深基坑鋼板樁圍堰施工技術(shù)研究

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【摘要】大型承臺(tái)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式與基坑的平面尺寸、基坑的深度以及承臺(tái)所在的地質(zhì)條件有較大的關(guān)系。論文主要研究鋼板樁圍堰在細(xì)卵石土與粉砂巖互層地質(zhì)條件高速大河道中的應(yīng)用。采用旋挖樁引孔的方式插打拉森鋼板樁，承臺(tái)混凝土分兩次澆筑，分層拆除圍堰內(nèi)支撐，以避免鋼板樁圍堰內(nèi)支撐與承臺(tái)之間的干擾，以上方案確保了大型承臺(tái)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

【關(guān)鍵詞】拉森鋼板樁；復(fù)雜地質(zhì)；引孔；深基坑；大型承臺(tái)

1引言

由于橋梁承臺(tái)基礎(chǔ)所在的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境各不相同，橋梁承臺(tái)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式越來越多，如放坡開挖法、鋼板樁圍堰、鋼管樁圍堰、雙壁鋼圍堰、咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。承臺(tái)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式必須從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面進(jìn)行比選后確定。當(dāng)大型承臺(tái)深基坑位于細(xì)圓礫土和粉砂巖層時(shí)，由于基坑深度較大，水流湍急，承臺(tái)施工受河水水位影響極大，常規(guī)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)容易透水，而鋼板樁插打難度大，應(yīng)盡可能減少基坑暴露的時(shí)間，加快施工進(jìn)度，防止基坑出現(xiàn)安全隱患。本文以新建杭州至溫州鐵路義烏至溫州段站前及相關(guān)工程HWZQ-3標(biāo)工程仙居特大橋56號墩深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工為例，介紹復(fù)雜地質(zhì)大型承臺(tái)深基坑鋼板樁圍堰施工技術(shù)，可為同類型地質(zhì)條件下的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)提供一種實(shí)用而有效的施工方法。

2工程概況

新建杭州至溫州鐵路義烏至溫州段站前及相關(guān)工程HWZQ-3標(biāo)工程仙居特大橋（84+5×150+84）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁56#主墩承臺(tái)位于永安溪河道中，永安溪位于仙居縣中部，為椒江流域上游源頭溪流，流域面積2704km2。永安溪屬于典型的山溪性河流，河床比降較大、流速快、水深淺，河道寬度約550m，常水位時(shí)水深約2m，夏季河道水位主要受上游水庫泄洪的影響較大，最高洪水水位約67m，水流速度為2.21m/s。56#主墩承臺(tái)的地勘資料顯示，56#承臺(tái)范圍內(nèi)自上而下地層分布情況為：河床上采用2m厚的素填土進(jìn)行筑島，粉砂巖層中局部夾雜淺層凝灰?guī)r。承臺(tái)尺寸為20.1m×14.6m×5.5m，承臺(tái)底標(biāo)高為53.556m，施工水位標(biāo)高61m，考慮到鉆孔樁施工因素，主墩采用筑島后施工樁基承臺(tái)基礎(chǔ)，筑島后地面標(biāo)高為62m，承臺(tái)下方墊層厚度為0.3m，基坑開挖深度為8.744m。

3圍堰的方案設(shè)計(jì)

由于永安溪河流水深較淺，并且只有受到上游水庫泄洪以及突降暴雨時(shí)，水位才有上漲的趨勢，洪水漲退的時(shí)間較短。施工期間若遇到洪水來臨，將停止承臺(tái)施工。綜合連續(xù)梁56#主墩承臺(tái)位置的地質(zhì)水文特征以及工期成本的影響，56#主墩承臺(tái)深基坑圍堰最終選擇拉森鋼板樁圍堰進(jìn)行施工，圍堰鋼板樁的插打技術(shù)措施是施工控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。圍堰鋼板樁采用拉森IV型鋼板樁，樁長15m，鋼板樁錨固至封底混凝土底部5.956m。圍堰內(nèi)部設(shè)置2層圈梁和內(nèi)支撐，其中，圈梁采用雙拼H400×400mm型鋼制成，第一層圈梁設(shè)置在原地面以下2m，圈梁下方每隔3m設(shè)置1道型鋼三角托架支撐，型鋼三角托架采用[10槽鋼制作而成，并焊接在鋼板樁側(cè)面；第二層圈梁與第一層圈梁相隔3.5m。圍堰內(nèi)支撐采用φ630mm×8mm螺旋鋼管，每層內(nèi)支撐分為斜撐和對角撐兩種結(jié)構(gòu)形式，每層均設(shè)置1根對角支撐，圍堰四個(gè)角分別設(shè)置2根斜撐，內(nèi)支撐與圈梁之間采用焊接連成整體，確保圍堰整體穩(wěn)定性。56#墩承臺(tái)拉森鋼板樁圍堰平面圖如圖1所示。

