復雜條件下大型拱座深基坑咬合樁支護技術研究

邢俊平　黃業圣

摘要：文章依托工程實例，介紹了復雜地質條件下臨江側深基坑咬合支護樁施工工藝。該工藝采用咬合止水帷幕樁支護配合鋼結構內支撐作為基坑施工的支撐結構，兼具支護與止水雙重功能，能提供良好的坑內施工作業環境，提高臨江側大規模深基坑施工的安全性及可操作性，可為類似工程提供參考。

關鍵詞：深基坑施工;臨江拱座基礎;咬合樁支護

中圖分類號：U443.13A281054

0 引言

在城市地鐵或鄰近建筑物進行深基坑施工時，往往由于受到場地限制[1]，以及考慮臨建已存建筑物對地基沉降的敏感性，通常采用咬合樁結合內支撐的支護形式，作用在咬合樁上的水土壓力可由內支撐有效傳遞和平衡，其構造簡單，受力明確。支撐材料選用型鋼或者鋼筋混凝土，其剛度大、整體性好、布置靈活，應用較為廣泛[2]。咬合樁支護結構工程兼具支護與止水雙重功能，能提供良好的坑內施工作業環境[3]。鋼管混凝土拱橋拱座基礎臨近河道，臨近河道地下水系復雜，同時受河道水位影響，基坑采用傳統放坡開挖工藝不能滿足施工要求。鑒于咬合樁支護結構的優點，可將咬合樁支護結構體系推廣應用于臨近河道拱橋基礎施工中，本文依托實際工程對該技術在施工中遇到的具體技術難題和處理措施進行相關總結。

1 工程概況

沙尾左江特大橋為跨徑360 m的中承式鋼管混凝土提籃拱橋，全橋長968.5 m，跨徑組合為（9×40+360+6×40） m，建成時為世界最大跨徑的公路鋼管混凝土提籃拱橋。主橋兩岸拱座基礎均為分離式擴大基礎，左右幅拱座長寬高尺寸均為（33.0×15.7×8.5 ） m，中間不設連系梁。北拱座距離左江岸約15 m，基坑自原地面總開挖平均深度為18.5 m。本文以北岸拱座基礎施工為背景，研究總結咬合樁支護結構體系在臨河拱座基礎結構施工中的應用。

北岸拱座處地表多為耕植土，接著為黏土，含約20%的粉細砂，厚度為12.00～17.50 m。下伏層為中風化灰巖，中厚層狀構造，巖質硬，節理裂隙較發育，方解石脈穿插，隙面具鐵質渲染，巖體較完整。同時，橋位區附近未見崩塌、滑坡等不良地質，也未見巖溶塌陷坑、溶蝕漏斗、落水洞等。

2 基坑施工

2.1 施工方案

擴大基礎總體施工方案采用“支護樁+止水樁+內支撐”支護的結構形式[4]。支護樁、止水樁和冠梁、腰梁為混凝土結構，咬合樁內支撐為鋼結構。相關結構參數如表1所示，結構剖面示意圖如圖1所示。

2.2 施工工藝

清表完成后，施工平臺用C20混凝土進行硬化。四周設置截水溝，水溝過水斷面尺寸為30 cm×50 cm，溝身采用磚砌，墻身內外側和底部用砂漿抹面。同時根據實際需要，施工平臺設置1%的排水縱坡及橫坡。

采用GPS將樁位進行放樣，樁中心采用十字護樁進行定位，護樁采用木制樁，樁頂釘鋼釘，高度為80 cm，埋入地下45 cm，用砂漿或素混凝土保護。嚴格按照要求采用跳孔施作工藝，且開孔施工結束后24 h內必須完成灌注，未能及時灌注的孔口必須做好安全防護。成孔后按照程序進行驗收，做好隱蔽工程原始資料的收集、整理，并留底。

