深基坑開挖支護方案比選

陳創堅 吳建軍 李淼森

1 工程概述

某擬建大橋跨越長江主航道,其南塔緊貼長江西岸大堤,承臺基坑開挖深度為10 m,平面開挖尺寸72 m×34 m。開挖施工在筑島平臺上進行,填土厚度4 m,建議對這部分填土進行放坡、卸載開挖,挖到原地面標高后采取支護開挖。

2 地質概況

2.1 工程地質參數

河床為由上游傾向下游的緩坡,高程-4.94 m～0.82 m,由于采砂局部形成小型陡坎。墩位處平臺回填土下地層分布第①層為全新統軟塑亞黏土和松散的粉砂,易被沖刷;第②層為全新統稍密～中密的砂類土及密實礫石土,地層呈從上至下顆粒由細至粗的韻律,分別為細、中砂、圓礫土,密實度也以稍密～中密～密實。

2.2 氣候、水文概況

橋址處最低水位出現在11月下旬至次年的2月上旬,最低水位標高+3.0 m,施工平臺地面標高+0 m,上層滯水為人工填土、粉質黏土,水量較小,不具備統一的自由面。

3 基坑開挖方案的確定

3.1 擋土灌注樁防護

支護形式及特點:擋土灌注排樁是以現場灌注樁按照隊列形式布置組成的支護體系。其特點是剛度大,抗彎強度高,變形小,適應性強,對工作場地要求不高,振動小,但是造價較高且止水能力較差。

適用條件:適用于基坑坑壁安全等級一、二、三級;在軟土場中支護懸臂長度不宜超過5 m;當地下水位高于基坑地面時不能單獨使用。

3.2 排樁內支撐支護

支護形式及特點:在排樁內側設置型鋼或鋼筋混凝土水平支撐,用以支擋基坑側壁。其特點是受力合理,易于控制變形,安全可靠;但需要大量支護材料,基坑內施工受一定影響。

適用條件:適用于基坑坑壁安全等級一、二、三級;適用于各種不易設置錨桿的松軟土層及軟土地基;可與降水及止水措施結合使用。

加水平支撐時,為保證排樁支護的抗彎剛度,灌注樁采用φ 1.0 m灌注樁防護,坑周每延米防護孔樁一根,樁長統一取20 m。支護采用鋼管或型鋼支護,若采用φ 580 mm,壁厚10 mm鋼管作為水平支撐及臨時支墩,假定每6 m一道水平支撐,沿高度方向布設2層,中間布設3排(每8 m一排)臨時支墩。

3.3 鋼板樁支護

支護形式及特點:采用特制的型鋼板樁,機械打入地下,構成一道連續的板墻,形成擋土、擋水的圍護結構,其特點是承載力高、剛度大、整體性好、鎖扣緊密、水密性強,能適應各種形狀基坑及地層,打設方便、施工快速,可回收使用,但需要大量鋼材,一次性投資較高。

適用條件:基坑側壁安全帶為國際二、三級;基坑周圍場地滿足堆放條件,土質較好;可獨立或與其他支護方法結合使用;當地下水位高于坡腳時,應采用降水措施。

3.4 灌注樁結合水泥土樁組合支護

支護形式及特點:在基坑周圍按一定間距布設灌注樁,然后緊靠灌注樁內側與外徑相切設置高壓水泥旋噴樁(見圖1),使其形成具有一定強度的組合體,組成一道防水帷幕,這樣既可抵抗土壓力、水壓力,又能起到擋水抗滲的作用。其特點是:利用灌注樁承載力高、抗彎能力強的特點及灌注樁間水泥土樁結合體防水抗滲的優勢,承載力高、剛度大、防水性好,比連續排樁支護快速,節省水泥、鋼材,造價相對較低,但所有支護均不可回收。

