重粘土地質(zhì)深基坑鋼板樁圍堰施工技術(shù)

陳士忠

重粘土地質(zhì)深基坑鋼板樁圍堰施工技術(shù)

陳士忠

近年來(lái)，公路、鐵路、城市道路、航道和碼頭等交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施得到了迅速發(fā)展，深水基礎(chǔ)或深基坑承臺(tái)等被大范圍采用，由于鋼板樁圍堰綠色環(huán)保、施工簡(jiǎn)單、工期短、費(fèi)用低、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，受到了大范圍推廣應(yīng)用。

目前對(duì)于特殊土體如重粘土層，鋼板樁插打方式尚無(wú)太多經(jīng)驗(yàn)，本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，探討重粘土地質(zhì)深基坑鋼板樁圍堰施工工藝、應(yīng)用效果和發(fā)展前景，為下一步類(lèi)似工程提供參考。

一、工程概況

萬(wàn)年閘大橋地處棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)境內(nèi)，跨越京杭大運(yùn)河，橋梁全長(zhǎng)922米，主橋采用61.5＋91.5＋50m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。主橋28#墩承臺(tái)埋深14.8米，29#墩承臺(tái)埋深10.7米。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，28#、29#承臺(tái)基坑開(kāi)挖均采用鋼板樁圍堰支護(hù)施工方案。

二、工程地質(zhì)條件

萬(wàn)年閘大橋28#墩、29#墩地質(zhì)情況為粘土、粉質(zhì)粘土、粘土混砂礫石及少量的中細(xì)砂或中粗砂，其下伏基巖為上元古界震旦系石灰?guī)r夾石英砂及砂巖、頁(yè)巖，局部有輝綠巖侵入體，粘土層基本承載力/摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為180/50（kpa）。

三、鋼板樁圍堰施工技術(shù)

1.工藝概況

鋼板樁圍堰施工的特點(diǎn)決定了在不同地點(diǎn)、不同地質(zhì)和水文條件下鋼板樁的插打方式、支護(hù)方式、圍護(hù)效果要求也不盡相同。總體來(lái)說(shuō)鋼板樁圍堰施工分為三大步驟，第一步是在指定地點(diǎn)選擇合適的鋼板樁按照既定的高程完成樁體插打任務(wù)；第二步是進(jìn)行基坑開(kāi)挖和圍囹體系施工；第三步是完工后鋼板樁和圍囹體系的拆除。第二步和第三步主要根據(jù)材料性能指標(biāo)、水位高程、土體種類(lèi)、結(jié)構(gòu)物形狀及高程確定圍囹體系構(gòu)造和內(nèi)支撐材料規(guī)格型號(hào)選擇，該部分需要經(jīng)過(guò)力學(xué)計(jì)算確定。第一步驟主要是根據(jù)地質(zhì)資料和外部環(huán)境要求選擇插打方法，該步驟是鋼板樁圍堰能否順利實(shí)施的關(guān)鍵。

2.工藝流程

本項(xiàng)目承臺(tái)深基坑開(kāi)挖采用拉森Ⅳ鋼板樁支護(hù)，28#承臺(tái)的鋼板樁圍護(hù)范圍為12.9m×9.4m，29#承臺(tái)的鋼板樁圍護(hù)范圍為11.7m×8.5m，鋼板樁距承臺(tái)邊沿1m。本方案以28#墩為例說(shuō)明，29#墩參照?qǐng)?zhí)行。

具體施工工藝流程：在插打鋼板樁前首先對(duì)28#墩處場(chǎng)地上層3米素填土進(jìn)行挖除、整平，→測(cè)量定位→導(dǎo)向樁制作→插打鋼板樁→挖掘機(jī)挖至第一道支撐下0.4米→第一道支撐安裝→長(zhǎng)臂挖掘機(jī)挖至第二道支撐下0.4米第二道支撐安裝→長(zhǎng)臂挖掘機(jī)挖至第三道→安裝第三道支撐→長(zhǎng)臂挖掘機(jī)挖至第四道支撐下0.4米→安裝第四道支撐→挖至承臺(tái)底以下1.0米→澆筑1.0m厚C25封底混凝土→拆除第四道支撐內(nèi)部斜撐（邊框保留）→承臺(tái)施工完畢→回填土至第四道支撐并夯實(shí)→拆除第四道支撐→回填土至承臺(tái)頂標(biāo)高處并夯實(shí)→墩柱施工→逐層回填土至支撐下0.4米并夯實(shí)、逐層拆除內(nèi)支撐→拔樁、撤場(chǎng)→恢復(fù)原地面。