為保證咬合樁施工質量，鋼筋籠下放前必須完成清孔作業，清孔完成后采用吊錘進行沉渣測厚。要求澆筑前孔底沉渣厚度≤5 cm，否則應吊起鋼筋籠，采用旋挖鉆機進行再次清孔。

鋼筋籠必須采用二氧化碳保護焊接進行接長，嚴禁采用電焊，焊接接長完成后必須進行焊縫質量驗收。

采用拔球法進行樁身混凝土澆筑施工，如果孔內有無法排干的積水，需采用水下樁基礎施工相同的混凝土灌注施工工藝。

破樁頭施工完畢并完成樁頂標高復核后，進入冠梁施工。立模澆筑冠梁墊層，保證冠梁模板底部平齊。墊層施工完畢后，進入冠梁鋼筋安裝施工。鋼筋安裝施工過程中注意安裝預埋件。

冠梁模板拆除后，修整施工平臺，開挖基坑第一層土方至第一層腰梁底標高以下10 cm。為提高施工效率，采用300型以上挖掘機進行出土施工。

第一層土石方開挖完成后，進入腰梁與支護樁連結筋安裝施工。依據設計圖紙進行打孔植筋，植筋施工應滿足下列要求：（1）植筋前采用風壓機清孔;（2）孔內注滿植筋膠;（3）鋼筋植入深度≥25 cm;（4）植筋抗拔力>30 kN。植筋施工完畢后，進入腰梁鋼筋、預埋件及模板安裝施工。

腰梁完成模板拆除后，鑿開支護樁外側混凝土，露出支護樁鋼筋骨架，并將吊筋與骨架焊接在一起。吊筋焊接完成并通過驗收后，采用水泥砂漿修補。同步安裝鋼結構內支撐。

冠梁及腰梁內支撐安裝到位后，采用長臂挖掘機挖除上層土體，單次挖除高度控制在3.0～3.5 m。若開挖至巖石部位采取淺孔爆破的方法，炮孔孔徑為 50 mm。為確保爆破不損壞周邊的咬合樁，在周邊預留1.5 m的保護層待爆破完畢后用機械鑿除。采用吊車配合吊斗將石方運出基坑，運出基坑后的石方及時轉運至棄土場。

整體施工工藝步驟如圖2所示。

3 施工模擬及監測

3.1 施工模擬

結合實際地質勘探情況，采用Midas GTS NX2018有限元計算軟件，模擬地層為黏土層、中風化巖層，咬合樁止水帷幕支護為混凝土結構，咬合樁內支撐為鋼結構。

模型采用六面體單元劃分網格，并采用布撒種子線的方式進行網格的尺寸及質量控制。模型中黏土層和中風化巖層采用“摩爾-庫侖”模型進行模擬[5-6]，咬合樁混凝土結構與鋼結構內支撐采用“彈性”模型進行模擬。參照地勘報告中給出的各層物理力學指標，模型中結構的具體參數如表2所示，模型示意圖如圖3所示。

在基坑內設置集水坑和大型抽水機，達到可隨時抽水施工條件，故將土體均視為排水條件進行分析。模型中黏性土和中風化巖所采用的“摩爾-庫侖”模型，其模型參數中泊松比、容重、孔隙率、內摩擦角、粘聚力可直接從地勘報告中獲取參考值。

根據深基坑土石方開挖以及內支撐安裝施工過程最不利工況，確定模型的三個計算工況。

工況一：初始應力場分析（分析咬合樁周邊土體的應力狀態，僅施加重力荷載）。

工況二：位移清零（模擬土體開挖后，模型在初始應力條件下的位移歸零，只保留初始應力狀態，類似打開地應力平衡功能）。

工況三：在取消原設計底層腰梁及內支撐后，土石方開挖至基坑設計底標高。

經過軟件計算分析后，結果顯示取消底層腰梁及內支撐后結構整體依然滿足施工需求。

3.2 監控結果與分析

在施工過程中，對右幅基坑的支護結構內支撐進行了內力監測，在左幅基坑的短邊中心和長邊中心的樁頂布置了兩個位移監控點[7]。結合軟件計算結果得到了整個施工周期過程中支護結構內支撐軸力變化值及樁頂的實測位移變化值曲線圖，如圖4～5所示。

