城市主干道綜合管廊深基坑鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)

0 引言

綜合管廊作為地下空間利用的重要形式，不僅能夠有效解決城市各類(lèi)管線(xiàn)布置困難的問(wèn)題，還能提升城市管理的效率和安全性。在綜合管廊的建設(shè)過(guò)程中，深基坑支護(hù)開(kāi)挖是不可或缺的一環(huán)，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到管廊的穩(wěn)定性和安全性。且管廊通常位于城市主干道下方，施工空間受限，且需避開(kāi)繁忙的交通和復(fù)雜的地下管線(xiàn)，這對(duì)深基坑開(kāi)挖技術(shù)提出了極高的要求。鋼板樁支護(hù)，憑借其經(jīng)濟(jì)高效、施工便捷的特點(diǎn)，成為深基坑開(kāi)挖支護(hù)的理想選擇，其不僅能夠有效地抵抗周?chē)馏w的壓力，防止基坑坍塌[]，還能在施工完成后進(jìn)行回收再利用，降低了工程成本，符合綠色施工的理念。因此，深入研究城市主干道綜合管廊深基坑鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)，對(duì)于提高管廊建設(shè)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性具有重要意義。

1 工程概況

該文選取天水有軌電車(chē)示范線(xiàn)（二期）工程綜合管廊工程作為研究對(duì)象，其位于天水市麥積區(qū)，主要沿現(xiàn)狀羲皇大道路面敷設(shè)，總長(zhǎng) 1 1 . 6 4 5 k m 。管廊采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，明挖方式施工，基坑開(kāi)挖寬度為 不等。該工程管廊位于既有城市主干道中間，場(chǎng)地高差起伏較大，較多數(shù)路段 2 ～ 3 倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)存在房屋、電塔等結(jié)構(gòu)物，分布有污水、給水、雨水、電力、電信、燃?xì)饧盁崃Φ裙芫€(xiàn)。該項(xiàng)目鋼板樁支護(hù)施工關(guān)鍵段落需要穿越多個(gè)交通繁忙道口、學(xué)校、機(jī)場(chǎng)、部隊(duì)門(mén)口，每一段都需精心策劃，確保鋼板樁施打垂直度。該文以此為基礎(chǔ)，開(kāi)展后續(xù)研究。

2城市主干道綜合管廊深基坑鋼板樁支護(hù)施工設(shè)計(jì)

2.1 布置位移觀測(cè)點(diǎn)

該項(xiàng)目采用的監(jiān)測(cè)設(shè)備包括全站儀、電子水準(zhǔn)儀、測(cè)斜儀、水位計(jì)以及專(zhuān)用地下管線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備等。在鋼板樁頂部、支護(hù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)以及易發(fā)生位移變化的區(qū)域布置觀測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平間距通常不超過(guò) 2 0 m ，以確保監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括但不限于周邊道路沉降、鋼板樁支護(hù)沉降及位移、基坑底部支撐位移、坑底涌起、地下管線(xiàn)變形、地下水位變化監(jiān)測(cè)等[2。為量化分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，特引入以下公式來(lái)評(píng)估位移趨勢(shì)：

式中， 第 i 行第 j 列的觀測(cè)點(diǎn)從初始位置到當(dāng)前位置的總體位移量（m）； 、 ， —該觀測(cè)點(diǎn)在 x . y、 z 三個(gè)坐標(biāo)軸方向上的位移變化量（m）。

2.2安裝導(dǎo)向架

為確保鋼板樁垂直，須安裝高強(qiáng)度導(dǎo)向架。該導(dǎo)向架采用雙層單面構(gòu)造，核心部件包括強(qiáng)化導(dǎo)軌與圍檫[3]。導(dǎo)向架的導(dǎo)向柱與橫梁優(yōu)選I形鋼材，截面尺寸優(yōu)化至 ，既確保了結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固耐用，又兼顧了施工操作的靈活性，如圖1所示。

在安裝導(dǎo)向架的過(guò)程中，利用高精度的GPS測(cè)量?jī)x與自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，精確控制并微調(diào)導(dǎo)向梁的空間位置，確保其在三維空間內(nèi)的精準(zhǔn)定位，偏差控制在毫米級(jí)。為防止導(dǎo)向梁因板樁打入過(guò)程中的沖擊力而發(fā)生沉降或形變，采用多點(diǎn)固定策略，確保其穩(wěn)固性，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即調(diào)整。導(dǎo)向梁的安裝需嚴(yán)格遵循垂直度要求，采用激光垂準(zhǔn)儀輔助校正，確保其與打樁軸線(xiàn)垂直，且在整個(gè)施工過(guò)程中，通過(guò)柔性緩沖裝置避免與板樁的直接碰撞，保護(hù)雙方結(jié)構(gòu)完整。

