超厚卵石地層深基坑鋼板樁支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

陶伊洛，鞏 寧，王宏剛，江地軍，季珍珍

（中交三公局華中建設(shè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

1.1 工程實(shí)例概況

項(xiàng)目為內(nèi)蒙古自治區(qū)某污水處理廠二期蓄水池工程，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸為長(zhǎng)42.50 m×寬21.00 m，采用600 mm厚C30 鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，400 mm 厚C30 剪力墻結(jié)構(gòu)，底板標(biāo)高-9.20 m。構(gòu)筑物四周為污水處理廠一期建筑物，距離較近，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制小，周邊建筑物沉降要求嚴(yán)格。距離河道25 m，場(chǎng)區(qū)地層主要為圓礫卵石，基坑內(nèi)卵石地層厚度在9～11 m，此地質(zhì)的滲透性大，汛期水位上升，地下水位約-4 m。

1.2 地質(zhì)水文

①雜填土雜色，松散狀，粉土為主層厚0.40～2.50 m。②圓礫稍密，粒徑20～30 mm 部分粒徑大于50 mm，層厚2～3 m。③1細(xì)砂稍密層厚1.00～1.90 m。④圓礫30～50 mm，部分粒徑大于100 mm，層厚8～9 m。⑤粉質(zhì)粘土雜色硬塑。土層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 土層參數(shù)表

2 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比選

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)方案選型

2.1.1 SWM工法樁

SMW工法樁通常以多軸攪拌機(jī)在地層中從上而下鉆進(jìn)，從下而上反復(fù)噴射水泥并攪拌成型，在各施工單元之間采取重疊搭接施工，并在水泥土樁未產(chǎn)生強(qiáng)度前插入H型鋼等剛性增強(qiáng)材料，形成無(wú)接縫的、完整的地下墻體。這種工法樁具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，基本無(wú)開(kāi)挖，不產(chǎn)生泥漿，同時(shí)型鋼可以回收利用。但SWM工法樁主要適用于12 m以內(nèi)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，且適用于淤泥質(zhì)土、淤泥、黏土等土質(zhì)較軟地層，故大多應(yīng)用在中國(guó)東南沿海地區(qū)的軟土基坑圍護(hù)，而在卵石地層特別是超厚卵石地區(qū)多輥軸機(jī)械作業(yè)困難，H型鋼不容易插入到位，造價(jià)高不太適用。

2.1.2 AB咬合樁

AB咬合樁是樁與樁之間相互咬合形成的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，素混凝土樁與鋼筋混凝土樁間隔排列。先施工素混凝土樁，后施工鋼筋混凝土樁，通過(guò)鋼筋混凝土樁和塑性止水樁混合而成相互咬合形成止水圍護(hù)結(jié)構(gòu)，AB咬合樁具有成樁質(zhì)量高、防水性能好、地層適用性強(qiáng)。適應(yīng)卵石土地層，但使用機(jī)械設(shè)備重體積大、需要操作空間大、場(chǎng)地開(kāi)闊；AB樁施工時(shí)泥漿坑等場(chǎng)地占用面積大、施工周期長(zhǎng)、工藝繁瑣，質(zhì)量控制要求高，同時(shí)工程造價(jià)高，特別是主體結(jié)構(gòu)施工周期短的工程經(jīng)濟(jì)性不適用。

2.1.3 鋼板樁

鋼板樁支護(hù)作為一種常見(jiàn)的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，在深基坑支護(hù)工程中應(yīng)用廣泛。鋼板樁是種帶有鎖口功能的一種型鋼，形式有直板形、槽形等，拉森鋼板樁通過(guò)打樁機(jī)錘擊、靜壓、振動(dòng)等方式將鋼板樁插入地層構(gòu)成一道連鎖的板墻。具有施工簡(jiǎn)便、工期短、止水水密性好、不產(chǎn)生泥漿綠色環(huán)保、可以回收和反復(fù)使用整體施工造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。通常在雜填土層、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂層、礫石土等地層適用廣泛，在卵石地層特別是超厚卵石地層中插打比較困難，項(xiàng)目通過(guò)結(jié)合螺旋鉆機(jī)引孔工藝和振動(dòng)沉樁創(chuàng)新技術(shù)優(yōu)化鋼板樁施工工序來(lái)應(yīng)對(duì)在超厚卵石地層打設(shè)困難的問(wèn)題，在深基坑支護(hù)技術(shù)的適用性、經(jīng)濟(jì)性效果很好。

