懸臂式灌注樁與矮鋼板樁組合式深基坑防護(hù)

李鵬飛

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300162）

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懸臂式灌注樁與矮鋼板樁組合式深基坑防護(hù)

李鵬飛

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300162）

摘要：為確保大廣（大慶—廣州）高速公路的行車(chē)安全，新建石濟(jì)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)衡景特大橋114#、115#墩承臺(tái)基坑采用高樁防護(hù)加低鋼板樁防滲的組合方法，靠近大廣高速公路及鄉(xiāng)村公路側(cè)分別布置23、40根?1.25 m鉆孔灌注樁，中心間距1.5 m，內(nèi)側(cè)插打拉森Ⅳ型鋼板樁防止漏水。文中介紹了該防護(hù)方案的設(shè)計(jì)、驗(yàn)算及施工技術(shù)，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果分析了其處理效果。

關(guān)鍵詞：橋梁；懸臂式灌注樁；鋼板樁；深基坑

1　工程概況

新建石濟(jì)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)衡景特大橋于114#、115#墩處與大廣（大慶—廣州）高速公路斜交，斜交角度36°34′，采用（72+128+72）m連續(xù)梁跨越，橋梁下部結(jié)構(gòu)為雙線(xiàn)圓端形實(shí)體墩、鉆孔樁承臺(tái)基礎(chǔ)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，大廣高速公路路幅寬42 m，路基填筑高度1.4 m左右，路基邊坡坡度1∶1，地下水位較淺且水源豐富。衡景特大橋114#、115#墩承臺(tái)基坑開(kāi)挖深度分別為6.833和6.961 m，距路肩線(xiàn)最近間距、坡腳距離分別為4.29、2.89、3.98、2.58 m。115#墩大里程側(cè)有一鄉(xiāng)村公路?；娱_(kāi)挖深且場(chǎng)地狹小，是一典型的深基坑防護(hù)問(wèn)題。

2　防護(hù)方案設(shè)計(jì)

2.1工程方案比選

（1）鋼板樁方案。優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單，工期縮短，環(huán)保且施工速度快，施工費(fèi)用低，具有很好的防水功能；能降低對(duì)空間的要求；可大量減少開(kāi)挖土量和砼使用量，有效保護(hù)土地資源。缺點(diǎn)：基坑較深時(shí)，內(nèi)支撐較大，占用基坑的有效空間，減小了基坑的工作面；鋼板樁需拆除且拆除過(guò)程中基坑變形較大，臨近重要構(gòu)筑物時(shí)防護(hù)受限制。

（2）放坡開(kāi)挖+防護(hù)樁方案。臨近重要構(gòu)造物處采用防護(hù)樁，其他方向放坡開(kāi)挖。優(yōu)點(diǎn)：使用安全，可操作性強(qiáng)。缺點(diǎn)：空間要求較大，開(kāi)挖土方及防護(hù)樁工程量較大，地下水位較高時(shí)需采取其他防排水措施。

（3）懸臂式灌注樁與矮鋼板樁組合方案。優(yōu)點(diǎn)：能充分發(fā)揮灌注樁和鋼板樁的各自?xún)?yōu)勢(shì)；灌注樁剛度大，可防護(hù)重要構(gòu)造物，最大限度地減小影響；鋼板樁具有很好的防水功能，且施工簡(jiǎn)單，工期縮短，環(huán)保，施工速度快，施工費(fèi)用低。缺點(diǎn)：工序較多，較為復(fù)雜；部分防護(hù)重疊，存在一定的浪費(fèi)。

（4）推薦方案。綜合以上施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)，從安全、進(jìn)度、造價(jià)、環(huán)保等方面考慮，推薦采用懸臂式灌注樁與矮鋼板樁組合方案。

2.2方案布署

為確保大廣高速公路的行車(chē)安全，114#、115#墩承臺(tái)基坑采用高樁防護(hù)加低鋼板樁防滲的組合方法。靠近大廣高速公路及鄉(xiāng)村公路側(cè)分別布置23、40根?1.25 m鉆孔灌注樁，中心間距1.5 m，內(nèi)側(cè)插打拉森Ⅳ型鋼板樁防止漏水。插打鋼板樁時(shí)，先進(jìn)行適當(dāng)減荷，開(kāi)挖成臺(tái)階狀，臺(tái)階開(kāi)挖深度不宜過(guò)大，以不超過(guò)2 m為宜。防護(hù)樁側(cè)低打，超過(guò)地下水位1～2 m即可。鉆孔防護(hù)樁、鋼板樁防護(hù)立面如圖1、圖2所示。