關(guān)于鋼圍標(biāo)，需進(jìn)行精確的計(jì)算以確保支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圍標(biāo)的軸向承載力為：

P = σ A

式中， σ —鋼材許用應(yīng)力（MPa）；A—圍標(biāo)有效截面積 ）。合理調(diào)整圍標(biāo)截面尺寸及間距，確保支撐體系既經(jīng)濟(jì)又安全。

針對(duì)鋼板樁不在同一平面的情況，需靈活調(diào)整圍標(biāo)的安裝方式，利用精密加工的鐵墊塊進(jìn)行間隙填充，并通過(guò)高強(qiáng)焊接固定，確保圍標(biāo)與鋼板樁之間緊密貼合，無(wú)應(yīng)力集中點(diǎn)，從而保障整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。

2.3 鋼板樁引孔

針對(duì)當(dāng)前工程現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)勘察報(bào)告及前期鋼板樁試打反饋，發(fā)現(xiàn)局部地段當(dāng)拉森鋼板樁深入至 - 6 ～ - 1 2 m 區(qū)間時(shí)，遭遇堅(jiān)硬地層，導(dǎo)致施打難度驟增，常規(guī)方法難以有效貫入。該項(xiàng)目引入一臺(tái)SYR-150旋挖鉆引孔機(jī)與一臺(tái) S Y6 0 0 H D 長(zhǎng)螺旋引孔機(jī)，聯(lián)合實(shí)施鋼板樁引孔作業(yè)。引孔直徑為 5 0 0 m m ，引孔間距 ，引孔后立即插打鋼板樁，鋼板樁與孔壁間的孔洞使用含水率較小的粉質(zhì)原土回灌或中粗砂回灌，以增強(qiáng)土體穩(wěn)定性，引孔深度則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)定，但應(yīng)不大于鋼板樁插大深度，以充分穿透難以穿透的地層，確保鋼板樁能順利達(dá)到設(shè)計(jì)貫入深度[4，如圖2所示。

引孔施工需要移動(dòng)鉆機(jī)至指定位置，通過(guò)精密水平儀與傾角儀雙重校準(zhǔn)，確保鉆機(jī)垂直度偏差小于1/300，保障引孔質(zhì)量。在鉆桿上設(shè)置清晰可見(jiàn)的刻度標(biāo)記，根據(jù)設(shè)計(jì)要求精確控制引孔深度，預(yù)留足夠空間供鋼板樁沉入，確保最終成樁質(zhì)量。

2.4 鋼板樁插打及土方開(kāi)挖

完成鋼板樁引孔后，進(jìn)行鋼板樁插打施工。在插打過(guò)程中，使用振動(dòng)錘或液壓錘，以確保鋼板樁能夠順利插入土層，達(dá)到預(yù)定深度。插打前對(duì)樁位進(jìn)行精確放線(xiàn)，在插打過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控，以調(diào)整樁身的垂直度。完成插打后進(jìn)行基坑開(kāi)挖施工。開(kāi)挖應(yīng)遵循“分層開(kāi)挖、先支后挖”的原則，確保每一層土方的開(kāi)挖和支護(hù)及時(shí)配合。開(kāi)挖第一層至鋼支撐底 0 . 5 m ，安裝鋼支撐后開(kāi)挖第二層，開(kāi)挖高度不超過(guò) 4 m ，第二層開(kāi)挖機(jī)械及清底機(jī)械位于鋼支撐下方作業(yè)，以保證基坑穩(wěn)定。在橫斷面開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)按照 1 ： 1 的放坡比例進(jìn)行放坡開(kāi)挖，防止作業(yè)面基坑坍塌。開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基坑底部平整和清理，清理樁間土。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)定期對(duì)鋼板樁進(jìn)行平面位移觀測(cè)及沉降觀測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)位移量及沉降量超過(guò)規(guī)范及圖紙要求，應(yīng)立即對(duì)鋼板樁進(jìn)行加固支護(hù)。基坑內(nèi)每隔 3 0 m 設(shè)置一個(gè)集水坑抽排水，以保證土體穩(wěn)定性。同時(shí)，在基坑兩側(cè)安裝安全爬梯，供施工人員上下基坑。基底開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，若檢測(cè)地基承載力不足 時(shí)應(yīng)及時(shí)換填砂夾碎石，間隔時(shí)間不超過(guò) 開(kāi)挖封底時(shí)，若出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)采用C20素混凝土進(jìn)行封底處理，厚度 0 . 5 m 。