4拉森鋼板樁圍堰的施工方法

拉森鋼板樁圍堰的施工順序?yàn)椋簢咧u→樁位引孔置換土→鋼板樁插打→基坑開挖→圈梁內(nèi)支撐安裝→封底混凝土澆筑→承臺(tái)第一次混凝土澆筑→基坑回填至下層內(nèi)支撐→拆除下層圈梁內(nèi)支撐→承臺(tái)第二次混凝土澆筑→基坑回填至承臺(tái)頂→拆除上層圈梁內(nèi)支撐→鋼板樁拔出。

4.1圍堰筑島

由于56#主墩位置在河道中，水深約2m，拉森鋼板樁施工前需對承臺(tái)周邊進(jìn)行筑島，給圍堰鋼板樁插打提供良好的工作平臺(tái)。筑島的寬度原則上是以承臺(tái)邊外放6m，利于后期樁位引孔以及鋼板樁插打施工，筑島平臺(tái)頂面標(biāo)高設(shè)計(jì)為62m，高于洪水位1m，迎水面坡率按1∶2.5設(shè)置，坡面防護(hù)采用鋼筋石籠防護(hù)，厚80cm。筑島所用材料為優(yōu)質(zhì)黏土，施工期間采用推土機(jī)和裝載機(jī)將黏土分層碾壓。筑島時(shí)由岸邊向河道中央進(jìn)行推進(jìn)，由河道上游向下游進(jìn)行填筑。

4.2樁位引孔

由于56#墩承臺(tái)位置下方分布有深厚的粉砂巖，鋼板樁無法按照常規(guī)工藝順利插打至設(shè)計(jì)高程。施工期間，通過旋挖鉆引孔置換土的方案輔助鋼板樁插打施工，采用直徑1.2m的旋挖鉆隔樁跳打的方式進(jìn)行引孔，孔間距0.8m，孔位咬合重疊0.4m，確保后期鋼板樁能夠順利打入設(shè)計(jì)土層中。待每個(gè)孔位鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高后采用黏土回填至孔口，完成孔位處的土方置換，接著繼續(xù)隔樁引下一個(gè)孔位，如此反復(fù)循環(huán)直至所有孔位引孔完畢。

4.3鋼板樁插打

鋼板樁采用委外租賃廠家既有的拉森IV型鋼板樁，鋼板樁插打前由測量人員提前放樣出鋼板樁圍堰的4個(gè)角點(diǎn)，然后利用石灰線做標(biāo)識(shí)，將拉森鋼板樁圍堰的4條邊定位準(zhǔn)確。施工時(shí)首先打入鋼板樁圍堰的定位樁，鋼板樁插打前利用圍堰的圈梁作為導(dǎo)向系統(tǒng)，確保鋼板樁插打的精度。鋼板樁采用ZX470型液壓打拔樁機(jī)進(jìn)行插打，插打時(shí)由技術(shù)人員重點(diǎn)控制鋼板樁的垂直度，插打過程中采用兩臺(tái)全站儀沿兩個(gè)正交方向分別觀測鋼板樁的垂直度情況。圍堰4個(gè)角點(diǎn)位置的鋼板樁設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采用異形鋼板樁，確保鋼板樁能夠順利合龍。

4.4圍堰土石方開挖

鋼板樁插打合龍后進(jìn)行基坑的開挖施工。基坑開挖遵循“分層開挖，先撐后挖，對稱開挖”的原則[1]。基坑開挖時(shí)，必須注意及時(shí)安裝圈梁和內(nèi)支撐，減小基坑邊形，保證基坑安全。基坑開挖采用1臺(tái)長臂挖機(jī)和1臺(tái)普通挖掘機(jī)配合進(jìn)行開挖，其中，普通挖掘機(jī)停留在基坑內(nèi)部，長臂挖機(jī)停放在原地面進(jìn)行開挖。為加快施工進(jìn)度，河床筑島時(shí)的素填土和河床下部的細(xì)圓礫土采用普通挖掘機(jī)直接進(jìn)行開挖。基坑下部的深厚粉砂巖層無法利用普通挖掘機(jī)直接開挖，必須采用炮錘提前將硬巖破除后，再用挖掘機(jī)開挖。基坑開挖期間應(yīng)及時(shí)對基坑的變形進(jìn)行監(jiān)測，在圍堰鋼板樁頂部以及圈梁上彎矩較大位置設(shè)置水平位移觀測點(diǎn)，圍堰每邊平均設(shè)置3個(gè)觀測點(diǎn)。基坑向下開挖期間，平均每天進(jìn)行一次監(jiān)測，直至開挖停止后連續(xù)3d的監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定[2]。

