鋼板樁與旋噴樁組合支護在廣州市荔灣區西郊水閘、泵站重建工程深基坑開挖中的應用

鄭漢森

(福建省水利水電工程局有限公司 泉州 362000)

1 工程概況

廣州市荔灣區西郊水閘、泵站重建工程位于廣州市荔灣區西郊大坦沙島。工程主要建筑物為Ⅰ等1級，地震設防裂度為7度。設計防洪標準為200年一遇，排澇標準為20年一遇，24小時暴雨1天排干不成災。主要建筑物包括水閘、泵站、管理房、廠內綠化景觀及道路等。

水閘、泵站基坑平面為長方形，面積為508.69m2(長30.1m，寬16.9m)，開挖最大深度為9.29m(高程4.00～－5.29m)。基礎均采用φ550水泥攪拌樁，間距1.2m×1.2m(部分間距為1.5m×1.5m)。

2 工程地質和工程水文條件

根據鉆孔揭露，泵站、閘址地基的地層詳見比較有代表性的孔位ZK3鉆孔柱狀圖。

工程地點位于廣州市珠三角洲，屬南方豐水地區，受徑流、潮汐共同影響，地下水的主要補給來源為河水，地下水潛水面隨漲退潮而升降。施工地段為河床，且地下水位較高，并與下游側的珠江有一定的水力聯系，基坑開挖過程中，極易產生地下水的突涌和基坑管涌等不良現象。工程所在地氣候屬亞熱帶季風性氣候，雨量集中充沛，集中于4～9月。

ZK3鉆孔柱狀圖

3 問題的提出

公司按照設計邊坡1∶1進行基坑土方第一層(高程為4.0～1.0m)開挖后，發現左岸公路路基下沉并開裂，裂縫寬度最大達到15cm，周邊民房也多處出現墻體裂縫，公司立即停止開挖并在坡腳處施打兩排鋼板樁，另外采取削坡卸載的措施后，周邊建筑物處于穩定狀態。

現場開挖出來的土質情況與地質資料基本相符。為進一步探明高程1.0m以下的地質和地下水狀況，公司在基坑的不同位置用挖掘機小面積開挖了兩個坑洞進行勘探，深度為2m，發現該地層為含淤泥質、流動性較大的粉細砂層，坑底土隆起，底面不斷有水泡冒出，為流砂、管涌。如果繼續放坡開挖，無法保證邊坡及周邊建筑物的安全和穩定。而且左右岸均無放坡位置，左岸道路及整排民房，還有右岸的高壓線電桿全部都要拆遷，費用大、工期緊、征地工作相當困難。加上汛期在即，工期又不能拖延，建設單位要求在原征地紅線圖范圍內采取有效支護方式確保按期完成水閘、泵站全部施工任務。

4 基坑支護方案的選擇

基坑支護設計的實質是變形控制設計，目的是控制基坑開挖影響范圍內邊坡土體的變形。另外還要考慮基坑地下水位高，采取有效的止水措施對周邊土體地下水進行封閉以利地下工程的施工。支護方案選擇的原則是技術上合理、可行，經濟上可接受，工期上能滿足要求。

據以往經驗，基坑支護通常采用灌注樁、深層水泥攪拌樁、地下連續墻、板樁等支護形式，由于深層水泥攪拌樁不適用于粉細砂層，灌注樁、地下連續墻施工期較長，均不予以考慮。

本基坑支護方案在綜合考慮了各種因素后，選用鋼板樁和高壓旋噴樁進行聯合支護。根據廣州市水利水電勘測設計研究院設計的西郊水閘、泵站基坑支護施工圖，基坑四周均采用高壓旋噴樁進行封閉式止水，基坑左右岸支護采用鋼板樁，上下游側止水旋噴樁兼作擋土結構。具體設計支護結構如下:

a.鋼板樁采用拉森Ⅳ型，長度12m(高程1.0～－11.0m)，在鋼板樁上采用φ600×12(Q235)鋼管支撐，腰梁用HM309×300×10×16型鋼。

b.基坑四周旋噴樁樁長均為22m(高程1.0～－21.0m)，樁徑600mm，水灰比為1∶1，單行密排，樁間距450mm，相鄰樁間搭接咬合150mm。水泥均采用P.O32.5R普通硅酸鹽水泥。

該方案具有施工速度快、安全性高、造價合理的特點，經過專家組的論證評審認為是可行的。

5 鋼板樁及鋼結構內支撐的施工

根據工程進度計劃安排，從支護到水下工程完成只有30天時間，為了給鋼筋混凝土底板騰出施工時間來，公司只能用7天時間來進行基坑支護，鋼板樁施工時間為4天。

5.1 鋼板樁的施工

鋼板樁用挖掘機帶振動錘(60kW)施打，采用“單獨打入法”，從板樁墻的一角開始逐根打入，直至打樁工程結束。鋼板樁的垂直度偏差不得大于0.5%，樁頂標高允許誤差為±100mm。對銹蝕嚴重的鋼板樁，應整修矯正。為便于基礎施工，在地下結構邊緣以外留有寬為2m的支、拆模操作面。

