土-巖復合地層嵌巖鋼板樁施工方案研究

張林，孫高峰，鮑雨高，嚴周為，尚金行

（1.安徽水安建設集團股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009）

1 引言

合肥市西二環(huán)快速化改造工程對緩解區(qū)域交通壓力、完善快速路網(wǎng)的建設和服務新西站具有重要意義。工程南起長江西路，北至清源路以北海亮蘭郡西門，長約5.1km，包含清溪路立交、北二環(huán)-北二環(huán)立交節(jié)點。工程建設主體主要包含道路、橋梁、給排水（給水、排水）、管線綜合、道路綠化、電氣照明及供配電和交通標志標線。對基坑處的土體現(xiàn)場勘探表明，地層可根據(jù)性質(zhì)特征主要劃分為4 個巖土層，自上至下分別是填土（Qml）、粉質(zhì)黏土、黏土和砂巖。本工程中基坑開挖范圍為5～6m，屬于深基坑工程。對于深基坑，考慮到未施工時若遇到降水，選用的支護結構要能夠擋土和防水，鋼板樁滿足這一要求。同時鋼板樁的施工工序簡單、建設費用較低、耐久性良好、使用壽命一般長達到20 年左右，而且鋼板樁作為一種綠色環(huán)保材料，強度高、互換性良好，可重復使用3～5 次，大量減少了對混凝土和土方的消耗，還可以防止流砂發(fā)生[1]。因此本工程在原地下水管改造過程中采用鋼板樁進行基坑支護，如圖1所示。

圖1 管道開挖支護圖

由于基坑地層巖石埋深淺，鋼板樁需要嵌入巖層來保護基坑穩(wěn)定，因此鋼板樁嵌巖難度和風險較大。首先巖層較淺地基土含有不透水的黏土層，導致打樁的摩擦阻力較大，直接插打困難、進度慢。為解決這一難題，本工程采用小直徑的旋挖鉆機引孔施工，提高了施工速度。在基礎較軟處，有時發(fā)生將鄰樁帶入現(xiàn)象，控制措施為用角鋼臨時焊接固定發(fā)生共連的樁。在填土中，不同的石塊側向力容易導致鋼板樁打入時側傾地，導致坑底土隆起、地面開裂，可以采取先拔起再反復捶打，最后增加樁的嵌固深度并壓密注漿的方法來保證樁身的垂直度。本文通過對該工程中深基坑嵌巖鋼板樁支護施工進行探討，為類似工程施工提供借鑒。

2 嵌巖施工方案

工程基坑開挖深度范圍為5～6m，屬于深基坑工程，開挖基坑處巖體埋深淺，鋼板樁支護結構需深入巖石地層發(fā)揮作用。

2.1 鋼板樁結構型式

根據(jù)工程地質(zhì)特點以及鋼板樁技術參數(shù)，采用長12m 的FSP-IV 型400×170×15.5 拉森鋼板樁，主要技術參數(shù)見表1。

表1 FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁技術參數(shù)

2.2 嵌巖鋼板樁施工工藝

鋼板樁進場前應按照鋼種、等級、牌號、規(guī)格及生產(chǎn)廠家的不同分別堆放，不得混雜，設置好標識，且盡量安置在平坦、堅固的地面并墊高和遮蓋，防止因自重較大導致變形和擠壓破壞。然后安排專職試驗員和監(jiān)理進行驗收，包括外觀質(zhì)量和材質(zhì)檢驗。外觀驗收主要是檢驗鋼板樁的尺寸，如長、寬、高等是否符合標準，鋼板樁的表面是否有缺陷，對已經(jīng)銹蝕的部分剔除并加以補強；材質(zhì)檢驗要取樣后帶回試驗室對其進行化學成分和力學性能的全面分析，按照每次取樣的質(zhì)量決定拉伸和彎曲試驗的次數(shù)，試驗結果均合格后方可安排使用。施工時與試驗樁的數(shù)據(jù)進行對比，便于調(diào)整施工參數(shù)。

