砂卵石地層條件下拉森板樁圍堰施工技術(shù)探析

曹 文 峰

(福建長大建設(shè)有限公司，福建 福州 353000)

1 工程概況

某大橋橫跨水陽江，長728 m，寬12.908 m，上部結(jié)構(gòu)為等截面預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱形梁，按(4×30 m)×6布置，采用先簡支后連續(xù)方法敷設(shè)，航道通航等級(jí)為限制性 Ⅳ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)(見圖1)。全橋共設(shè)25個(gè)橋梁墩臺(tái)，其中9號(hào)～12號(hào)墩位于水陽江內(nèi)，基礎(chǔ)為直徑1.7 m水泥混凝土鉆孔灌注樁，承臺(tái)高2 m，承臺(tái)上鋼筋混凝土圓柱直徑為1.5 m，柱上蓋梁高1.6 m。常水位27.0 m，最高洪水位27.5 m。其中9號(hào)承臺(tái)底標(biāo)標(biāo)高最低，為24.072 m。

2 承臺(tái)開挖范圍內(nèi)地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，承臺(tái)開挖范圍地質(zhì)可劃分為3層：

第①層為素填土，厚度約在2.1 m～2.8 m。

第②層為卵石，厚度7 m～10 m；卵石色雜，以黃褐色和灰色占大部分，稍松～中密，含量為61%～72%，充填物以礫砂夾雜少量粘性土，粒徑5 cm～9 cm，個(gè)別粒徑大于12 cm，局部夾雜21 cm～42 cm漂石。經(jīng)檢測，該卵石層透水系數(shù)為100 m/d～500 m/d。

第③層為微風(fēng)化石灰?guī)r。

3 承臺(tái)圍堰開方案比選

3.1 方案一

雙壁鋼圍堰。該類圍堰由于采用雙壁結(jié)構(gòu)，雙壁之間由加強(qiáng)件連接，因此剛度和強(qiáng)度較大，抗水流沖擊能力強(qiáng)，適用于大型河流的深水基礎(chǔ)，同時(shí)要求河床為巖質(zhì)以提供圍堰承載力，且要求河床覆蓋層較薄。雙壁鋼圍堰能提供頂部施工平臺(tái)，但造價(jià)高，施工周期長，定位較難，施工時(shí)需大型船舶，回收利用率低。

3.2 方案二

土石圍堰。該類型圍堰具有造價(jià)低、材料取用方便、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)。適用于河床覆蓋層較薄，河床滲水性小的場所。

3.3 方案三

鋼板樁圍堰。該類型圍堰強(qiáng)度相對(duì)較高，采用高壓射水輔助工法時(shí)可容易打入卵石層?？稍跓o水、淺水和深水基礎(chǔ)中使用，且可視情況施加內(nèi)部支撐。止水性能較好，且便于按照基坑形式布置不同外形，可重復(fù)使用。

從本工程實(shí)際來看，水中橋墩平均水深3 m～3.5 m，首層素填土覆蓋層厚2.1 m～2.8 m，第②層地質(zhì)為卵石地層，透水性較大，方案一和方案二均不能滿足工程需要。經(jīng)綜合考慮后先在墩臺(tái)位置筑島，提供施工平臺(tái)，在筑島上采用鋼板樁圍堰支護(hù)，開挖承臺(tái)基坑。

4 承臺(tái)圍堰布置

經(jīng)計(jì)算，鋼板樁圍堰外形尺寸為14.6 m×5.6 m。拉森板樁入土深度約6 m，采用40號(hào)H型鋼作為內(nèi)撐，由于河床底面第②層地質(zhì)為卵石夾砂層，為使鋼板樁能夠順利打入該地層，鋼板樁型號(hào)擬采用4號(hào)小齒口拉森樁，長度初步選定為12 m。圖2為鋼板樁圍堰平面布置情況。

5 拉森鋼板樁施工

5.1 施工工藝流程

水中筑島及場地整平→測量放線→沉樁導(dǎo)向溝開挖→鋼板樁插打→設(shè)置內(nèi)支撐→基坑開挖→水下混凝土封底→水下承臺(tái)施工→鋼板樁拔除→筑島挖除。

5.2 鋼板樁施工插打

1)鋼板樁插打前應(yīng)檢驗(yàn)合格，鎖口內(nèi)雜物應(yīng)清除干凈，確保鋼板樁止水效果符合要求。對(duì)于使用過的鋼板樁應(yīng)特別注意檢查是否出現(xiàn)鎖口扭曲、“死彎”等問題，如有發(fā)現(xiàn)此類缺陷應(yīng)進(jìn)行校正。嚴(yán)禁未經(jīng)檢驗(yàn)合格的鋼板樁直接用于工程。圍堰四角采取角板樁。

