海域大型鋼板樁圍堰基坑開挖實踐

鄧 前 鋒

(上海市基礎工程集團有限公司，上海 200002)

1 概述

1.1 工程概況

三門核電一期工程排水口結構采用雙層鋼板樁內填芯土的圍堰型式，圍堰形成后在內側施工水泥土攪拌樁，形成圍堰基坑的基本圍護體系，然后進行基坑開挖，施工排水口底板及扶壁擋墻。排水口呈喇叭口狀，出口段寬67 m，末端寬171 m，整個圍堰東西向長168 m，中心線周長約535.4 m。從排水箱涵端口至喇叭口縱向延長152 m。

圍堰形式為雙排鋼板樁內填芯土筑成。鋼板樁采用拉森WRU26型，圍堰寬度為10 m，周長535.4 m。外排鋼板樁頂標高為+6.0 m，最大樁長28.5 m；內排鋼板樁頂標高為+3.0 m，最大樁長為25.5 m。鋼拉桿采用φ40 mm Q345圓鋼對拉，間距2.6 m，圍檁采用32b型槽鋼雙拼。圍堰內側采用格柵型水泥土攪拌樁作為基坑圍護，寬度4 m～9 m。

1.2 施工工藝流程

基坑開挖由海域向岸側分段進行基坑開挖，擬將基坑開挖分為五段，由東向西平均約24 m～36 m為一段(以兩段扶壁擋墻長度為界)。為減少坑底的暴露時間，每段先開挖扶壁擋墻位置的土方，同步施工扶壁擋墻結構部分，然后由扶壁擋墻位置向基坑中央推進開挖，同步進行底板結構施工(見圖1)。

1.3 環(huán)境條件

1)地質情況。

排水口西側為基巖區(qū)，向東逐步過渡到海域，海域地貌為海涂灘地，灘地表面地形較為平坦，平均高程在-0.5 m～-1.0 m左右，退潮時露出水面。

施工涉及到的地層主要為：

①-3流泥，厚度3.5 m～6.3 m，強度低，壓縮性高，該層土遍布圍堰區(qū)域。

②淤泥，厚度7.85 m～17.3 m，強度低，壓縮性高，該層土遍布圍堰區(qū)域。

③粘土，厚度0.9 m～14.0 m，強度較低，壓縮性較高，該層土分布于圍堰北側、東側靠北1/3區(qū)域。

2)水文條件。

該海域的平均高潮位為2.41 m，平均低潮位為-1.86 m，最高高潮位為4.1 m。主導風向NW出現(xiàn)頻率18.8%，次主導風向SE出現(xiàn)頻率15.4%。水流速度：V=5 m/s。

本海域每天2次高低潮，每月2次大潮汛。平均高潮位為2.41 m，5%高潮位4.59 m，平均低潮位為-1.86 m，平均潮差4.25 m。受主導風向影響，本海域涌浪較大。

2 圍堰基坑開挖重難點及變形

2.1 圍堰基坑開挖重難點

1)基坑局部位置薄弱。圍堰南側部分整體南高北低，巖面傾向基坑內側，對基坑開挖不利。

2)圍堰變形影響因素大。本基坑呈喇叭口狀，岸側低海側高。圍堰基坑部分已變形，對變形控制要求高，開挖難度大。

3)現(xiàn)場作業(yè)條件差。鋼板樁圍堰形成后，進場道路只能先利用沿海邊的臨時道路，從北側連接墻處通過，該處為基坑內表層土①-4流泥層，承載力較低(35 kPa)。

本基坑三面環(huán)海，長度方向上從岸側向海域延伸超過150 m。基坑的北側面主要受海浪的沖刷和掏蝕；東側段為迎浪面，受海浪的沖擊較大；南側段為背浪面，受海浪影響較小。