3 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)：采用鋼板樁為拉森鋼板樁Ⅳ型，樁長(zhǎng)15 m、單樁寬400 mm、厚170 mm、嵌固深度6.50 m。支護(hù)基坑為46.50 m×25.10 m，基坑深9.50 m。設(shè)兩道錨固拉索，分別在-3.25 m設(shè)第一道錨索，在-6.55 m設(shè)第二道錨索。圍檁設(shè)計(jì)為2根300C工字鋼上下平行焊接穿墊板和錨索。封底采用300 mm厚C20混凝土。降水采用基坑外深井降水，井深20 m、平均間距10 m，降水井設(shè)計(jì)16眼。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 鋼板樁布置圖

3.2 深基坑設(shè)計(jì)計(jì)算

截面驗(yàn)算σnei=2.40（MPa）＜f=215.00（MPa）滿足；基坑外側(cè)抗彎驗(yàn)算（不考慮軸力）σwai=56.02（MPa）＜f=215.00（MPa）滿足；基坑內(nèi)側(cè)抗彎驗(yàn)算（不考慮軸力）整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.89＞1.30，滿足規(guī)范要求；抗傾覆（踢腳破壞）穩(wěn)定性驗(yàn)算：最小安全Kt=5.72≥1.20，滿足規(guī)范抗傾覆要求；抗隆起驗(yàn)算Ks=3.17 ≥1.60，抗隆起穩(wěn)定性滿足；嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力驗(yàn)算Ps=305.78≤Ep=1 674.31，土反力滿足要求。

4 深基坑支護(hù)施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

4.1.1 測(cè)量定位

定樁位按順序標(biāo)明鋼板樁的具體樁位兩側(cè)打入20 mm×20 mm×500 mm的木樁或者短鋼筋作為軸線控制樁，以便隨時(shí)恢復(fù)中線位置。

4.1.2 鋼板樁的選用與檢驗(yàn)

鋼板樁選用拉森鋼板樁Ⅳ型，規(guī)格為PU400×170，長(zhǎng)度為15 m。鋼板樁進(jìn)行外觀檢驗(yàn)并測(cè)量其實(shí)際斷面厚度。對(duì)鋼板樁母材的化學(xué)成分及機(jī)械性能進(jìn)行復(fù)核。檢測(cè)相關(guān)參數(shù)，包括鋼材的化學(xué)成分，彎曲參數(shù)、構(gòu)件的拉伸，止水性能等內(nèi)容。

4.2 引孔施工

螺旋鉆機(jī)引孔配備大扭矩動(dòng)力頭，動(dòng)力頭帶動(dòng)螺旋鉆桿鉆頭快速干式鉆進(jìn)成孔，在超厚卵石地層中預(yù)先攪動(dòng)卵石及破巖處理。引孔采用Φ600鉆機(jī)鉆孔，每3根鋼板樁引兩眼孔，引孔深度為設(shè)計(jì)高程。首根樁施工時(shí)，下進(jìn)尺不可太快勻速慢進(jìn)，熟悉地層對(duì)鉆機(jī)的影響情況，確定螺旋鉆在該地層條件下的施工參數(shù)，然后進(jìn)行連續(xù)跳孔引孔施工，每完成1 個(gè)鉆孔后回填粘土，可每連續(xù)跳孔完成鉆孔10 個(gè)為一個(gè)施工段后施工鋼板樁。如遇孤石應(yīng)上下反復(fù)鉆動(dòng)土體，底部移動(dòng)卵石顆粒。

4.3 導(dǎo)架安裝

用振動(dòng)錘兩端各打入2 根定位鋼板樁，焊接牛腿安裝導(dǎo)架，導(dǎo)架采用28槽鋼，長(zhǎng)度9 m，采用定位儀器控制和調(diào)整導(dǎo)梁的橫向、縱向位置。