適用條件:尤其適合于地質條件差的淤泥、流砂土層,地下水位較高的深基坑開挖。

取混凝土灌注樁樁徑1.0 m,樁間距0.6 m;樁間設置旋噴樁,樁徑1.0 m。鉆孔樁樁長20 m;旋噴樁樁長17 m。

3.5 鉆孔咬合樁

支護形式及特點:鉆孔咬合樁是用旋挖鉆機鉆孔,樁與樁之間相互咬合排列的一種基坑圍護結構,如圖2所示。

為便于切割咬合,樁的排列方式一般設計為一個素混凝土樁或異形鋼筋混凝土樁(A樁)和一個鋼筋混凝土樁(B樁)間隔布置。

其特點是:基于重力式擋土墻的工作原理,利用鋼筋混凝土樁抵抗坑壁土主動土壓力,利用素混凝土與鋼筋混凝土組合體防水止水,形成止水帷幕,承載力大,對水平支護要求不高。

適用條件:適合于任何地層,尤其是淤泥質含水量高的地層,適用于狹窄場地垂直開挖的深基坑。

3.6 鋼管樁與水泥土樁組合支護

支護形式及特點:采用鋼管樁為主要支護,機械打入設計地層標高,對于受力要求較高部位打入前可對鋼管樁進行適當改造,在兩側增設防滑型鋼,鋼管樁布設到位后,在其管內灌砂壓實。然后,在鋼管樁靠基坑外側與管樁相切設置高壓旋噴樁形成防水帷幕(見圖3),達到支護基坑防水抗滲的目的。其特點是相對于灌注樁結合水泥土樁組合支護,用鋼管樁代替了混凝土灌注樁,利用鋼管樁抗彎強度大的特點及與水泥土樁組合體形成的防水帷幕,保證基坑開挖安全,而且鋼管樁采用機械打入施工,速度快,且鋼管樁材料可以回收,造價較低。

3.7 鋼管樁與鋼板樁組合支護

為了增大鋼板樁圍護的抗彎能力及剛度,可以將鋼板樁和鋼管樁結合使用,即在鋼管樁兩側焊接連接槽鋼,打入后與鋼板樁相互咬合連接,形成組合體(見圖4),這樣既增大了支護構件的剛度和抗彎能力,也通過鋼板樁咬合緊密的優點形成防水帷幕。其特點是:剛度大、抗彎能力強、能有效防水、機械化施工進度快,支護鋼材需求量大,但基本全可回收利用。

適用條件:適用多種地質條件,尤其是淤泥質、流砂地層;適用于工期緊,受氣候影響大的地區;如果施工現場存有一定數量的鋼管或鋼板樁,可以有效利用,大大節省費用。

3.8 鎖口鋼管樁支護

支護形式及特點:該支護形式通過L-T型鋼陰陽鎖口接頭將鋼管樁相互連接形成一種整體支護形式(見圖5),充分利用了鋼管樁的剛度及較強的抗彎能力,同時通過鎖口連接提高了支護的穩定性及整體受力性能。其特點是鎖口鋼管樁的加工制作簡單、快速,施工工序簡潔,精度要求不高,施工工期短;鎖口鋼管樁本身剛度較大能深嵌入河床中,整體穩定性非常好,圍堰內無須復雜的內支撐體系,為承臺施工提供少支撐干擾的作業空間和可靠的安全保障;鎖口鋼管樁可全部拔除,用于本橋的上部結構施工支架和其他工地的同類工程施工,材料周轉利用率高,經濟效益明顯;施工進度較快,較大的節約了工期和成本。

缺點:這種結構形式的圍堰陰陽鎖口接頭處一般很難密封,圍護防滲閉水能力較差,一般需要水下澆筑混凝土封底。

適用條件:適用多種地質條件,尤其是水位較低的淤泥質、流砂地層;適用于工期緊,受氣候影響大的地區;根據施工現場鋼管等材料的儲備情況,可以有效利用已有材料,大大節省費用。

3.9 方案比選結果

對8種可行的圍護方案從支護費用、施工時效、技術難度和設備要求等幾個方面進行綜合分析比較,然后進行綜合排序,結果見表1。

表1 基坑支護綜合比選(費用為每延米基坑支護費用)

采用鋼板樁支護方案費用最高,而且所有鋼板樁都需要新購;而施工現場目前存有大量的鋼管樁,綜合考慮施工技術難度、施工耗時、對機械設備的要求及支護費用等因素,結合施工單位現場已有支護材料情況,建議采用鎖口鋼管樁支護方案。

4 結語

基于放坡、支護相結合,機械人工相配合,出渣與坑頂卸載同步的基坑開挖方案。采用鎖口鋼管樁圍護形式對于保證施工進度、安全,提高施工時效、節約成本等都比較合適,是符合本工程實際的一種基坑開挖支護方案。

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