拉森鋼板樁圍堰在緊鄰繁忙公路橋梁深基坑中的應用

盧 健

(中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162)

新建石家莊至濟南高速鐵路客運專線自石家莊站引出向東經衡水、滄州、德州，抵達濟南市，全長298 km。建成之后，將連接起京廣高鐵、京滬高鐵，預示著中國“四縱四橫”高速鐵路網正式閉合。屆時從太原到青島北由原來的11 h 40 min縮短到5 h。

衡景特大橋是石濟客專重要控制性工程，跨榕華北大街處為32#墩、33#墩，橋梁基礎為16根直徑1.5 m的摩擦樁。下承臺尺寸橫向、順橋向均為14.6 m,高3.5 m；上承臺尺寸橫向11.2 m，順橋向9.6 m，高3 m。兩個墩距離既有榕花北大街較近，考慮到施工安全及施工期間不影響既有公路的正常運行，基坑施工采用鋼板樁圍堰的施工工藝；其中32#墩基坑開挖深度9.7 m，防護外邊界距非機動車邊界最近距離2.4 m，33#墩基坑開挖深度7.4 m，防護外邊界距人行道6.6 m。

因基坑開挖深度較大，且坑壁、坑底滲水量大，承臺施工經反復討論最終采用拉森鋼板樁圍堰支護，圍堰尺寸為16.8 m×16.8 m，32#墩基坑較深，圍堰采用15 m長拉森IV型鋼板樁，圍堰內設置三道支撐支護;33#墩圍堰采用12 m長鋼板樁，內設兩道支撐。該文以32#基坑為例。鋼板樁型號為：日本拉森IV-4型，單根鋼板樁長為15 m，鋼板樁插打時頂標高為19.9 m，32#承臺底標高為9.637 m。為了保證足夠安全施工空間，鋼板樁圍堰比承臺四周擴大1.1 m。內支撐安裝時采用基坑內泥土邊開挖邊支護，每道支撐安裝時泥土超挖深度控制在不超過0.5 m，支撐安裝完畢后，開挖至基坑底標高，開始澆筑混凝土墊層、基坑排水、破樁頭、承臺鋼筋及混凝土施工。

1 鋼板樁圍堰設計

鋼板樁型號選擇應根據工程所在地場地特點、地質水文條件、工程概況、施工方法等進行全面綜合考慮。選定鋼板樁后，根據工程所在地地質水文情況及基坑大小深度特點，制定專項方案，方案中應包含鋼板樁選型、圍堰結構受力計算、具體施工組織計劃安排、勞動力投入情況、安全質量保證措施等內容。專項方案中的結構受力計算應包括鋼板樁圍護結構計算、整體穩定性計算、抗傾覆穩定性計算、地面抗隆起計算、鋼板樁嵌固深度計算、嵌固段圍堰內側土反力計算等，必須確保各項計算指標均滿足規范要求且留有一定安全度，施工方案編制完成后要按照程序進行審批，超過5 m深基坑屬于超規模危大工程，除制定專項方案以外，施工單位還需組織專家進行方案論證，施工時嚴格按照專項方案進行施工，建設單位牽頭組織條件驗收。

北方地區通常選用拉森Ⅳ型400 mm×155 mm鋼板樁，鋼板樁的長度要根據基坑基礎深度、土質情況、周圍建筑物情況、地下水等來綜合確定，單位重76.1 kg/m。

鋼板樁插打設備選取非常重要，應在方案中明確，按打樁方式可分為：沖擊、振動、振動沖擊、靜力等。鋼板樁打樁機功率一般在45 kW以上。

2 鋼板樁圍堰施工

采用提前選定規格型號的打樁機在橋墩設計承臺位置四周外擴0.8～1.5 m打插鋼板樁，打樁機依次將對口的拉森樁震動打壓入土。承臺四周外擴的目的是為鋼板樁圍堰橫撐圍檁及承臺鋼筋模板施工時留夠安全操作空間。

