排樁圍堰在深基坑支護中的應用

盧治國

(湖南路橋建設集團公司,湖南長沙 410004)

1 工程概況

湖南某跨河大橋主墩10號墩承臺設計尺寸為10.2m×10.2m×4.0m,承臺頂標高為23.0m,底標高19.0 m。墩位處于河灘之上,地面標高平均為27.0m,承臺底低于地面8.0m,開挖深度＞9m,覆蓋層由上向下依次為填筑土、淤泥質亞粘土、較為松散卵石、強風化粉砂質板巖。主墩樁基為9Φ150 cm群樁,采用沖擊鉆成孔。

施工單位在圖紙會審中希望提高承臺標高,避免深基坑施工以降低造價、加快進度,但各方考慮水流沖刷、通航要求等因素,維持原設計。屬典型的深埋低樁承臺,需進行深基坑支護。

2 方案提出

深基坑工程在國外稱為“深開挖工程”(Deep Excavation),是一種特殊的工程構筑物,它具有復雜性、可變性、臨時性、高風險的特點,支護是深基坑工程中的核心問題之一。經過理論探索與工程實踐的篩選,現已形成了多種適合于不同地質條件和基坑深度的經濟合理的支護結構體系。通常支護形式分為加固型和支擋型支護兩大類,常見類型如圖1。

其中排樁支護(又稱護壁樁)通常用于坑深7～15m的基坑工程,通過連排灌注樁方式在基坑四周形成排樁擋墻,頂部澆筑混凝土圈梁,必要時頂部進行鋼筋混凝土或鋼管支撐,它具有剛度大、抗彎能力強、變形相對較小,施工時無振動、噪音小,無擠土現象,對周圍環境影響小等特點。當承臺工程樁也為灌注樁時,可以同步施工,從而有利于施工組織、工期短。當開挖影響深度內地下水位高且存在強透水層時,可采取與高壓旋噴組合施工措施以解決滲水問題。

圖1 深基坑支護類型

針對本工程具體特點,工位處于河灘筑島上,淤泥質亞粘土厚,卵石層滲水較多,開挖深度大,有較大施工難度,經綜合比較分析,最終確定采取“排樁支護+高壓旋噴止水”組合方案進行深基坑施工,以確保承臺基坑開挖、鋼筋安裝、裝模、混凝土澆注等工序順利進行。

3 排樁支護施工方案

3.1 施工平臺填筑

護壁樁施工前須將場地進行平整,考慮到10號墩地面標高(標高為27.0m)較低,為安全渡汛,取外運土方將整個施工場地進行填高,并筑島壓實,平均填筑標高達到28.5 m,填筑面積為25m×35m。

3.2 排樁設計

根據地質勘察資料,在承臺開挖以后,護壁樁需承受將近8～9m高的主動土側壓力,護壁樁嵌入巖層后,要求樁身剛度較大,抗彎能力強。護壁樁結構設計如下:樁徑1.20 m,沿承臺周圍間距1.80m布置,如圖2。每墩承臺施工共設計護壁樁46根,護壁樁距承臺邊線1.2 m,護壁樁混凝土設計標號選用C30,10號墩護壁樁設計樁頂標高27.0m,樁底標高10.0 m,樁長17.0 m,嵌入巖層約8m;護壁樁孔內安放鋼筋籠,以加強護壁樁承受的土側壓力及抗彎能力。同時將所有護壁樁利用圈梁連接在一起,形成一個大體積的混凝土剛體圍堰。基坑開挖時及時觀測樁頂位移變形,如有必要,可在圈梁上設置鋼筋混凝土或鋼管支撐。