2.5拔除鋼板樁

鋼板樁拔除時(shí)，應(yīng)考慮到鋼板樁的深度、直徑及土攘緊密度等因素，選用功率升級(jí)的振動(dòng)錘設(shè)備。該設(shè)備能夠產(chǎn)生55t的振動(dòng)力[5，通過(guò)高效傳遞機(jī)制，直接作用于每根鋼板樁，有效瓦解其與周?chē)馏w之間形成的強(qiáng)大黏結(jié)力與吸附力。

該項(xiàng)目采用的鋼板樁為拉森V型，基坑深度小于 9 m 的采用 1 2 m 樁，一道鋼支撐；基坑深度大于 9 m 時(shí)采用1 5 m 樁，兩道鋼支撐。對(duì)拔出的鋼板樁進(jìn)行逐一檢查，清理表面附著的泥土與雜質(zhì)，對(duì)于輕微變形的鋼板樁進(jìn)行校正修復(fù)，確保其可重復(fù)使用的完好性。對(duì)于無(wú)損的鋼板樁，應(yīng)立即組織運(yùn)輸隊(duì)伍，將其運(yùn)送至指定的存儲(chǔ)區(qū)域。在施工時(shí)，應(yīng)遵循“高頻慢拔”的原則[，以減少對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)，拔除完成后使用細(xì)砂或水泥漿對(duì)鋼板樁孔洞回灌，防止沉降變形。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1工程準(zhǔn)備

該項(xiàng)目引入相關(guān)設(shè)備后展開(kāi)施工，其配置如表1所示。

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50011—2010），城市主干道綜合管廊工程位于抗震設(shè)防烈度VII度區(qū)內(nèi)，屬設(shè)計(jì)地震第二組，設(shè)計(jì)基本加速度為 0 . 3 0 g ；混凝土的環(huán)境類(lèi)別為二b類(lèi)。場(chǎng)地土標(biāo)準(zhǔn)凍土深度為 0 . 6 1 m ；鋼板樁支護(hù)為一級(jí)，側(cè)壁重要性系數(shù)1.1。以此為基礎(chǔ)，完成工程標(biāo)段鋼板樁支護(hù)類(lèi)型設(shè)計(jì)，具體如表2所示。

在鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固成型至最終土方回填并拔除鋼板樁的整個(gè)45d周期內(nèi)，嚴(yán)格按照二等變形觀測(cè)技術(shù)要求，詳細(xì)記錄每一階段的水平位移變動(dòng)情況。

3.2 應(yīng)用結(jié)果分析

依據(jù)上述測(cè)試，將得到數(shù)據(jù)繪制成直觀的曲線(xiàn)圖，如圖3所示。

根據(jù)圖3可知，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)均隨著土方開(kāi)挖的逐步推進(jìn)至監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近，初期位移迅速增加，前20d內(nèi)增長(zhǎng)速率尤為顯著，隨后增速逐漸放緩，至第25d時(shí)趨于穩(wěn)定，增幅極小。這表明鋼板樁支護(hù)在初期有效抵御了開(kāi)挖引起的側(cè)向土壓力，隨著開(kāi)挖面遠(yuǎn)離，支護(hù)結(jié)構(gòu)逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)，整體位移量始終保持在安全閾值 2 8 m m 以?xún)?nèi)，遠(yuǎn)低于規(guī)范限定的安全標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)2和3因開(kāi)挖作業(yè)較遲啟動(dòng)，其位移增長(zhǎng)起始點(diǎn)相應(yīng)后移，但同樣在開(kāi)挖面接近時(shí)表現(xiàn)出快速增長(zhǎng)，隨后減緩至穩(wěn)定狀態(tài)。值得注意的是，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)在土方回填階段的位移回調(diào)現(xiàn)象，進(jìn)一步證明了鋼板樁支護(hù)在控制基坑變形方面的有效性及回填工藝的積極作用。

4結(jié)束語(yǔ)

該文對(duì)城市主干道綜合管廊深基坑鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)的深入探索與實(shí)踐，其通過(guò)在開(kāi)挖前科學(xué)布設(shè)周邊觀測(cè)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)并實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效控制了施工過(guò)程中的沉降位移；通過(guò)采用導(dǎo)向架輔助高強(qiáng)度鋼支撐插打鋼板樁，并對(duì)難插樁體進(jìn)行引孔處理，顯著提高了施工精度和效率；最后通過(guò)逐步施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高并在回填至特定高度時(shí)拔除鋼板樁的優(yōu)化工藝，實(shí)現(xiàn)了支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定控制。測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)立的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量均控制在2 8 m m 安全閾值內(nèi)，低于規(guī)范限值，驗(yàn)證了該施工方法的可靠性和有效性，其研究成果可為提升城市深基坑工程施工效率和保障基礎(chǔ)設(shè)施安全提供有力支撐。

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