沖填粉煤灰地層深基坑開挖支護(hù)施工技術(shù)

曹國俊

1 工程概況

武漢天興洲公鐵兩用長江大橋公路引線工程和平大道立交段,橋墩承臺(tái)墩柱主要分布在戴家湖內(nèi)。戴家湖場(chǎng)地內(nèi)地表覆蓋主要為沖填粉煤灰層,沉積時(shí)間短、結(jié)構(gòu)疏松。因戴家湖內(nèi)承臺(tái)(共計(jì)165個(gè))基本處于粉煤灰層中,施工承臺(tái)需開挖11 m左右粉煤灰層,該粉煤灰層呈松散～稍密狀態(tài),力學(xué)性能較差,而且地下水非常豐富,開挖1.5 m～2 m基本上可以見水,對(duì)支護(hù)體系的安全和經(jīng)濟(jì)提出很大的要求。

2 施工方案的選擇及確定

根據(jù)施工可行性、投入程度、經(jīng)濟(jì)效益等并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工條件綜合考慮,計(jì)劃采用鋼板樁防護(hù)開挖深基坑承臺(tái)的施工方法。設(shè)計(jì)鋼板樁圍堰按承臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸每邊加寬1.5 m左右考慮,加寬值以滿足鋼板樁偏位、安裝內(nèi)支撐和架立模板之用。

鋼板樁圍堰施工采用液壓振動(dòng)錘將鋼板樁打入,由上而下焊接鋼支撐,最后采用人工配合長臂挖機(jī)進(jìn)行開挖,或采用抽灰設(shè)備進(jìn)行抽灰開挖。

3 施工工藝

3.1 工藝原理

鋼板樁在液壓振動(dòng)錘的插打作用下,深入土層1.5 m～2 m,采用機(jī)械進(jìn)行開挖,同時(shí)由上而下焊接鋼支撐,最后采用人工配合長臂挖機(jī)進(jìn)行開挖,或采用抽灰設(shè)備進(jìn)行抽灰開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高,混凝土封底處理,進(jìn)行承臺(tái)施工,其關(guān)鍵工序?yàn)殇摪鍢兜牟宕蚝弯摪鍢秶鷻_及支撐安裝。

承臺(tái)深基坑施工工藝流程圖見圖1。

3.2 鋼板樁圍堰及支撐穩(wěn)定性檢算

3.2.1 圍堰情況分類

鋼板樁打設(shè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)高及施工情況,基本分為4種情況。

3.2.2 計(jì)算依據(jù)

1)施工水位26.0 m。

2)地質(zhì):根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)測(cè)得,粉煤灰干容重0.95 t/m3,飽和容重1.4 t/m3,因戴家湖內(nèi)承臺(tái)基本處于粉煤灰層以下,粉煤灰力學(xué)性能差,且戴家湖內(nèi)水位較高,假設(shè)粉煤灰內(nèi)摩擦角φ=0°,q=H+(γ′-1)Htg245°=γ′H t/m2。

3)黏土容重 r=2.74 t/m3,φ=3.6°。

4)鋼板樁:德國拉森-Ⅳ型,截面模量 ω=2 037 cm3,彎曲允許應(yīng)力[σ w]=170 MPa;支撐材質(zhì):Q235鋼,軸向允許應(yīng)力[σ]=160 MPa;彎曲允許應(yīng)力[σ w]=170 M Pa,允許剪應(yīng)力[τ]=95 MPa。

可計(jì)算出四種支撐體系參數(shù)(見表1)。

表1 四種支撐體系參數(shù)表

通過檢算鋼板樁圍堰整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.2,圍堰支撐體系強(qiáng)度及其穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.5,滿足施工安全要求。

抗隆起驗(yàn)算,經(jīng)檢算鋼板樁底土為亞黏土,只要鋼板樁深入該層不小于0.5 m,坑底抗隆起能滿足要求。對(duì)于粉煤灰層厚度大于11.5 m的情況,可考慮上部放坡處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況基坑底為亞黏土,坑底抗隆起能滿足施工要求。

3.3 施工準(zhǔn)備及測(cè)量放樣

承臺(tái)采用鋼板樁圍護(hù)施工。樁基施工完成后方可進(jìn)行施工前的準(zhǔn)備工作。測(cè)量放樣時(shí)測(cè)量人員用全站儀定出鋼板樁圍堰平面位置(比承臺(tái)實(shí)際尺寸每邊加寬1.5 m),同時(shí)對(duì)地面標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量,這樣便于施工人員準(zhǔn)確掌握基坑內(nèi)開挖取土的深度。