鋼板樁的施工工藝流程如圖2 所示，包括鋼板樁定位放線→挖溝槽→引孔→打鋼板樁→第一層支撐置處開基坑→安裝第一層支撐及圍檁→挖土（至開挖設標高）→基礎施工與側墻施工達到強度后→拆除支撐→回填→拔除鋼板樁。鋼板樁與巖層空隙采用C20細石混凝土填充?？紤]到城市施工場地環(huán)境復雜，打樁機械選用液壓履帶式打樁機，該設備施工速度快、安全性很高、自重相對較輕，并且可以24 小時不間斷施工，能夠有效地節(jié)約工期。

圖2 施工工藝流程圖

2.2.1 嵌巖鋼板樁引孔措施

引孔前要破除道路瀝青面層?？紤]土-巖復合地層特點，在土層中采用長螺旋引孔，巖層中采用配備小直徑截齒取芯角轉的旋挖鉆機引孔，每隔500mm引孔，直徑均為600mm。引孔前在鉆桿上做好清晰的標記，引孔時需符合圖紙要求，嚴格控制每一段的標高。引孔要保證鉆機運行平穩(wěn)，保持導向架的垂直度偏差在1/250范圍內(nèi)。

施工前，在樁架上先焊接一個直徑為10cm 的鐵圈，然后在高約10m 處放置鉛錘，通過鉛錘與鐵圈中心的相對位置來判斷鉆桿是否垂直?？梢允褂媒?jīng)緯儀觀察鉆桿，若鉛錘與鐵圈中心保持一致，表明垂直。每次施工前都要調(diào)節(jié)鉆桿，確保誤差在0.5%范圍以內(nèi)[2]。施工第一根樁時，要緩慢進尺，要逐漸熟悉各地層對鉆機的影響，收集鉆機在不同地層下的參數(shù)數(shù)據(jù)，然后再連續(xù)引孔。

2.2.2 鋼板樁施打措施

打樁前首先要進行定位放線，確定好各個結構尺寸的灰線，再按照圖紙的設計要求，根據(jù)結構線的位置和尺寸定位打樁方向線。為了便于隨時校核，保證樁沿直線施打，之后通過在方向線外部進行溝槽開挖來引出定位線，主要措施為在溝槽兩端布置木樁，溝槽寬0.5m、深0.8m。

根據(jù)不同的開挖深度選用型號不同的拉森鋼板樁，其材料性能和尺寸應滿足施工和設計要求。首先將整修后的鋼板樁堆放在平坦、堅固的場地上，避免產(chǎn)生不必要的耗材，如自重導致的變形和損壞。進樁時先讓運輸隊伍把樁卸到木樁附近一定范圍，一般為6m。操作手吊起一根樁后，隨時聽候輔助人員的指令，待其利用工具校正好打拔機，確定樁身垂直且對好前一根樁的止口后再開始沉樁。吊運采用兩點吊，每次不宜過多，單根吊運選用專門的工具。為了防止鋼板樁的自然跟進，第一根樁應高出地面1m左右，后續(xù)打樁之前應將前面的樁用鋼筋臨時焊接[3]。

2.2.3 施工過程控制措施

土方開挖前，通過挖探溝等調(diào)查方式，確定地下無障礙物后方可開挖。項目部人員應安排專員事先與運輸隊伍進行溝通協(xié)調(diào)，確保其熟悉運輸路線和機械進場路線，保證施工時安全無誤。在機械施工困難的部分均應配備人工。現(xiàn)場施工人員和班組長要熟悉圖紙，做好各項技術交底工作。施工班組落實自檢、互檢、交接檢的“三檢制”，質(zhì)檢人員隨班檢查，保證每道工序在施工過程中都合格。每次施工前都要有監(jiān)理在現(xiàn)場，測量人員放線后經(jīng)監(jiān)理及現(xiàn)場業(yè)主確認后方可進行下一步工作[4]。