5.2 型鋼腰梁、支撐的施工

鋼板樁施打完成后，在基坑兩側支護墻上定出圍檁軸線及高程，施焊圍檁短向水平支撐，安裝一道連續的工字鋼圍檁并焊接牢固，圍檁與支護墻間的空隙處用混凝土填充。圍檁完成后，沿水流方向每隔5.0～7.0m進行左右岸對撐鋼管施工(共4根)，鋼管端頭設置厚度8mm的鋼板作封頭端板，端板與支撐桿件滿焊。吊裝采用50t履帶吊進行吊裝，鋼結構運輸均采用汽車運輸。

5.3 鋼板樁、型鋼腰梁、支撐的拆除

在底板鋼筋混凝土完成、墻體上升到一定高程并回填土后，即可進行型鋼腰梁、支撐、鋼板樁拆除工作，仍然采用50t履帶吊吊住鋼構件，用氣割進行拆除，最后用振動錘將鋼板樁逐根拔起，拔樁時邊拔邊灌砂。拔樁軸線允許偏差為±100mm。

6 單管旋噴樁的施工

開挖面底高程1.0m以下采用單管高壓旋噴樁，樁長為22m(高程1.0～－21.0m)，樁距調整為0.40m，樁共240根，實際總共成樁5280m。工期為7天。施工設計參數如下:

?噴漿壓力:不小于20MPa;

? 水灰比:1∶1;

?噴嘴輸漿量:50L/min(單嘴噴);

?提升速度:不大于10cm/min;

?垂直度偏差:不大于1/100;

? 滲透參數不大于1×10－6cm/s。

6.1 單管高壓旋噴樁施工

本工程高壓旋噴樁擬采用四臺SH—30型地質鉆機，分別配置一臺SYB—50/50I型高壓泥漿泵。旋噴樁采用單孔跳孔施工，施工過程如下:

先進行人工平整場地，挖好排水溝、集水井。鉆機就位后調整樁機的平整度，使鉆頭垂直對準設計樁位，確保樁徑的準確及成樁的垂直度。啟動電機，使之鉆進到設計深度，并控制好鉆孔偏斜率。

高壓噴射注漿的主要材料為P.O 32.5R普通硅酸鹽水泥，用量250kg/m，根據需要加入適量的速凝劑等外加劑。噴射注漿由下而上，注漿管分段提升的搭接長度不得小于100mm。

6.2 高壓旋噴注漿施工結束后的質量檢查

根據上下游側基坑開挖出露的樁體檢查，高壓旋噴注漿漿樁的平面位置，墻體垂直度、連續性、均勻性和搭接長度均符合設計要求。進行鉆孔取芯、壓水試驗，強度、透水性均符合YSJ 210—92的規定。

7 深基坑開挖施工

基坑開挖最深處底高程為－5.29m。本工程土方開挖量約為6000m3，土方開挖工期為5天。

全斷面法開挖，采用超長前臂PC—320反鏟挖掘機一次性開挖到底，基礎開挖自上而下進行，可利用回填土體在基坑外、征地線范圍內做暫時堆放，余土由15t自卸汽車運至堆放點。開挖前利用ZL—50裝載機裝運人工雜填土層的磚塊、碎石進行路面硬化處理，并做好基坑外的截水溝，將表面徑流水引向基坑外，防止地面的雨水流入基坑內，基坑排水利用水泵將集水井中的滲水抽排。施工過程中隨時觀測邊坡情況，遇到埋于地下的各種管、線，及時采取了保護處理措施。

8 深基坑監測成果分析

為了基坑工程施工的安全，必須對基坑工程全過程進行系統監測。在施工過程中，隨時掌握基坑圍護結構的位移、沉降、受力水平及周圍建筑物的動態(沉降或傾斜)，以科學數據為依據，做到信息指導施工，防患于未然。本工程基坑監測由廣東省地震工程勘測中心承擔，基坑施工監測成果如下:

a.基坑水平位移觀測5個水平位移標志，監測結果水平位移最大值為26.3mm，累計位移量最大值為52.6mm，P5點(鋼板樁端頭)位移量略超出設計報警值4mm/天和40mm，其余各點均未超出報警值。

b.基坑頂部沉降觀測5個沉降點，監測結果樁頂沉降最大沉降速率為－1.15mm/天，累計沉降量最大值為－11.15mm，各點均未超出設計報警值3mm/天和25mm。

