排樁圍堰在深基坑支護中的應(yīng)用

盧治國

(湖南路橋建設(shè)集團公司,湖南長沙 410004)

1 工程概況

湖南某跨河大橋主墩10號墩承臺設(shè)計尺寸為10.2m×10.2m×4.0m,承臺頂標高為23.0m,底標高19.0 m。墩位處于河灘之上,地面標高平均為27.0m,承臺底低于地面8.0m,開挖深度＞9m,覆蓋層由上向下依次為填筑土、淤泥質(zhì)亞粘土、較為松散卵石、強風化粉砂質(zhì)板巖。主墩樁基為9Φ150 cm群樁,采用沖擊鉆成孔。

施工單位在圖紙會審中希望提高承臺標高,避免深基坑施工以降低造價、加快進度,但各方考慮水流沖刷、通航要求等因素,維持原設(shè)計。屬典型的深埋低樁承臺,需進行深基坑支護。

2 方案提出

深基坑工程在國外稱為“深開挖工程”(Deep Excavation),是一種特殊的工程構(gòu)筑物,它具有復(fù)雜性、可變性、臨時性、高風險的特點,支護是深基坑工程中的核心問題之一。經(jīng)過理論探索與工程實踐的篩選,現(xiàn)已形成了多種適合于不同地質(zhì)條件和基坑深度的經(jīng)濟合理的支護結(jié)構(gòu)體系。通常支護形式分為加固型和支擋型支護兩大類,常見類型如圖1。

其中排樁支護(又稱護壁樁)通常用于坑深7～15m的基坑工程,通過連排灌注樁方式在基坑四周形成排樁擋墻,頂部澆筑混凝土圈梁,必要時頂部進行鋼筋混凝土或鋼管支撐,它具有剛度大、抗彎能力強、變形相對較小,施工時無振動、噪音小,無擠土現(xiàn)象,對周圍環(huán)境影響小等特點。當承臺工程樁也為灌注樁時,可以同步施工,從而有利于施工組織、工期短。當開挖影響深度內(nèi)地下水位高且存在強透水層時,可采取與高壓旋噴組合施工措施以解決滲水問題。

圖1 深基坑支護類型

針對本工程具體特點,工位處于河灘筑島上,淤泥質(zhì)亞粘土厚,卵石層滲水較多,開挖深度大,有較大施工難度,經(jīng)綜合比較分析,最終確定采取“排樁支護+高壓旋噴止水”組合方案進行深基坑施工,以確保承臺基坑開挖、鋼筋安裝、裝模、混凝土澆注等工序順利進行。

3 排樁支護施工方案

3.1 施工平臺填筑

護壁樁施工前須將場地進行平整,考慮到10號墩地面標高(標高為27.0m)較低,為安全渡汛,取外運土方將整個施工場地進行填高,并筑島壓實,平均填筑標高達到28.5 m,填筑面積為25m×35m。

3.2 排樁設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)勘察資料,在承臺開挖以后,護壁樁需承受將近8～9m高的主動土側(cè)壓力,護壁樁嵌入巖層后,要求樁身剛度較大,抗彎能力強。護壁樁結(jié)構(gòu)設(shè)計如下:樁徑1.20 m,沿承臺周圍間距1.80m布置,如圖2。每墩承臺施工共設(shè)計護壁樁46根,護壁樁距承臺邊線1.2 m,護壁樁混凝土設(shè)計標號選用C30,10號墩護壁樁設(shè)計樁頂標高27.0m,樁底標高10.0 m,樁長17.0 m,嵌入巖層約8m;護壁樁孔內(nèi)安放鋼筋籠,以加強護壁樁承受的土側(cè)壓力及抗彎能力。同時將所有護壁樁利用圈梁連接在一起,形成一個大體積的混凝土剛體圍堰?；娱_挖時及時觀測樁頂位移變形,如有必要,可在圈梁上設(shè)置鋼筋混凝土或鋼管支撐。