圖1　114#、115#墩防護(hù)樁平面布置示意圖

2.3鉆孔樁驗(yàn)算

下面以115#墩為例進(jìn)行防護(hù)樁驗(yàn)算。防護(hù)樁按直徑1.25 m設(shè)置，樁間距1.5 m；砼強(qiáng)度C25，鋼筋采用HRB400，保護(hù)層厚度為70 mm；土力學(xué)參數(shù)如下：摩擦角φ=30°，飽和重度γ=18 k N/m3；按樁身最大外露7 m計(jì)算（如圖3所示）。主要計(jì)算結(jié)果如表1所示。

圖2　鉆孔防護(hù)樁、鋼板樁防護(hù)立面示意圖（單位：mm）

圖3　鉆孔樁計(jì)算簡(jiǎn)圖

表1　鉆孔樁主要計(jì)算結(jié)果

為節(jié)省鋼筋，鋼筋籠按照等效矩形截面配置鋼筋：主筋23根，直徑22 mm；受力面18根；其他三面5根（如圖4所示）。

2.4鋼板樁驗(yàn)算

驗(yàn)算參數(shù)：滲水土，φ=30°，γ=18 k N/m3，主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka=0.33，被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp=3.00；車(chē)輛荷載按公路-Ⅱ車(chē)道荷載計(jì)算，車(chē)輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值為550 k N，采用拉森Ⅳ型鋼板樁。鋼板樁受力結(jié)構(gòu)及受力如圖5所示，主要驗(yàn)算結(jié)果如表2所示。

圖4　樁基鋼筋籠配置示意圖

圖5　懸臂式鋼板樁計(jì)算簡(jiǎn)圖

表2　懸臂式鋼板樁主要驗(yàn)算結(jié)果

3　防護(hù)方案實(shí)施

3.1防護(hù)樁施工

為減少對(duì)高速交通的影響，采用反循環(huán)鉆機(jī)+跳挖法施工。

（1）防護(hù)樁施工準(zhǔn)備。清理、平整場(chǎng)地，測(cè)量放樁，埋設(shè)護(hù)筒，制備泥漿。鉆機(jī)工班人員配置同一般鉆孔灌注樁，每工班3～4人，鉆孔司機(jī)1人，指揮記錄1人，安全1人。

（2）成孔及檢查。對(duì)鉆孔統(tǒng)一編號(hào)，以防漏鉆。根據(jù)護(hù)筒標(biāo)高、樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高及樁長(zhǎng)，計(jì)算樁底標(biāo)高，以便鉆孔時(shí)加以控制。旋挖鉆機(jī)就位后，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)整其垂直度。鉆孔過(guò)程中根據(jù)地質(zhì)情況控制進(jìn)尺速度，由硬地層鉆到軟地層時(shí)適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度，由軟地層變?yōu)橛驳貙訒r(shí)減速慢進(jìn)；在易縮徑的地層中適當(dāng)增加掃孔次數(shù)，防止縮徑；對(duì)硬塑層采用快轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，提高鉆進(jìn)效率；砂層則采用慢轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，并適當(dāng)增加泥漿比重和粘度。鉆孔過(guò)程中及成孔后實(shí)時(shí)用百米鋼絲測(cè)繩測(cè)量深度，并觀測(cè)自動(dòng)深度記錄儀，作好記錄。終孔和清孔后，對(duì)成孔的深度、孔徑、垂直度進(jìn)行檢查，保證符合規(guī)范要求。

（3）鋼筋籠加工及運(yùn)輸?shù)跹b。為節(jié)省鋼筋，鋼筋籠鋼筋按照等效矩形截面配置鋼筋。為防止鋼筋籠在運(yùn)輸和吊裝過(guò)程中發(fā)生變形而影響工程質(zhì)量，采用四點(diǎn)吊裝法，在加強(qiáng)箍筋內(nèi)加臨時(shí)十字撐。鋼筋籠吊裝嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方向即受力鋼筋坑壁一側(cè)安裝（如圖6所示）。

