土-巖復合地層嵌巖鋼板樁施工方案研究

張林，孫高峰，鮑雨高，嚴周為，尚金行

（1.安徽水安建設集團股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.合肥工業大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009）

1 引言

合肥市西二環快速化改造工程對緩解區域交通壓力、完善快速路網的建設和服務新西站具有重要意義。工程南起長江西路，北至清源路以北海亮蘭郡西門，長約5.1km，包含清溪路立交、北二環-北二環立交節點。工程建設主體主要包含道路、橋梁、給排水（給水、排水）、管線綜合、道路綠化、電氣照明及供配電和交通標志標線。對基坑處的土體現場勘探表明，地層可根據性質特征主要劃分為4 個巖土層，自上至下分別是填土（Qml）、粉質黏土、黏土和砂巖。本工程中基坑開挖范圍為5～6m，屬于深基坑工程。對于深基坑，考慮到未施工時若遇到降水，選用的支護結構要能夠擋土和防水，鋼板樁滿足這一要求。同時鋼板樁的施工工序簡單、建設費用較低、耐久性良好、使用壽命一般長達到20 年左右，而且鋼板樁作為一種綠色環保材料，強度高、互換性良好，可重復使用3～5 次，大量減少了對混凝土和土方的消耗，還可以防止流砂發生[1]。因此本工程在原地下水管改造過程中采用鋼板樁進行基坑支護，如圖1所示。

圖1 管道開挖支護圖

由于基坑地層巖石埋深淺，鋼板樁需要嵌入巖層來保護基坑穩定，因此鋼板樁嵌巖難度和風險較大。首先巖層較淺地基土含有不透水的黏土層，導致打樁的摩擦阻力較大，直接插打困難、進度慢。為解決這一難題，本工程采用小直徑的旋挖鉆機引孔施工，提高了施工速度。在基礎較軟處，有時發生將鄰樁帶入現象，控制措施為用角鋼臨時焊接固定發生共連的樁。在填土中，不同的石塊側向力容易導致鋼板樁打入時側傾地，導致坑底土隆起、地面開裂，可以采取先拔起再反復捶打，最后增加樁的嵌固深度并壓密注漿的方法來保證樁身的垂直度。本文通過對該工程中深基坑嵌巖鋼板樁支護施工進行探討，為類似工程施工提供借鑒。

2 嵌巖施工方案

工程基坑開挖深度范圍為5～6m，屬于深基坑工程，開挖基坑處巖體埋深淺，鋼板樁支護結構需深入巖石地層發揮作用。

2.1 鋼板樁結構型式

根據工程地質特點以及鋼板樁技術參數，采用長12m 的FSP-IV 型400×170×15.5 拉森鋼板樁，主要技術參數見表1。

表1 FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁技術參數

2.2 嵌巖鋼板樁施工工藝

鋼板樁進場前應按照鋼種、等級、牌號、規格及生產廠家的不同分別堆放，不得混雜，設置好標識，且盡量安置在平坦、堅固的地面并墊高和遮蓋，防止因自重較大導致變形和擠壓破壞。然后安排專職試驗員和監理進行驗收，包括外觀質量和材質檢驗。外觀驗收主要是檢驗鋼板樁的尺寸，如長、寬、高等是否符合標準，鋼板樁的表面是否有缺陷，對已經銹蝕的部分剔除并加以補強；材質檢驗要取樣后帶回試驗室對其進行化學成分和力學性能的全面分析，按照每次取樣的質量決定拉伸和彎曲試驗的次數，試驗結果均合格后方可安排使用。施工時與試驗樁的數據進行對比，便于調整施工參數。

鋼板樁的施工工藝流程如圖2 所示，包括鋼板樁定位放線→挖溝槽→引孔→打鋼板樁→第一層支撐置處開基坑→安裝第一層支撐及圍檁→挖土（至開挖設標高）→基礎施工與側墻施工達到強度后→拆除支撐→回填→拔除鋼板樁。鋼板樁與巖層空隙采用C20細石混凝土填充。考慮到城市施工場地環境復雜，打樁機械選用液壓履帶式打樁機，該設備施工速度快、安全性很高、自重相對較輕，并且可以24 小時不間斷施工，能夠有效地節約工期。

圖2 施工工藝流程圖

2.2.1 嵌巖鋼板樁引孔措施

引孔前要破除道路瀝青面層。考慮土-巖復合地層特點，在土層中采用長螺旋引孔，巖層中采用配備小直徑截齒取芯角轉的旋挖鉆機引孔，每隔500mm引孔，直徑均為600mm。引孔前在鉆桿上做好清晰的標記，引孔時需符合圖紙要求，嚴格控制每一段的標高。引孔要保證鉆機運行平穩，保持導向架的垂直度偏差在1/250范圍內。

施工前，在樁架上先焊接一個直徑為10cm 的鐵圈，然后在高約10m 處放置鉛錘，通過鉛錘與鐵圈中心的相對位置來判斷鉆桿是否垂直。可以使用經緯儀觀察鉆桿，若鉛錘與鐵圈中心保持一致，表明垂直。每次施工前都要調節鉆桿，確保誤差在0.5%范圍以內[2]。施工第一根樁時，要緩慢進尺，要逐漸熟悉各地層對鉆機的影響，收集鉆機在不同地層下的參數數據，然后再連續引孔。

2.2.2 鋼板樁施打措施

打樁前首先要進行定位放線，確定好各個結構尺寸的灰線，再按照圖紙的設計要求，根據結構線的位置和尺寸定位打樁方向線。為了便于隨時校核，保證樁沿直線施打，之后通過在方向線外部進行溝槽開挖來引出定位線，主要措施為在溝槽兩端布置木樁，溝槽寬0.5m、深0.8m。