2.1 施工前的準備工作

1)將圍堰位置測量放線后提前清理場地,清除表面建筑垃圾，避免在鋼板樁插打時遇到障礙物。

2)鋼板樁檢驗：鋼板樁運至施工現場前提前核實與方案中選定的規格型號是否一致，進場后使用前要對鋼板樁外觀、鎖口等進行檢測檢驗，保證投入施工中的鋼板樁符合要求。對變形輕微的鋼板樁進行校正后做鎖口通過性檢查。對于變形嚴重、存在裂紋、鎖口封死等情況嚴重的鋼板樁應剔除不用做退場處理。

3)振動錘檢查：插打施工前要對振錘進行專項檢查，主要檢查線路是否完好、油管有無破損漏油現象、夾板牙齒是否磨損嚴重、試打時有無脫夾現象等。插打前要對振錘進行測試，符合要求后才可投入使用。

4)清理鋼板樁鎖口，涂抹黃油，可以減少鎖口間的摩擦防止鋼板樁圍堰的滲漏。

5)施工前應充分勘探地形，探明地下管線，對施工范圍內地下管線及構筑物遷改至施工界外，并進行標識。施工過程中安排專人盯控，確保鋼板樁施工不破壞地上地下障礙物。

2.2 鋼板樁圍堰的插打

1)測量放線：根據設計承臺位置坐標加上承臺外擴距離計算出圍堰四角坐標，利用全站儀或GPS進行圍堰定位，利用竹竿彩旗標記圍堰四角位置，地上撒出圍堰四邊白灰線，若位于水中，可先打四角定位樁，放線繩通過定位樁拉出四邊位置。

2)安裝導向裝置：首先在原狀地面下挖0.3～0.5 m深度，開始安裝第一道支撐及圈梁,第一道圈梁可作為鋼板樁插打時的導向裝置防止鋼板樁傾斜或錯位。

3)精準插打第一片鋼板樁能夠起到定位引領作用，可防止后續鋼板樁跑偏，確保每一片鋼板樁插打準確。在圈梁上用紅色噴漆標出鋼板樁邊線，在圈梁上焊接鋼桁架作為鋼板樁導行使用(如圖1)，導向裝置上下邊應有限位器。插打施工時，樁背緊靠導向桁架，注意振錘油管與鋼板樁間距，首樁插打垂直度最關鍵，用全站儀或采用兩臺經緯儀在兩個方向控制打樁垂直度。首樁插打合格后，以首樁為參考基準，向兩側依次均勻對稱插打鋼板樁直至封口合攏。合攏時若不是正好閉環可增加鋼板樁投入，確保封閉成穩定結構。

4)打樁時先利用鋼板樁和振錘的重量自重下插，自重下沉至一定階段進尺緩慢或停止時開始振動下沉。

5)插打施工時要保證樁身垂直，一旦有偏差及時糾正，待調整后再入鎖口，至設計位置，立即與導向桁架焊接牢固。

2.3 圍堰合龍

鋼板樁由四周邊線中點向四角合龍。臨近合龍時要測量剩余距離，距離除以每片鋼板樁寬度可得出所需鋼板樁根數。合龍部位鋼板樁可不等高，也可通過轉動振錘調整鋼板樁插打受力位置將合龍處鋼板樁打平，合龍處鋼板樁往往鎖口不牢，有時可通過外側打雙樁來補強。

2.4 鋼板樁插打過程中遇到的問題及應對措施

1)插打過程打入阻力突然變大，可能遇上孤石或其它障礙物，暫時停止插打該樁，通過增加轉角樁、折線轉、弧線樁來避開障礙物。

2)軟土或淤泥質地基插打鋼板樁，遇有障礙物或不明石塊時鋼板樁易發生偏斜時通過反復插拔振動壓入保證鋼板樁垂直度。

3)當鋼板樁累計誤差較大，發生傾斜時，可采用定制的異形樁內外增加補強樁進行糾偏。

2.5 基坑開挖及墊層施工

當基坑深度超過4 m時，采用長臂挖掘機進行開挖。土方開挖應先降水后開挖，降水和開挖時應做好基坑及周圍地基變形監測，應分層分區連續對稱開挖。

鋼板樁圍堰施工完成后，進行第一層基坑開挖，挖至首層支撐以下0.5～0.8 m，安裝第一道圍檁，以此類推開挖第二層土方、安裝第二道支撐、開挖第三層土方、安裝第三道支撐、清除樁頭土方、開挖剩余土方。封底混凝土盡量采用泵送一次澆筑成型。待墊層混凝土強度達到要求后，進行承臺施工。為防止超挖，最后0.3 m土方采用人工開挖并隨時測量墊層底高程，基坑底要預留集水井，及時將基坑內水排出。