3.3 護壁樁施工

因工期要求緊,10號墩左右幅兩個承臺同步施工,護壁樁距承臺邊線1.2m。測量放線后,每墩各安排3臺沖擊鉆機分3個斷面按同一方向跳孔鉆進。每個孔成孔后即刻安放樁基鋼筋籠,然后進行水下混凝土的澆注,具體施工方法同鉆孔樁施工工藝,不再贅述。護壁樁鋼筋籠在加工車間制作,然后轉運到現場安放;護壁樁混凝土按水下混凝土澆注的施工工藝進行施工,以確保混凝土澆注質量。其工藝流程為:復測孔深和沉渣厚度→吊放鋼筋籠并固定→搭設灌注支架和平臺→清孔及檢查沉渣厚度→安裝水下混凝土導管→進行混凝土的澆注。

3.4 圈梁施工方案

為了加強護壁樁抵抗承受的四周土側壓力,樁頂設置寬1.4m、高1.2m的圈梁,圈梁頂標高與樁頂標高齊平,圈梁混凝土設計標號為C30。施工時,圈梁鋼筋與護壁樁鋼筋籠連接在一起,圈梁混凝土與1.2m高樁頭一起澆注,將承臺周圍護壁樁串連接成一整體,以加強護壁樁的整體抗彎能力。同時在兩個承臺之間設置圈梁將左右幅護壁樁連在一起,作為對兩邊護壁樁支撐骨架,起到抵抗土側壓力的作用。

圖2 排樁+高壓旋噴深基坑支護施工方案圖(單位:cm)

4 高壓旋噴止水帷幕施工

為了確保承臺基坑的順利開挖,有效達到封水、止水的效果,特擬定采用旋噴樁的施工方案。旋噴樁設計孔徑Φ80 cm,樁底低于承臺底1 m并嵌入巖層0.50 cm,在每相鄰護壁樁之間布置一根,根據護壁樁的排列進行布置,并與護壁樁進行緊密接合。

4.1 高壓旋噴樁設計要求

高壓旋噴樁帷幕部位砂層和黏土層滲透系數為K≤1×10-7cm/s,樁體無側限抗壓強度取3MPa。設備鉆機采用型號:XPZ-50,高壓泵型號:ZJB-30。

4.2 施工工藝流程

鉆機就位→鉆孔到設計高程→封堵垂向噴嘴→攪漿→由下向上旋噴作業到設計樁頂→沖洗鉆桿→鉆機移位。

4.3 施工順序

先打3根試樁,了解施工工藝及旋噴效果,確定施工參數。再進行旋噴樁的施工,為確保樁與樁之間能很好地咬合,宜采用打一跳一法。

4.4 施工參數選擇

①泵壓:20 MPa;②噴嘴直徑及數量:2.3mm×1～2.4 mm×1;③流量:37～40 L/min;④鉆桿升速:黏性土30 cm/min,砂性土15 cm/min;⑤鉆桿轉速:黏性土30 r/m in,砂性土15 r/min;⑥水灰比:1.1～1.2。

5 結語

護壁樁、高壓旋噴樁和圈梁施工完后,即著手進行承臺基坑的開挖。在基坑土方開挖之前,進行詳細的施工準備工作,在開挖施工過程中采取人工開挖和機械開挖相配合進行,加強排樁護壁樁頂位移與變形監測。開挖施工中,盡管有高壓懸噴樁的封水,但依然存在一定的滲水。根據工程地質和地下水文情況,采取集水坑排水法,使基坑開挖和施工達到無水狀態,并澆注50 cm厚封底混凝土以保證施工順利進行。

通過實踐,“排樁+高壓旋噴”組合支護方式的應用,有效解決了復雜地質條件下深埋低樁承臺施工的難題,可在同類型橋梁和其他建筑物深基坑工程施工中進一步使用和總結推廣。

[1]劉布陽.高壓旋噴樁在橋梁深基坑支護中的應用[J].資源環境與工程,2006(6):59-61.

[2]馮博慧.淺談深基坑支護結構的類型及選型[J].山東建材,2006(4):61-62.

[3]原孔雀.淺談深基坑支護的結構類型與設計[J].山西建筑,2006(8):73-74.