根據不同的開挖深度選用型號不同的拉森鋼板樁，其材料性能和尺寸應滿足施工和設計要求。首先將整修后的鋼板樁堆放在平坦、堅固的場地上，避免產生不必要的耗材，如自重導致的變形和損壞。進樁時先讓運輸隊伍把樁卸到木樁附近一定范圍，一般為6m。操作手吊起一根樁后，隨時聽候輔助人員的指令，待其利用工具校正好打拔機，確定樁身垂直且對好前一根樁的止口后再開始沉樁。吊運采用兩點吊，每次不宜過多，單根吊運選用專門的工具。為了防止鋼板樁的自然跟進，第一根樁應高出地面1m左右，后續打樁之前應將前面的樁用鋼筋臨時焊接[3]。

2.2.3 施工過程控制措施

土方開挖前，通過挖探溝等調查方式，確定地下無障礙物后方可開挖。項目部人員應安排專員事先與運輸隊伍進行溝通協調，確保其熟悉運輸路線和機械進場路線，保證施工時安全無誤。在機械施工困難的部分均應配備人工。現場施工人員和班組長要熟悉圖紙，做好各項技術交底工作。施工班組落實自檢、互檢、交接檢的“三檢制”，質檢人員隨班檢查，保證每道工序在施工過程中都合格。每次施工前都要有監理在現場，測量人員放線后經監理及現場業主確認后方可進行下一步工作[4]。

振樁前，先控制樁身的重心與振錘保持一致，使樁緩慢插入土體或鄰樁鎖口，待穩定后，再振動下沉。施工時要隨時復核樁的垂直度，若發現偏心，應立即糾正；沉樁中若阻力偏大，下沉速度較慢，可以在鎖口處涂抹機油，以減小摩擦；若遇到下沉速度驟減的情況，應立即停止沉樁，首先要確保人員安全，再檢查機械是否故障、操作是否不當，若一切無誤，可以先把樁向上拔起0.6～1.0m，再繼續沉樁，若速度依舊過慢，反復確認后采取其他措施。若對鋼板樁進行焊接，應根據施工條件進行試焊，合格后方可正式施焊。接頭采用搭接或幫條電弧焊時，宜采用雙面焊縫，雙面焊縫困難時，可采用單面焊縫。

采用振動法沉樁，打入時要有專門的指揮人員，便于隨時調整振錘的位置，保證垂直打入。打入的樁要整齊，先使其自然下沉，穩定后再振動下沉，保持受力均勻。樁頂標高與地面要平齊，偏差控制在100mm 以內。沉樁后應再復核一次，若發現樁身有傾斜或者偏心的現象，先嘗試能否糾正其垂直度，若糾正困難則拔起重打[4]。

3 嵌巖鋼板樁拔樁和回填

3.1 施工方法

基槽回填壓實后，盡早拔除鋼板樁，加快鋼板樁周轉速度。本工程拔樁采用振錘拔樁，利用其產生的強迫振動，擾動土質，破壞鋼板樁周圍土的粘聚力進而減小拔樁阻力，依靠附加起吊力的作用將樁拔除。拔樁的順序最好與打樁時相反。

拔樁前將樁頭與拔樁機樁架卡頭固定緊密，使起拔線與樁中心線重合；先振動土壤，減小土的粘滯作用，然后再邊振邊拔；拔樁時，要安排輔助人員密切觀察樁身翹起情況，防止發生傾覆；若無人員操作失誤，拔樁機振動30min 或振幅達到最大仍不能拔起時，應采取其他措施。

鋼板樁拔除前采用級配碎石回填溝槽，其碎石所用原材料可以選擇除軟質巖石以外的其他各種石料軋制生產，但不應含有有害物質，如粘土塊、植物等，且控制碎石混合料的壓碎值在30%以下，液限指數小于28%，塑性指數小于6%。級配碎石組成范圍見表2[5]。拔出后采用砂回填樁孔，回填后再注漿，注漿采用1:2水泥漿。

表2 級配碎石組成范圍

3.2 控制措施

對封閉式鋼板樁墻，拔樁起點應離開角樁5 根以上。可根據沉樁時的情況確定拔樁起點，必要時也可用跳拔的方法。為防止將臨近板樁同時拔出，宜將鋼板樁和加固的槽鋼逐根割斷。先割除鋼板樁的支撐，然后再拔圍堰鋼板樁。拔樁時，首先控制振動錘緩慢振動，待土對樁粘附作用和阻力減小后，再邊振邊拔。當樁拔出一定高度時，應保持振動但暫停起拔，保證拔樁后的土孔能提前填實一部分。起拔時采取跳躍拔樁的措施，拔樁后隨時注漿，并注意控制拔樁時不能對周圍環境產生太大的影響。引拔時，若遇到阻力較大導致拔樁速度緩慢的情況，可以每次僅振動15min就暫停，保持連續振動不超過1.5h，待拔樁速度恢復正常后再邊振邊拔。對拔樁后留下的樁孔，及時采用中粗砂灌入密實，保證拔除后的空隙填充密實[6]。

4 結語

在合肥市西二環地下管道改造工程中，采用嵌巖鋼板樁支護的施工技術，不僅有效保證了工程順利施工，而且在施工過程中通過對鋼板樁引孔、施打以及拔樁和回填過程進行合理控制，使得工程高效完成施工。嵌巖鋼板樁支護技術具有施工速度快、施工安全可靠和質量容易控制等優點，在復合地層中城市深基坑開挖支護工程中具有良好的應用前景。