4.5圈梁、內(nèi)支撐安裝

基坑開挖至圈梁、內(nèi)支撐以下50cm時(shí)，應(yīng)立即安裝圈梁和內(nèi)支撐，嚴(yán)禁超挖。圈梁和內(nèi)支撐均采用500kN（50t）履帶吊吊裝安裝。圍堰圈梁和內(nèi)支撐均在型鋼加工廠提前加工好，然后由平板車運(yùn)輸至基坑邊的平臺(tái)上，由履帶吊吊裝至設(shè)計(jì)位置安裝到位。其中，圍堰長邊圈梁長度達(dá)22.1m，圈梁的接頭加工應(yīng)設(shè)置在剪力較小位置，結(jié)合型鋼長度的限制，接頭一般設(shè)置在跨中位置，接頭加工注意設(shè)置加強(qiáng)鋼板。由于鋼板樁插打過程中存在一定的誤差，因此，圈梁與部分鋼板樁之間存在不密貼的情況，此時(shí)應(yīng)在圈梁與鋼板樁之間填塞鋼板，確保圈梁與鋼板樁之間密貼，受力均勻后方可進(jìn)行下一道工序施工。圈梁下方采用[10槽鋼三角托架進(jìn)行支撐，[10槽鋼與鋼板樁之間采用焊接連接[3，4]。為防止拉森鋼板樁圍堰施工期間，鋼管內(nèi)支撐發(fā)生脫落現(xiàn)象，將鋼管內(nèi)支撐與鋼板樁之間采用直徑16mm的鋼絲繩進(jìn)行拉結(jié)固定。圍堰內(nèi)支撐由500kN（50t）履帶吊吊裝至設(shè)計(jì)位置與圈梁進(jìn)行對位焊接連接成整體。圈梁內(nèi)支撐下方與牛腿連接的大樣圖如圖3所示。

4.6鋼板樁圍堰的拆除

拉森鋼板樁圍堰拆除的順序與安裝順序相反，先拆除圈梁和內(nèi)支撐，然后拆除鋼板樁，由500kN（50t）履帶吊吊裝進(jìn)行拆除。根據(jù)56#主墩承臺(tái)鋼板樁圍堰的結(jié)構(gòu)受力體系，結(jié)合承臺(tái)大體積混凝土施工的要求，承臺(tái)混凝土分兩次澆筑成型，圍堰圈梁和內(nèi)支撐對應(yīng)的也分兩次進(jìn)行拆除[5]。56#主墩承臺(tái)高度為5.5m，承臺(tái)第一次混凝土澆筑高度為2.5m，第二次混凝土澆筑至承臺(tái)頂。待承臺(tái)第一次混凝土澆筑完畢后，對承臺(tái)基坑進(jìn)行回填，回填標(biāo)高至下層圈梁和內(nèi)支撐底部，然后利用500kN（50t）履帶吊吊裝拆除下層圈梁和內(nèi)支撐。待承臺(tái)第二次混凝土澆筑完畢后，將承臺(tái)基坑回填至承臺(tái)頂部，然后利用履帶吊吊裝拆除上層圈梁和內(nèi)支撐。承臺(tái)基坑回填時(shí)利用基坑開挖時(shí)的細(xì)圓礫土分層進(jìn)行回填，采用打夯機(jī)分層夯實(shí)。鋼板樁采用ZX470型液壓打拔樁機(jī)逐根進(jìn)行拔出。鋼板樁圍堰拆除后的有關(guān)材料由平板車?yán)鰣龅刂付ǖ攸c(diǎn)堆放。

5結(jié)語

通過在水中墩承臺(tái)位置進(jìn)行筑島，在筑島平臺(tái)上利用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行引孔將拉森鋼板樁插打至深厚的粉砂巖層中，完成拉森鋼板樁圍堰的施工，另外，根據(jù)承臺(tái)混凝土澆筑的順序結(jié)合大型承臺(tái)拉森鋼板樁圍堰的受力體系分層拆除拉森鋼板樁圍堰圈梁和內(nèi)支撐，以上施工方法在新建杭州至溫州鐵路義烏至溫州段站前及相關(guān)工程HWZQ-3標(biāo)工程仙居特大橋56#主墩承臺(tái)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中成功應(yīng)用，有效地保障了復(fù)雜地質(zhì)大型承臺(tái)深基坑的施工安全，也取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，為類似工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程:JGJ120—2012[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):GB50497—2019[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2020.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.鋼圍堰工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):GB/T51295—2018[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2018.

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):GB50205—2020[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2020.

[5]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn):GB50496—2018[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2018.

作者：李光均 單位：中鐵上海工程局集團(tuán)第一工程有限公司