承臺基坑開挖完畢后，根據地質條件對圍堰底部進行封底混凝土灌注，封底混凝土厚度及標號不低于設計要求，墊層混凝土應連續澆筑一次成型。邊澆筑邊測量墊層頂標高，防止墊層高程誤差超出設計及規范要求。混凝土澆筑完成后，若基坑位于水中應安排專業人員水下檢查混凝土澆筑質量，不足部位進行補充。

封底時必須做到不留死角，尤其是圍堰內鋼板樁凹槽、樁頭周圈必須嚴格檢查，一旦出現“噴泉”現象要及時采取堵漏措施，避免漏水口擴大。

2.6 鋼板樁圍堰圍囹支撐施工

鋼板樁圍堰圍囹、斜支撐應根據基坑大小深度，鋼板樁深度等條件確定。一般采用H500×200型鋼梁或40B雙拼工字鋼，正、反牛腿采用[28b雙拼槽鋼。內支撐采用500×200H型鋼。

2.7 圍堰內止水及排水

當鎖口不緊密漏水時，用棉絮、土工布等在內側縫隙處嵌塞，圍堰外側包裹上防水彩條布。

位于水中的鋼板樁圍堰在抽水過程中要對圍堰進行變形監測并加強鋼板樁連接處的止水堵漏措施。發現有較大滲水處時停止抽水，堵漏后方可繼續抽水。

2.8 鋼板樁拔除及樁孔處理

拔樁前首先拆除基坑內圍檁及支撐，邊拆支撐邊回填基坑，待圍檁及支撐全部拆除并完成基坑回填后方可拔樁，利用振錘產生的振動力，破壞周圍土體之間的粘聚力，夾具夾緊鋼板樁，吊車起鉤將樁拔出。

在緊鄰公路及鐵路的基坑，在鋼板樁拔除時應提前配置水泥漿水玻璃雙漿液。邊拔樁邊注漿，同時做好基坑周邊土基的沉降或隆起變形檢測，盡可能將拔樁對地基的影響降至最低。對于周圍沒有建筑物或構筑物的基坑，拔樁后留下的樁孔，也可采用中粗砂灌水回填。

3 基坑監測

為驗證鋼板樁圍堰臨時支護結構設計安全性，確保基坑開挖和支護結構施工過程安全進行，最大限度降低鋼板樁圍堰施工對周圍地形地基及地上地下建筑物造成的影響，施工過程中進行基坑變形監測非常關鍵。監測內容主要包括：圍堰位移監測、地下水位監測、基坑周邊建筑物、道路及地表變形監測等。

首先進行基準點、觀測點布置，基準點一般設置在基坑外穩定位置，往往設置在旁邊緊鄰承臺頂。觀測點根據需要確定觀測點布置位置及個數，既能滿足測試需要又減少工作量。

監測工作要設專人負責，根據不同工況設置觀測頻率、觀測精度、預警值，遇有特殊情況要啟動應急預案。每一階段觀測完成應形成書面檢測報告。

監測報告應包括：工程概況、監測項目名稱、檢測日期、檢測人復核人、各測點布置圖、采用儀器和監測方法、監測數據處理方法、監測期間的工況、監測成果的過程曲線、檢測數據發展變化情況評述、監測結果及評價等。

4 結 論

石濟客專衡景特大橋緊鄰公路深基坑順利施工完成且未對既有繁忙公路地基造成沉降或隆起變形，拉森鋼板樁圍堰作為基坑臨時圍護結構不僅滿足強度、剛度、穩定性要求，同時具有安全可靠、防水性能好、成本較低、施工速度快、可周轉利用、工藝簡單等顯著優點。采用鋼板樁圍堰代替永久結構混凝土圍護樁可大大節約施工成本，減少混凝土使用，起到保護環境的目的，在緊鄰繁忙公路、鐵路或其他地區深基坑可均可推廣應用。