3.施工準(zhǔn)備

（1）鋼板樁的選用

本工程選用拉森Ⅳ型鋼板樁，寬40cm，重76kg/m，根據(jù)本工程地質(zhì)情況，經(jīng)力學(xué)檢算，采用樁長(zhǎng)為18米的鋼板樁。

（2）試打鋼板樁

鋼板樁的施工機(jī)具按照打入方式的不同分為以下幾種：一是沖擊打入機(jī)械，錘擊沉樁時(shí)需要設(shè)樁帽；二是振動(dòng)打入機(jī)械，可用于打樁，也可用于拔樁，如振動(dòng)打拔樁錘；三是振動(dòng)沖擊打樁機(jī)械，在振動(dòng)打樁機(jī)的機(jī)體與夾具間設(shè)置沖擊機(jī)構(gòu)，在振動(dòng)打樁機(jī)產(chǎn)生上下振動(dòng)的同時(shí)，產(chǎn)生沖擊力，使施工效率大大提高；四是靜力壓入機(jī)械，依靠靜力將鋼板樁壓入土中，如液壓壓樁機(jī)、鋼索卷?yè)P(yáng)機(jī)壓樁機(jī)。

本項(xiàng)目采用目前應(yīng)用比較廣泛的振動(dòng)錘打入方式，采用80t履帶吊車(chē)配合DZ150型振動(dòng)錘進(jìn)行鋼板樁插打，在插打鋼板樁前需設(shè)定位樁及定位橫梁，定位樁采用鋼管樁，四角布置，內(nèi)外側(cè)共8根。定位橫梁采用I50a型鋼，將施工區(qū)域控制點(diǎn)標(biāo)明并經(jīng)過(guò)復(fù)核無(wú)誤后進(jìn)行鋼板樁試打。

從試打鋼板樁施工記錄可以看出，28#墩挖出3米素土后，進(jìn)行鋼板樁試打28分鐘進(jìn)尺1.8米，繼續(xù)試打36分鐘進(jìn)尺0.2米，再行試打60分鐘進(jìn)尺0.4米；29#墩第一次試打26分鐘進(jìn)尺6.8米，繼續(xù)試打40分鐘，無(wú)進(jìn)尺，且鋼板樁震動(dòng)較大，呈現(xiàn)彎曲狀態(tài)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼板樁試打情況，實(shí)際鋼板樁打設(shè)過(guò)程中非常困難。為進(jìn)一步判斷28#、29#墩地質(zhì)情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)取樣土工試驗(yàn)，由土工試驗(yàn)報(bào)告可以看出， 28#墩處4.8~6.26米處塑性指數(shù)IP=26.4，標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)N=16，為硬塑重粘土，6.8~15.6米塑性指數(shù)IP=26.8，標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)N=19，為硬塑重粘土。29#墩處4.8~6.8米塑性指數(shù)IP=23，標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)N=15，為堅(jiān)硬粘土，6.8~10.8米塑性指數(shù)IP=26.2，標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)N=18，為堅(jiān)硬重粘土，10.8~16.8米塑性指數(shù)IP=26.1，標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)N=19，為堅(jiān)硬重粘土。

（3）方案調(diào)整

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土工試驗(yàn)報(bào)告及鋼板樁試打情況可以看出，重粘土粘粒含量大于60%、塑性指數(shù)IP>25、標(biāo)貫擊數(shù)N>16的重粘土土層，由于土體粘度太大入土鋼板樁受到的粘性摩阻力大，鋼板樁插打比較困難，不能滿(mǎn)足施工需求，必須采用輔助設(shè)施減少土體摩阻，目前采用的方式有高壓射水和機(jī)械鉆孔方式。高壓射水施工方案主要適合砂性土，而重粘土地質(zhì)鋼板樁圍堰施工鮮見(jiàn)高壓射水成功施工案例。

經(jīng)論證后決定采用螺旋鉆機(jī)引孔后再插打拉森鋼板樁圍堰施工方式。采用KLB6—25B型長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行引孔，鉆孔深度根據(jù)鋼板樁試打情況，確定鉆至距鋼板樁底部3m，即保證鋼板樁底部3m范圍內(nèi)原土不得被擾動(dòng)。

4.施工要點(diǎn)