振樁前，先控制樁身的重心與振錘保持一致，使樁緩慢插入土體或鄰樁鎖口，待穩(wěn)定后，再振動下沉。施工時要隨時復核樁的垂直度，若發(fā)現(xiàn)偏心，應立即糾正；沉樁中若阻力偏大，下沉速度較慢，可以在鎖口處涂抹機油，以減小摩擦；若遇到下沉速度驟減的情況，應立即停止沉樁，首先要確保人員安全，再檢查機械是否故障、操作是否不當，若一切無誤，可以先把樁向上拔起0.6～1.0m，再繼續(xù)沉樁，若速度依舊過慢，反復確認后采取其他措施。若對鋼板樁進行焊接，應根據(jù)施工條件進行試焊，合格后方可正式施焊。接頭采用搭接或幫條電弧焊時，宜采用雙面焊縫，雙面焊縫困難時，可采用單面焊縫。

采用振動法沉樁，打入時要有專門的指揮人員，便于隨時調(diào)整振錘的位置，保證垂直打入。打入的樁要整齊，先使其自然下沉，穩(wěn)定后再振動下沉，保持受力均勻。樁頂標高與地面要平齊，偏差控制在100mm 以內(nèi)。沉樁后應再復核一次，若發(fā)現(xiàn)樁身有傾斜或者偏心的現(xiàn)象，先嘗試能否糾正其垂直度，若糾正困難則拔起重打[4]。

3 嵌巖鋼板樁拔樁和回填

3.1 施工方法

基槽回填壓實后，盡早拔除鋼板樁，加快鋼板樁周轉速度。本工程拔樁采用振錘拔樁，利用其產(chǎn)生的強迫振動，擾動土質(zhì)，破壞鋼板樁周圍土的粘聚力進而減小拔樁阻力，依靠附加起吊力的作用將樁拔除。拔樁的順序最好與打樁時相反。

拔樁前將樁頭與拔樁機樁架卡頭固定緊密，使起拔線與樁中心線重合；先振動土壤，減小土的粘滯作用，然后再邊振邊拔；拔樁時，要安排輔助人員密切觀察樁身翹起情況，防止發(fā)生傾覆；若無人員操作失誤，拔樁機振動30min 或振幅達到最大仍不能拔起時，應采取其他措施。

鋼板樁拔除前采用級配碎石回填溝槽，其碎石所用原材料可以選擇除軟質(zhì)巖石以外的其他各種石料軋制生產(chǎn)，但不應含有有害物質(zhì)，如粘土塊、植物等，且控制碎石混合料的壓碎值在30%以下，液限指數(shù)小于28%，塑性指數(shù)小于6%。級配碎石組成范圍見表2[5]。拔出后采用砂回填樁孔，回填后再注漿，注漿采用1:2水泥漿。

表2 級配碎石組成范圍

3.2 控制措施

對封閉式鋼板樁墻，拔樁起點應離開角樁5 根以上?？筛鶕?jù)沉樁時的情況確定拔樁起點，必要時也可用跳拔的方法。為防止將臨近板樁同時拔出，宜將鋼板樁和加固的槽鋼逐根割斷。先割除鋼板樁的支撐，然后再拔圍堰鋼板樁。拔樁時，首先控制振動錘緩慢振動，待土對樁粘附作用和阻力減小后，再邊振邊拔。當樁拔出一定高度時，應保持振動但暫停起拔，保證拔樁后的土孔能提前填實一部分。起拔時采取跳躍拔樁的措施，拔樁后隨時注漿，并注意控制拔樁時不能對周圍環(huán)境產(chǎn)生太大的影響。引拔時，若遇到阻力較大導致拔樁速度緩慢的情況，可以每次僅振動15min就暫停，保持連續(xù)振動不超過1.5h，待拔樁速度恢復正常后再邊振邊拔。對拔樁后留下的樁孔，及時采用中粗砂灌入密實，保證拔除后的空隙填充密實[6]。

4 結語

在合肥市西二環(huán)地下管道改造工程中，采用嵌巖鋼板樁支護的施工技術，不僅有效保證了工程順利施工，而且在施工過程中通過對鋼板樁引孔、施打以及拔樁和回填過程進行合理控制，使得工程高效完成施工。嵌巖鋼板樁支護技術具有施工速度快、施工安全可靠和質(zhì)量容易控制等優(yōu)點，在復合地層中城市深基坑開挖支護工程中具有良好的應用前景。