坑支護的工程實踐表明，在保證施工質(zhì)量安全的前提下，采用PLC 工法樁能夠有效縮短施工工期、節(jié)約施工成本。PLC 工法樁在富水深基坑支護中的應(yīng)用經(jīng)驗，對皖北乃至全國富水粉質(zhì)粘土地層深基坑支護工程都起到了很好的借鑒作用，可以在同類工程中推廣使用。