為保證引孔時(shí)孔內(nèi)的粘土全部被帶出，鉆孔時(shí)保證相鄰兩鉆孔之間不宜串通，相鄰兩孔間的凈距控制在10~20cm，每成孔一根需將孔口周?chē)馏w用挖掘機(jī)清理干凈。考慮螺旋鉆機(jī)和履帶式起重機(jī)同步協(xié)調(diào)作業(yè)，引孔時(shí)先完成基坑一側(cè)引孔工作，待該側(cè)鋼板樁插打完成后，再進(jìn)行基坑相鄰側(cè)引孔工作。

插打過(guò)程中，加強(qiáng)測(cè)量工作，發(fā)現(xiàn)傾斜，及時(shí)調(diào)整，為保證插樁順利合攏，要求樁身垂直，并且圍堰周邊的鋼板數(shù)要均分。插打過(guò)程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調(diào)整合攏”的施工要點(diǎn)。

插打鋼板樁要充分采取止水措施，以防鋼板樁圍堰大量漏水。合攏段，到剩下最后一部分時(shí)，要先插后打，若合攏有誤，用倒鏈或滑車(chē)組對(duì)拉，使之合攏。合攏后，再逐根打到設(shè)計(jì)深度。

已插入的鋼板樁，傾斜度≤5‰，每組鋼板樁插入正確位置偏差≤±15mm，鋼板樁靠近內(nèi)導(dǎo)向架的距離不大于20mm。

基坑的開(kāi)挖和支撐施工順序如下：采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)開(kāi)挖基坑，開(kāi)挖到每層支撐面以下0.4m后，安裝好支撐后，方可繼續(xù)開(kāi)挖施工下一層支撐。挖掘到設(shè)計(jì)標(biāo)高以后進(jìn)行封底混凝土澆筑，厚度為1.0m，混凝土頂面標(biāo)高四周應(yīng)稍低于設(shè)計(jì)標(biāo)高，作為鋼板樁滲水排水溝用，保持承臺(tái)范圍干燥，方便樁頭鑿除和樁檢。封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆除第四道圍囹內(nèi)支撐的內(nèi)部斜撐（邊框保留），進(jìn)行承臺(tái)施工。

鋼板樁拔除采用振動(dòng)錘，作業(yè)前對(duì)每個(gè)板樁的打入情況作詳細(xì)調(diào)查，以此判斷拔樁作業(yè)的難易程度；在內(nèi)支撐全部拆除、回填土完成后，進(jìn)行鋼板樁的拔除。

在插打鋼板樁前在圍堰四周一定距離和老橋橋墩處設(shè)置沉降觀測(cè)樁和位移觀測(cè)樁，避免圍堰偏位對(duì)鄰近橋基礎(chǔ)產(chǎn)生影響。若位移和沉降速率超出規(guī)定時(shí)必須停止施工，加大觀測(cè)密度，同時(shí)根據(jù)具體情況制定相應(yīng)措施。

四、應(yīng)用效果

28#、29#深基坑鋼板樁采用螺旋鉆機(jī)輔助引孔施工技術(shù)大大加快了硬質(zhì)重粘土地質(zhì)鋼板樁圍堰的施工進(jìn)度，施工周期104天，共打入18米鋼板樁236根重約324t，鋼板樁施工費(fèi)用合計(jì)156萬(wàn)元，螺旋鉆施工費(fèi)用合計(jì)25.2萬(wàn)元。若采用咬合樁方案共需1.2米咬合樁76棵合計(jì)樁長(zhǎng)1368米，咬合樁施工費(fèi)用約410萬(wàn)元，其施工周期也會(huì)大大延長(zhǎng)。從實(shí)際施工效果看，鋼板樁圍堰施工周期短，費(fèi)用低，可重復(fù)利用，綠色環(huán)保，經(jīng)濟(jì)效果十分明顯。

五、結(jié)語(yǔ)

1.此次鋼板樁圍堰施工成功拓展了鋼板樁在深基坑中的使用空間，解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下鋼板樁插打困難、施工效率低下等問(wèn)題，節(jié)省了大量的時(shí)間、成本，也提高了工作效率和效益。

2.螺旋鉆機(jī)輔助引孔施工技術(shù)大大加快了硬質(zhì)重粘土地質(zhì)鋼板樁圍堰的施工進(jìn)度，為以后類(lèi)似工程提供了一種新的施工方法。

（作者單位：棗莊市公路管理局）