此外承臺(tái)施工前應(yīng)對(duì)地面的排水是否通暢進(jìn)行檢查,必要時(shí)在地面上開挖和設(shè)置排水溝,防止圍堰外的地面水流入基坑內(nèi)影響施工。

3.4 鋼板樁圍堰施工

3.4.1 鋼板樁整理

將承臺(tái)平面尺寸每邊加1.5 m作為鋼板樁圍堰尺寸,方便內(nèi)支撐和模板安裝等工作。施工前首先對(duì)鋼板樁進(jìn)行整理。主要用一塊長1.5 m～2.0 m的標(biāo)準(zhǔn)板樁從頭至尾沿被檢查樁(即將使用的鋼板樁)走一次。如發(fā)現(xiàn)鎖口不順暢或有缺陷的地方提前進(jìn)行修整。鋼板樁整理后堆放整齊,下面支墊方木,妥善保存。

3.4.2 插打鋼板樁

承臺(tái)鋼板樁采用拉森-Ⅳ型,每根板樁長度12 m,15 m。鋼板樁頂露出地面20 cm～50 cm。鋼板樁插打采用打樁機(jī)直接打設(shè),鋼板樁采用逐根插打的方法。插打鋼板樁之前,通過測(cè)量安裝導(dǎo)向架,以保證鋼板樁插打的位置準(zhǔn)確。在插打過程中,施工人員重點(diǎn)對(duì)板樁的垂直度進(jìn)行觀察,一旦傾斜及時(shí)做好方向調(diào)整。

3.4.3 開挖基坑,設(shè)置內(nèi)支撐

根據(jù)計(jì)算,承臺(tái)鋼板樁圍堰設(shè)有4道～5道水平內(nèi)支撐,現(xiàn)將有關(guān)施工方法簡述如下:1)在基坑開挖取土過程中,當(dāng)挖至第一道內(nèi)支撐的高度后應(yīng)暫時(shí)停止開挖工作并開始安裝第一道水平內(nèi)支撐。在安裝過程中應(yīng)采用可靠措施,比如支墊鋼板或方木的辦法保證鋼板樁與支撐橫梁間密貼。第一道水平內(nèi)支撐安裝完畢后繼續(xù)向下開挖。當(dāng)開挖至第二道水平內(nèi)支撐的高度后暫停開挖取土工作,仍應(yīng)安裝第二道水平內(nèi)支撐。同樣要采取鋼板支墊等方法確保內(nèi)支撐橫梁與鋼板樁間密貼。如此操作幾個(gè)循環(huán)直到最后一道支撐安裝完成,最后繼續(xù)開挖直至指定的標(biāo)高。2)鋼板樁插打完,即可抽水開挖。先支撐再開挖,并檢查各節(jié)點(diǎn)是否頂緊,板樁與圍檁間木楔是否敲緊,防止因開挖而出現(xiàn)事故。開挖速度不能過快,且要隨時(shí)觀察圍堰的變化情況。當(dāng)鎖口不緊密漏水時(shí),用棉絮等在內(nèi)側(cè)嵌塞,同時(shí)在鎖口漏縫處撒大量木屑或谷糠,使其由水夾帶至漏水處自行堵塞,或采用混凝土封底等措施。3)部分承臺(tái)因鋼板樁打入亞黏土層太深致使鋼板樁無法打入,首先采用引孔機(jī)進(jìn)行引孔,然后進(jìn)行鋼板樁插打。4)基坑開挖深度超出鋼板樁長度時(shí),基坑頂下挖2 m,使鋼板樁錨入基坑底1.5 m以上,并按演算進(jìn)行安裝支撐即可。

3.5 鑿除樁頭

承臺(tái)基坑開挖完畢,然后進(jìn)行樁頭混凝土鑿除清理工作。鑿除前用油漆在樁頭設(shè)計(jì)標(biāo)高處做醒目標(biāo)記。鑿除過程中應(yīng)嚴(yán)格控制樁頭標(biāo)高特別是保證嵌入承臺(tái)內(nèi)的樁頭高度(15 cm),避免出現(xiàn)樁頭實(shí)際標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高的情況。當(dāng)鑿至設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)確保露出新鮮混凝土面且樁頭無松散混凝土,最后將樁頭表面清理干凈。對(duì)于各墩鑿除的樁頭混凝土廢渣收集后運(yùn)輸至廢棄點(diǎn)集中處理。

3.6 澆筑墊層混凝土或封底混凝土

承臺(tái)底部設(shè)計(jì)為10 cm厚C15混凝土墊層。樁頭驗(yàn)收完畢后再進(jìn)行墊層混凝土的澆筑工作。找平基坑底,做好標(biāo)記確保混凝土墊層的澆筑高度,同時(shí)應(yīng)有專人進(jìn)行找平以保證墊層混凝土的平整度。