圖6　鋼筋籠安裝方向示意圖

（4）灌注水下砼。砼采用導(dǎo)管法灌注，導(dǎo)管內(nèi)徑?250 mm。接頭采用絲扣長(zhǎng)勾聯(lián)結(jié)，拆裝方便。導(dǎo)管應(yīng)事先組拼、試驗(yàn)，并經(jīng)仔細(xì)檢查合格后方可插入孔中，做好防護(hù)，任何情況下不得掉落物體到管內(nèi)，防止堵塞導(dǎo)管影響砼灌注。導(dǎo)管安裝就緒并檢查合格后進(jìn)行二次清孔。清孔完畢，檢查孔底沉渣厚度及孔內(nèi)泥漿指標(biāo)達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)要求并經(jīng)工程師簽字后，裝上料斗，灌注砼。首批封底砼采用大容量料斗灌注，砼初存量滿(mǎn)足首批砼入孔后，導(dǎo)管埋入砼的深度不小于1 m、不大于3 m。封底成功后改用輸送泵進(jìn)行連續(xù)灌注。砼澆筑過(guò)程中，測(cè)量孔內(nèi)砼頂面位置，一般宜保持導(dǎo)管埋深在2～6 m，最小埋深不得小于1.0 m，澆筑速度較快時(shí)可適當(dāng)加大埋深，但不宜超過(guò)8 m。澆筑中途不得間斷，應(yīng)一氣呵成。灌注快完成時(shí)，控制好砼頂面標(biāo)高，超灌高度控制在0.5～1 m。

3.2鋼板樁施工

鉆孔樁施工完一周后進(jìn)行基坑開(kāi)挖，按鋼板樁設(shè)計(jì)高程分層開(kāi)挖，以比設(shè)計(jì)高程低40～50 cm為宜，然后插打鋼板樁。

（1）鋼板樁的檢驗(yàn)與矯正。對(duì)鋼板樁外觀表面缺陷、長(zhǎng)度、寬度、厚度、高度、端頭矩形比、平直度和鎖口形狀等進(jìn)行檢驗(yàn)，割除樁上影響打設(shè)的焊接件（有割孔、斷面缺損的應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)）。若有嚴(yán)重銹蝕，量測(cè)斷面實(shí)際厚度，予以折減。根據(jù)材料到場(chǎng)情況，對(duì)表面缺陷、端部矩形比、樁體撓曲、樁體扭曲、樁體截面局部變形、鎖口變形等進(jìn)行矯正。

（2）導(dǎo)架安裝。導(dǎo)架由導(dǎo)梁和圍檁樁等組成，該工程采用單層雙面導(dǎo)架，圍檁樁間距2.5～3.5 m，雙面圍檁之間間距比板樁墻厚度大8～15 mm。導(dǎo)架位置不能與鋼板樁相碰。圍檁樁不能隨鋼板樁打設(shè)而下沉或變形。導(dǎo)梁的高度適宜，要有利于控制鋼板樁的施工高度和提高工效，用經(jīng)緯儀和水平儀控制導(dǎo)梁位置和高度。

（3）鋼板樁打設(shè)。采用1臺(tái)20 t吊車(chē)加掛振動(dòng)錘打設(shè)鋼板樁。在樁錘和鋼板樁之間設(shè)樁帽，以使沖擊均勻分布，保證樁頂免遭損壞。為保證鋼板樁打設(shè)精度，采用屏風(fēng)式打入法。先用吊車(chē)將鋼板樁吊至插樁點(diǎn)處進(jìn)行插樁，插樁時(shí)鎖口要對(duì)準(zhǔn)，每插入一塊即套上樁帽輕輕錘擊。在打樁過(guò)程中，為保證垂直度，用2臺(tái)經(jīng)緯儀在兩個(gè)方向加以控制。為防止鎖口中心平面位移，在打樁進(jìn)行方向的鋼板樁鎖口處設(shè)卡板，阻止板樁位移。同時(shí)在圍檁上預(yù)先算出每塊板塊的位置，以便隨時(shí)檢查校正。打樁時(shí)，要確保第一、二塊鋼板打入位置和方向的精度，每打入1 m測(cè)量一次。

4　基坑變形觀測(cè)

4.1監(jiān)測(cè)方案

4.1.1基坑水平位移監(jiān)測(cè)

（1）布點(diǎn)方案。在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)3個(gè)平面基準(zhǔn)點(diǎn)，分別布設(shè)在基坑變形影響區(qū)以外、不受施工破壞的穩(wěn)固地方，并便于聯(lián)測(cè)。監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布置在牢靠、通視條件好、比較隱蔽、人員和車(chē)輛不會(huì)經(jīng)過(guò)的地方，以利于保護(hù)基準(zhǔn)點(diǎn)?；油练介_(kāi)挖施工前，對(duì)所有基準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)2次，以保證觀測(cè)的正確性。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和工程實(shí)際情況，在基坑邊上布設(shè)14個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，布置位置如圖7所示。

（2）儀器選擇及觀測(cè)方法。主要采用極坐標(biāo)法進(jìn)行水平位移觀測(cè)，即在工作基點(diǎn)上安置全站儀，用四測(cè)回測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)的水平角度及水平距離計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，與上期觀測(cè)值進(jìn)行比較得出本次觀測(cè)水平位移量，與其初始值比較計(jì)算出累計(jì)水平位移量。采用平行于基坑邊的坐標(biāo)系統(tǒng)。水平位移采用GTS-751全站儀檢測(cè)，其望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)為30倍，測(cè)試距離（三棱鏡）為4 km，測(cè)距精度為±（2 mm+2 ppm×D），D為測(cè)量距離（km），測(cè)角精度為1″。監(jiān)測(cè)過(guò)程中，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保持儀器固定、人員固定、監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)路線(xiàn)固定。