由圖4可知，5月13日在右幅基坑開挖至腰梁下方2 m后，第二層基坑中央內支撐現場實測最大軸力為2 339.6 kN。實測值與計算值基本吻合。

由圖5可知，6月3日，左幅基坑進行第一次控制爆破施工后，支護樁失去巖層支護，長邊及短邊位移增量變大，曲線變陡。長邊實測值與計算值基本吻合，但因基坑挖深超深，導致位移進一步增加。此外，基坑短邊受車輛移動荷載及水流影響，監測位移波動較大，在今后設計計算時應注意考慮其影響。

4 施工關鍵點

為防止鉆孔樁施工時由于相鄰兩樁施工距離太近或間隔時間太短，造成塌孔，采取旋挖鉆機分批跳孔施作，具體如圖6所示。相鄰樁施工必須在混凝土終凝后方可進行，防止因施工時間過早而鄰樁混凝土尚未終凝，使鉆孔可能發生的“管涌”現象。

內支撐各構件加工完成后，安裝施工前進行現場預拼裝試驗。將內支撐擺放到位后，應進行水平度檢測，保證內支撐安裝準確性及提高咬合樁內支撐的有效性。

在基坑底部適宜位置設置集水井，同時安裝大功率抽水泵進行集中抽水。

開挖至基礎底面標高時，采用鋼釬撬動松散巖塊，后采用高壓水槍沖洗基坑底部，將基坑底部表層雜質集中清理。

5 結語

（1）咬合樁施工過程中單批開孔數量不宜過多，避免長時間無法澆筑導致孔壁坍塌。鉆進速度不得過快，尤其是施工支護樁過程中要注意控制鉆速。施鉆過程中注意提鉆檢查，提前發現偏孔，及時糾偏。

（2）注意鋼筋籠接樁施工過程監督，做好鋼筋籠節段編號及標記，避免選擇錯誤的鋼筋籠節段。

（3）注意焊接定位筋的數量及質量，確保支護樁混凝土保護層厚度。

（4）注意支護樁鋼筋籠運輸及存放，保證鋼筋籠質量。

（5）咬合樁腰梁植筋施工要嚴格按照方案實施，避免植入鋼筋失效。

（6）策劃咬合樁深基坑石方施工方案時，根據地質情況可以考慮采用控制爆破開挖施工。

（7）內支撐設計時需注意內支撐的層高及間距，方便機械進入坑內進行清理和出渣作業。

參考文獻

[1]李 鵬.深基坑圍護中鉆孔咬合樁方案的選用與施工技術[J].浙江建筑，2005，22（2）：25-28.

[2]石偉國，邵正俊.鄰近地鐵的深基坑咬合樁結合內支撐支護體系施工及監測[J].建筑技術，2013，44（5）：430-434.

[3]韓永剛.復雜地下環境深基坑圍護結構咬合樁施工技術[J].安徽建筑，2016，23（2）：134-136.

[4]羅積勝.地鐵車站咬合樁圍護結構設計計算方法及其應用研究[D].成都：西南交通大學，2009.

[5]葛俊穎.橋梁工程軟件 midas Civil 使用指南[M].北京：人民交通出版社，2013.

[6]馬思齊，趙 引，楊 倩，等.基于摩爾——庫侖模型軟土地基力學參數的敏感性分析[J].能源與環保，2017（4）：117-121.

[7]李永勝.深基坑監測[J].科技與創新，2014（4）：64-65.

作者簡介：

邢俊平（1973—），高級工程師，主要從事橋梁與道路技術研究和施工管理;

黃業圣（1985—），高級工程師，主要從事橋梁與道路技術研究和施工管理。