在墊層混凝土澆筑時(shí)注意設(shè)置排水溝和集水坑,一旦基坑內(nèi)有滲水及時(shí)通過水泵排出圍堰。當(dāng)墊層混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上時(shí),方可進(jìn)行其他作業(yè)。

地下水壓大,單純抽水無法降低水位,原設(shè)計(jì)C15混凝土墊層無法施工時(shí),采取灌注C30水下混凝土封底。

3.7 拔除鋼板樁

鋼板樁拔樁前,先將圍堰內(nèi)的支撐拆除,拆除過程中首先用黏土回填到支撐以下50 cm處,然后拆除支撐,逐步從下到上依次分層回填與拆除。支撐拆除完成后,先將鋼板樁略用錘擊振動(dòng)各拔高1 m～2 m,然后依次將所有鋼板樁均拔出,對(duì)樁尖打卷及鎖口變形的樁,可加大拔樁設(shè)備的能力,將相鄰的樁一起拔出。

4 基坑開挖后監(jiān)測(cè)及補(bǔ)救措施

1)基坑開挖前在鋼板樁上做好監(jiān)測(cè)標(biāo)志。2)基坑開挖后每天一次監(jiān)測(cè)樁頂位移。3)每天把鋼板樁后側(cè)出現(xiàn)的裂縫用混凝土補(bǔ)好,特別在雨天更應(yīng)做到滴水不漏。4)如樁體出現(xiàn)漏水現(xiàn)象時(shí)必須及時(shí)采取堵漏措施,以防產(chǎn)生樁體前后的動(dòng)水壓力。5)檢查基坑面樁體有無水平裂縫,如有發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)采取卸載措施。6)基坑開挖一周后,如樁頂位移小于15 cm且已基本穩(wěn)定,可不再監(jiān)測(cè),但裂縫補(bǔ)漏必須天天進(jìn)行。

5 結(jié)語

1)重復(fù)使用的鋼板樁拔除后,對(duì)于變形過大的鋼板樁需及時(shí)進(jìn)行整修、調(diào)直處理,否則由于鋼板樁變形過大,將會(huì)導(dǎo)致鎖口密封性差,從而會(huì)引發(fā)漏灰、突水等不利于施工的現(xiàn)象發(fā)生,而處理漏灰、突水等既費(fèi)時(shí)又浪費(fèi)資源。2)由于粉煤灰地層有其特殊性,所以整個(gè)基坑的開挖、支撐的架設(shè)都應(yīng)快速進(jìn)行施工,坑底的開挖應(yīng)集中人力、機(jī)械多班組、不停頓的進(jìn)行,并能在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行封底;同時(shí)因封底混凝土作為一道支撐使用,應(yīng)保證封底混凝土的質(zhì)量及澆筑厚度。3)通過計(jì)算可知內(nèi)鋼支撐承受剪應(yīng)力較大,施工過程中對(duì)焊接質(zhì)量應(yīng)引起高度重視,從本項(xiàng)目實(shí)施結(jié)果看:焊接質(zhì)量成為了基坑能否施工的關(guān)鍵因素之一。4)注意鋼板樁的錨入土層深度,從本項(xiàng)目實(shí)施結(jié)果看,有的鋼板樁錨入土層2 m～3 m,有的鋼板樁樁底懸空,沒有錨入長度,從施工過程中能發(fā)現(xiàn),錨入深度越深,鋼板樁越穩(wěn)定,相反錨入深度越淺,施工過程中極不穩(wěn)定,經(jīng)常發(fā)生漏灰、涌水現(xiàn)象,處理起來既費(fèi)時(shí)又費(fèi)工、費(fèi)料;項(xiàng)目部也嘗試在粉煤灰層比較厚的地方采用15 m鋼板樁代替12 m鋼板樁,以增加錨入土層深度。5)施工過程中需對(duì)基坑進(jìn)行一些必要的防護(hù),比如盡量避免在基坑邊上走大型車輛以及相互交叉作業(yè),尤其是履帶式機(jī)械,這樣能減少鋼板樁背后土層的擾動(dòng)次數(shù)。從已經(jīng)施工完的基坑中總結(jié)得出,采取防護(hù)措施能非常有效的控制鋼板樁變形、漏灰、突水等不利現(xiàn)象發(fā)生。

[1] 陳應(yīng)思.某深基坑工程設(shè)計(jì)及信息化管理[J].山西建筑,2008,34(14):84-85.