（3）監(jiān)測(cè)周期。按照相關(guān)規(guī)范的要求，土方開(kāi)挖深度5.0～10.0 m期間，觀測(cè)頻率為1次/d，若遇陰雨天氣或出現(xiàn)異常情況，則增加觀測(cè)次數(shù)。

（4）監(jiān)測(cè)警戒值。根據(jù)GB 50497-2009《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，該工程基坑為一級(jí)基坑，基坑水平位移累計(jì)報(bào)警值為30 mm，變化數(shù)率報(bào)警值為2～3 mm/d。

圖7　基坑位移及沉降觀測(cè)點(diǎn)平面布置

4.1.2基坑及大廣高速公路沉降觀測(cè)

（1）布點(diǎn)方案。以基坑水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為基坑及高速公路沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（2）儀器選擇及觀測(cè)方法。沉降觀測(cè)使用天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀及銦鋼水準(zhǔn)標(biāo)尺，放大倍率為32倍，1 km往返測(cè)中差0.3 mm，測(cè)距范圍1.5～100 m。每次觀測(cè)都采取單路往返閉合法，從基準(zhǔn)點(diǎn)起測(cè)，依次測(cè)出每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，并與上次觀測(cè)高程及初始高程進(jìn)行比較。

（3）監(jiān)測(cè)周期。開(kāi)挖過(guò)程中及下部結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，監(jiān)測(cè)頻率為1次/d，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)沉降及位移情況有疑問(wèn)時(shí)適當(dāng)加測(cè)。直至基坑回填完成，沉降達(dá)到穩(wěn)定（沉降量不大于0.2 mm/d）時(shí)停止監(jiān)測(cè)。

4.2觀測(cè)成果

通過(guò)連續(xù)觀測(cè)，將數(shù)據(jù)收集整理后繪制位移-時(shí)間曲線(xiàn)和沉降速率-時(shí)間-沉降量曲線(xiàn)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的沉降及位移變化極小，總體而言，開(kāi)始開(kāi)挖時(shí)位移和沉降量較大，隨著時(shí)間的延續(xù)，位移和沉降量越來(lái)越小，且趨于穩(wěn)定。到承臺(tái)施工完成回填后，未發(fā)生明顯沉降及位移變化，支護(hù)效果良好。

5　結(jié)語(yǔ)

該工程采用高樁防護(hù)加低鋼板樁防滲的組合方法進(jìn)行基坑防護(hù)，位移與沉降觀測(cè)結(jié)果表明基坑位移與沉降及整體變形小，取得了良好支護(hù)效果。該防護(hù)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)緊鄰道路及其他構(gòu)筑物的影響小，同時(shí)防護(hù)樁剛性支護(hù)受力簡(jiǎn)單明確，易于設(shè)計(jì)，且實(shí)際使用安全可靠，對(duì)于安全要求等級(jí)較高的基坑防護(hù)有較高的應(yīng)用價(jià)值，是值得普遍應(yīng)用的支護(hù)方法。

（2）縮短了工期。灌注樁完成后，即可進(jìn)行鋼板樁側(cè)土方卸載、插打鋼板樁、土方開(kāi)挖等施工，邊坡支護(hù)與土方開(kāi)挖幾乎同步進(jìn)行，各工序可實(shí)現(xiàn)最大限度的搭接，工期明顯縮短。

（3）減少了挖填土方量。由于施工時(shí)只在鋼板樁支護(hù)側(cè)頂部進(jìn)行部分臺(tái)階式開(kāi)挖，降低了鋼板樁支護(hù)長(zhǎng)度及所受荷載，減少了土方開(kāi)挖量。

（4）節(jié)約鋼筋用量。采用矩形等效截面驗(yàn)算配筋與彎矩圖圓截面配筋復(fù)核的方法計(jì)算配筋，雖然計(jì)算略顯復(fù)雜，但極大地節(jié)約了鋼筋用量，對(duì)于大型工程，是值得提倡的一種方法。

（5）解決了場(chǎng)地狹小給施工帶來(lái)的不利影響，并保證了相鄰構(gòu)筑物、建筑物及地下管線(xiàn)的安全。

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中圖分類(lèi)號(hào)：U445.55

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-2668（2016）03-0211-04

收稿日期：2016-01-04