4.4 鋼板樁施打

先用打樁機(jī)夾住鋼板樁頂部，用液壓鉗配合振動(dòng)錘對(duì)好鎖口，調(diào)整好垂直度及方向，振動(dòng)插入。在打樁進(jìn)行方向的鋼板樁鎖口處設(shè)定位卡板防止鎖口中心平面偏移。用經(jīng)緯儀在兩個(gè)方向監(jiān)控好鋼板樁雙向垂直度，每根打入至設(shè)計(jì)標(biāo)高。首片鋼板樁插打完成后，再向兩邊對(duì)稱插打其他鋼板樁，插打過(guò)程嚴(yán)格遵守插樁正直、偏斜即糾。在鋼板樁插打過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量樁的斜度，當(dāng)偏斜過(guò)大不能用拉正方法調(diào)整時(shí)，拔出重新打入。

4.5 深基坑降水

4.5.1 坑外截水溝

在基坑開(kāi)挖前，沿基坑上口1 m 范圍設(shè)截水溝，以攔截場(chǎng)外雨水，并及時(shí)把水排掉，經(jīng)沉淀并集中排放。截水溝做法為素土夯實(shí)、碎石墊層厚100 mm、溝底厚200 mm、溝身厚200 mmM7.5 砂漿砌體明溝，溝頂做成0.50%內(nèi)坡，溝內(nèi)側(cè)厚30 mm1∶2水泥砂漿抹光；場(chǎng)地排水溝外圍應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)地封閉。

4.5.2 深井降水

地下水降水設(shè)計(jì)：井深20 m、平均間距10 m，降水井設(shè)計(jì)16 眼，通過(guò)水泵φ50PE 支管匯集到DN200×6 鋼管集中排放。水泵采用QS-40-30/2-5.5 設(shè)置30 臺(tái)其中14 臺(tái)備用。為防止基坑涌水，配備雙電源，現(xiàn)場(chǎng)租賃一臺(tái)100 kW發(fā)電機(jī)作為切換電源。在降水二級(jí)配電箱內(nèi)安裝雙電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換。密切觀測(cè)水位，特殊情況采用大水泵抽水，防止基坑灌水事故。

4.6 深基坑土方開(kāi)挖

深基坑開(kāi)挖以機(jī)械作業(yè)為主，采用260履帶式反鏟挖掘機(jī)配1 臺(tái)加長(zhǎng)臂挖掘機(jī)裝20 T 自卸汽車運(yùn)輸，距建基面300 mm輔以人工清槽。土方開(kāi)挖遵循“開(kāi)槽支撐，先撐后挖，分層開(kāi)挖，嚴(yán)禁超挖”的原則。由于錨索孔位于地表下3.25 m，鋼板樁位置土方開(kāi)挖至地表下3.50 m位置時(shí)暫停土方開(kāi)挖，同時(shí)平整場(chǎng)地，并留有足夠施工空間，待錨索施工的全部工序完成后繼續(xù)開(kāi)挖第二層-7 m，第二道錨索完成后開(kāi)挖第三層至-9.50 m。

4.7 錨索施工

鉆孔直徑150 mm，錨索采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，單根強(qiáng)度為1 220 MPa。用純水泥漿注漿，水泥漿固結(jié)體強(qiáng)度不低于20 MPa。注漿為二次壓力注漿，終止注漿的壓力不小于2 MPa。選用42.5級(jí)水泥，水灰比為0.50～0.55。注漿量應(yīng)達(dá)到理論注漿量的1.2～1.5倍，并及時(shí)補(bǔ)漿。上下兩排30C工字鋼圍檁用連接滿焊焊板進(jìn)行連接，連接焊板尺寸400x1000xRGu4B+0 310，間距為2 m。當(dāng)孔內(nèi)水泥漿體強(qiáng)度達(dá)到20 MPa或達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)方可張拉，錨索張拉分為三個(gè)階次進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目針對(duì)超厚砂卵石地層鋼板樁插打困難問(wèn)題，采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)引孔工藝加振動(dòng)打設(shè)鋼板樁技術(shù)，有效保證了插打速度及精度。通過(guò)在臨河域超厚卵石地層深基坑工程實(shí)踐證明使用鋼板樁支護(hù)方案技術(shù)上可行且能大幅度縮短工期、降低施工成本，社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益顯著。