c.基坑周邊沉降觀測20個沉降點，監測結果周邊沉降最大沉降速率為－2.37mm/天，累計沉降量最大值－21.01mm，各點均未超出設計報警值 3mm/天和25mm。

d.基坑測斜4個傾斜方向，監測結果基坑最大位移速率為3.2mm/天，累計位移量最大值為25.1mm，各點均未超出設計報警值4mm/天和40mm。

e.水位觀測3個孔，監測結果最大變化速率為－0.33m/天，累計變化量最大值為－1.32m，各點均未超出設計報警值0.5m/天和1.5m。

監測結果表明，支護樁的水平位移量及沉降量基本上在監控指標范圍內，基坑周邊的建筑物下沉量較小，地下水位以及傾斜率始終未變，基坑及周邊環境處于相對安全、穩定狀態。說明支護體系的設計是成功的，施工是順利的。

9 施工中應注意的問題和采取的措施

a.盡管12m鋼板樁打下去，樁底仍處于含淤泥質的粉細砂層當中，本工程中利用已施工完成并達到強度的主體結構φ550水泥攪拌樁基礎來提高被動區的土壓力。在軟土地區可考慮對基坑底沿鋼板樁周邊用水泥攪拌樁或注漿進行被動區加固，以提高被動區的抗力，減少支護結構的變形。

b.本工程中鋼板樁內支撐只在樁頂位置設置一層鋼管支撐(共4根)，在開挖過程中視開挖情況內支撐可以在不同的高度增設幾層。內支撐可在基坑開挖至標高，跟著逐根加設焊接，以確保基坑的安全。

c.旋噴樁應在鋼板樁施工之后方可進行，以防止鋼板樁施工時旋噴樁結構遭到破壞。本工程中由于地層復雜，對旋噴樁間距進行了加密，樁距由0.45m調整為0.40m，確保樁間咬合良好，形成止水帷幕。根據需要還可采用雙排樁錯位排列，可增加支護能力和止水效果。

d.基坑的開挖、回填應連續、緊湊，基坑開挖后不宜長時間暴露，應及時進行水下工程的施工。本工程中從基坑開挖完成到鋼筋混凝土底板澆筑只用了5天時間，因此，金結、機電設備、電氣、水機、土壓計、滲壓計等預埋要及時，準備工作要充分。

e.基坑開挖前做好邊坡平臺的硬化和坡角處的排水溝，防止地表水流入基坑內或滲入土體造成地面下沉開裂。本工程在施工期間有一處邊坡平臺因暴雨積水，土體含水量增大，地面出現下沉開裂，公司及時采取了用砂袋回填并用彩條布進行遮蓋的措施以加強表面排水。

f.本工程土方機械開挖受水平鋼管支撐(共4根)的影響，采用一次性全斷面開挖的方法，造成個別點基坑水平位移值略超出報警值的情況，經采取加固措施后得以消除。對直立的邊坡，施工中必須控制開挖面的長度與深度，盡量分層分段開挖并支護。

g.基坑開挖后鋼板樁側壁出現兩三處滲漏水，均用袋裝混凝土進行了封堵，水量大的用插管導流。若基坑地下水量大，可考慮采用井點深層降水等措施，以滿足基礎施工對降水排水的要求。

10 結語

a.在鋼板樁與旋噴樁聯合支護施工中，采取了調整鋼板樁和旋噴樁的施工順序、加密旋噴樁咬合間距等綜合技術措施。整個施工過程中經歷過多場暴雨的考驗，基坑整體支護工況完好，確保了水下工程施工順利進行，達到了預期的支護效果。

b.鋼板樁施工簡單而應用廣泛。但鋼板樁的施工以及在地下工程施工結束后拔出時，可能會引起相鄰地基的變形和產生噪聲振動，因此在人口密集、建筑密度很大的地區，其使用常常會受到限制。而且鋼板樁本身柔性較大，如支撐或錨拉系統設置不當，其變形會很大，所以當基坑支護深度大于7m時，不宜采用。

c.鋼板樁與旋噴樁聯合支護方式對地質條件差、含水層水量豐富且存在流砂、管涌現象的深基坑開挖工程具有實用性，在趕工期以及搶險工程中適用，同時在沿海地區水下工程和地下室工程中同樣適用。但畢竟造價較高，在選擇時要慎重考慮。

1 中華人民共和國建設部，等.建筑地基基礎設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

2 中華人民共和國建設部.建筑地基處理技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

3 中華人民共和國建設部，等.建筑基坑支護技術規程［S］.北京:中國建筑工業出版社，1999.

4 中華人民共和國建設部.鋼結構設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2003.

5 中華人民共和國建設部.鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2001.