2.2 圍堰變形

通過數(shù)值模擬分析及現(xiàn)場統(tǒng)計，圍堰變形主要包括以下幾方面：

1)圍堰鋼板樁之間的回填芯土開挖時產(chǎn)生土體沉降達54 cm，可能導致圍堰滲漏。

2)圍堰整體產(chǎn)生向基坑內的變形，在由東向西的開挖過程中，北、東、南側的鋼板樁變形逐漸增大，最大達到105 cm。

3)在一段扶壁擋墻基礎開挖好后，該段對應扶壁擋墻向坑內變形量最大；再進行下一段土方開挖時，前段扶壁擋墻的變形也會增加，但增加速率逐漸減小。

4)圍堰每邊最大變形的位置均位于中部，兩端位移很小。雙排鋼板樁圍堰變形具有明顯的三維空間效應。針對長邊中點區(qū)域，應重點加強結構的整體性。

5)影響鋼板變形的水文條件中，波浪力影響最大，其次為動水流力，最后為靜水流力。在海域施工，圍堰基坑開挖宜避開漲潮和大風浪天氣，在落潮和小潮汛期間下進行施工。

3 基坑開挖流程

由海域向岸側、由兩邊向中間進行基坑開挖。為減少坑底的暴露時間，基坑應分層分段開挖[1]，擬將基坑開挖分為五段，平均每段在30 m左右，以扶壁擋墻為界。每段開挖完成后，首先開挖扶壁擋墻，然后向中間開挖排水口底板。其中最后一段的北側扶壁擋墻位置為基坑施工的臨時通道，該段扶壁擋墻需待基坑內其他所有結構完成后才能施工。

在每段開挖時分區(qū)開挖，按30 m～40 m為一個區(qū)域。由于挖土厚度較大，開挖時分層開挖，按3 m～4 m為一層，基坑開挖順序如圖2所示。

4 實施效果

基坑開挖施工階段最大的變形位置在圍堰的中段，下面就以南側中段的監(jiān)測數(shù)據(jù)來歸結實施的效果。

圍堰南側中段區(qū)域的S5扶壁擋墻相對圍堰的位置以及對應的深攪樁擋土墻內測斜孔CX2-6的位置情況如圖3所示。S4～S7區(qū)域鋼板樁處均設置了錨索及嵌巖樁。

由測斜孔位移變形可見，采用了錨索以及嵌巖樁鎖腳的擋土墻位移變化很小，待扶壁擋墻上部結構施工完成后，墻頂最大變形小于4 mm。S5扶壁擋墻結構完成后對S6進行開挖，開挖至坑底時，擋土墻變形略有增加，最大變形如圖4所示接近10 mm；而S6扶壁擋墻施工期間，擋土墻的變形基本保持穩(wěn)定，甚至略有減少，在后續(xù)幾個月中基本保持不變。

從測斜孔不同深度的變形情況來看，最大變形位置位于測斜孔頂部(如圖5所示)。在基巖層以上，擋土墻的位移隨深度增大略有減小。參考地質勘察報告上ZK59(距離CX2-6測斜孔約20 m)的剖面圖，該鉆孔顯示在基巖層上均為軟弱土。由于測斜孔進入基巖后可認為底端為固定點，因此整個擋土墻在基巖層以上為主要變形區(qū)，且其變形沿深度近似線性變化。

5 結語

本文對海域工況軟弱土地質條件下大型雙排鋼板樁圍堰的基坑開挖從以下幾個方面進行總結：

1)海域雙排鋼板樁圍堰，主要影響因素是水流荷載的作用，隨著水位的增大，鋼板樁的變形也隨之增大。在高潮及大風浪荷載作用下外側鋼板樁的變形最大。在海域施工，受潮漲潮落因素影響，建議在落潮和低水位下進行施工。2)圍堰的變形具有整體的三維空間和時空效應。采用分段分層開挖方式，對已施工好的區(qū)域及時回填，能有效的減緩和控制圍堰的變形。3)尤其受地層變化的影響較大，要針對局部或個別位置設計專項應對技術措施。4)由于海域鋼板樁圍堰體型較大，在施工過程中應對圍堰進行全方位、全過程監(jiān)測；及時獲取圍堰變形數(shù)據(jù)，與理論進行對比分析，及時采取相應措施。