3.3 護壁樁施工

因工期要求緊,10號墩左右幅兩個承臺同步施工,護壁樁距承臺邊線1.2m。測量放線后,每墩各安排3臺沖擊鉆機分3個斷面按同一方向跳孔鉆進。每個孔成孔后即刻安放樁基鋼筋籠,然后進行水下混凝土的澆注,具體施工方法同鉆孔樁施工工藝,不再贅述。護壁樁鋼筋籠在加工車間制作,然后轉(zhuǎn)運到現(xiàn)場安放;護壁樁混凝土按水下混凝土澆注的施工工藝進行施工,以確保混凝土澆注質(zhì)量。其工藝流程為:復(fù)測孔深和沉渣厚度→吊放鋼筋籠并固定→搭設(shè)灌注支架和平臺→清孔及檢查沉渣厚度→安裝水下混凝土導(dǎo)管→進行混凝土的澆注。

3.4 圈梁施工方案

為了加強護壁樁抵抗承受的四周土側(cè)壓力,樁頂設(shè)置寬1.4m、高1.2m的圈梁,圈梁頂標高與樁頂標高齊平,圈梁混凝土設(shè)計標號為C30。施工時,圈梁鋼筋與護壁樁鋼筋籠連接在一起,圈梁混凝土與1.2m高樁頭一起澆注,將承臺周圍護壁樁串連接成一整體,以加強護壁樁的整體抗彎能力。同時在兩個承臺之間設(shè)置圈梁將左右幅護壁樁連在一起,作為對兩邊護壁樁支撐骨架,起到抵抗土側(cè)壓力的作用。

圖2 排樁+高壓旋噴深基坑支護施工方案圖(單位:cm)

4 高壓旋噴止水帷幕施工

為了確保承臺基坑的順利開挖,有效達到封水、止水的效果,特擬定采用旋噴樁的施工方案。旋噴樁設(shè)計孔徑Φ80 cm,樁底低于承臺底1 m并嵌入巖層0.50 cm,在每相鄰護壁樁之間布置一根,根據(jù)護壁樁的排列進行布置,并與護壁樁進行緊密接合。

4.1 高壓旋噴樁設(shè)計要求

高壓旋噴樁帷幕部位砂層和黏土層滲透系數(shù)為K≤1×10-7cm/s,樁體無側(cè)限抗壓強度取3MPa。設(shè)備鉆機采用型號:XPZ-50,高壓泵型號:ZJB-30。

4.2 施工工藝流程

鉆機就位→鉆孔到設(shè)計高程→封堵垂向噴嘴→攪漿→由下向上旋噴作業(yè)到設(shè)計樁頂→沖洗鉆桿→鉆機移位。

4.3 施工順序

先打3根試樁,了解施工工藝及旋噴效果,確定施工參數(shù)。再進行旋噴樁的施工,為確保樁與樁之間能很好地咬合,宜采用打一跳一法。

4.4 施工參數(shù)選擇

①泵壓:20 MPa;②噴嘴直徑及數(shù)量:2.3mm×1～2.4 mm×1;③流量:37～40 L/min;④鉆桿升速:黏性土30 cm/min,砂性土15 cm/min;⑤鉆桿轉(zhuǎn)速:黏性土30 r/m in,砂性土15 r/min;⑥水灰比:1.1～1.2。

5 結(jié)語

護壁樁、高壓旋噴樁和圈梁施工完后,即著手進行承臺基坑的開挖。在基坑土方開挖之前,進行詳細的施工準備工作,在開挖施工過程中采取人工開挖和機械開挖相配合進行,加強排樁護壁樁頂位移與變形監(jiān)測。開挖施工中,盡管有高壓懸噴樁的封水,但依然存在一定的滲水。根據(jù)工程地質(zhì)和地下水文情況,采取集水坑排水法,使基坑開挖和施工達到無水狀態(tài),并澆注50 cm厚封底混凝土以保證施工順利進行。

通過實踐,“排樁+高壓旋噴”組合支護方式的應(yīng)用,有效解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下深埋低樁承臺施工的難題,可在同類型橋梁和其他建筑物深基坑工程施工中進一步使用和總結(jié)推廣。

[1]劉布陽.高壓旋噴樁在橋梁深基坑支護中的應(yīng)用[J].資源環(huán)境與工程,2006(6):59-61.

[2]馮博慧.淺談深基坑支護結(jié)構(gòu)的類型及選型[J].山東建材,2006(4):61-62.

[3]原孔雀.淺談深基坑支護的結(jié)構(gòu)類型與設(shè)計[J].山西建筑,2006(8):73-74.