2)鎖口位置是鋼板樁圍堰止水防滲的關(guān)鍵，需采取防滲措施。鋼板樁主要靠鎖口之間的咬合來止水防水，鋼板樁鎖口之間摩擦力會(huì)增加施工的困難，且僅靠鋼板樁鎖口之間的咬合不能完全起到防水止水效果。因此為減少鋼板樁在施工過程中的相互摩擦力，確保鋼板樁在使用時(shí)防水止水效果，鋼板樁鎖口間應(yīng)采取潤滑和防滲措施。經(jīng)參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，本工程在鋼板樁鎖口位置涂以混合油，其體積配合比為干膨潤土∶黃油∶干鋸沫=5∶5∶3。

3)鋼板樁正式插打前應(yīng)由測量人員對(duì)鋼板樁圍堰位置進(jìn)行測量放樣。施工時(shí)，為使鋼板樁平面位置準(zhǔn)確，并使其垂直度符合要求，應(yīng)采用導(dǎo)向架輔助定位，導(dǎo)向架采取單層雙面形式。用打樁機(jī)緩慢吊起鋼板樁，使鋼板樁尖離開地面約30 cm時(shí)停止提升，移動(dòng)鋼板樁就位，并采用人工輔助扶正。對(duì)準(zhǔn)鎖口后，不可直接啟動(dòng)振動(dòng)錘振動(dòng)下沉，應(yīng)先靠振動(dòng)錘及鋼板樁自身重量，使鋼板樁下沉至不能下降為止，然后才能開啟振動(dòng)錘插打，直至插打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。松開振動(dòng)錘液壓夾口，提升振動(dòng)錘，并開始插打第2根樁，此后重復(fù)步驟直至所有樁施工完畢。鋼板樁插打過程中，應(yīng)注意保證樁頂高程一致，并確保入土深度不低于設(shè)計(jì)入土深度。鋼板樁的垂直度對(duì)于圍堰的止水效果有較大影響，因此應(yīng)確保鋼板樁的傾斜度不大于2%。對(duì)于垂直度不符合要求的樁，應(yīng)及時(shí)糾正。傾斜度過大采用常規(guī)拉伸方法無法糾正時(shí)，應(yīng)拔起重新插打。

5.3 鋼板樁的拔除

1)鋼板樁拔除時(shí)應(yīng)按照一定的順序進(jìn)行，并選定拔樁起點(diǎn)。針對(duì)封閉式鋼板樁圍堰，起點(diǎn)不可是角樁，且離角樁應(yīng)超過5根以上。采用跳拔的方法拔樁，拔樁順序與打樁順序相反。

2)拔樁時(shí)由于內(nèi)外土層的摩擦阻力，可能會(huì)導(dǎo)致拔樁困難。拔樁時(shí)可先夾緊鋼板樁端部，開啟樁錘振動(dòng)1 min～2 min，然后再緩慢的振拔。振動(dòng)可使鋼板樁兩側(cè)的土體松動(dòng)，有效減小鋼板樁與兩側(cè)土體的摩阻力。

3)如遇到常規(guī)方法拔除困難的鋼板樁，可采用下沉—振動(dòng)—拔除的方式拔除。具體方法是可先將鋼板樁振動(dòng)下沉一定深度，一般為10 cm～30 cm，然后再振動(dòng)拔除。由于鋼板樁采用振動(dòng)拔除，且拔樁過程中可能夾帶出部分土層，會(huì)影響河床沉降和位移，給已完工承臺(tái)結(jié)構(gòu)帶來危害。因此在拔樁前應(yīng)制定拔樁方案，確定拔樁順序和拔樁時(shí)間，拔樁后出現(xiàn)的孔隙用壓密注漿填實(shí)。

6 施工時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

1)鋼板樁插打前應(yīng)進(jìn)行技術(shù)交底，人員應(yīng)持證上崗。

2)高壓射水助沉。本工程第2層為卵石，在鋼板樁插打過程中遇到下沉困難。經(jīng)項(xiàng)目部組織技術(shù)人員研究后，確定采取高壓射水方式助沉。高壓射水管道采用內(nèi)徑為16 mm，壁厚0.6 mm的無縫鋼管制作，長度確定為8.5 m。為減少鋼管出水端的阻力，增加出水端壓力，將出水端壓扁呈橢圓形，內(nèi)徑寬度控制在2 mm左右，進(jìn)水端采用螺紋套筒方式與進(jìn)水管連接。將制作完畢的高壓注水鋼管焊接到鋼板樁中央，焊接應(yīng)牢固。鋼板樁插打時(shí)，應(yīng)保證振動(dòng)錘振動(dòng)的同時(shí)開啟和高壓射水同步進(jìn)行。通過高壓射水助沉工藝，有效解決插打困難問題。

3)嚴(yán)格控制基坑口荷載。坑口荷載主要有堆土荷載、材料荷載和施工機(jī)具荷載?？觾?nèi)挖土不可直接堆放在基坑周圍?；娱_挖時(shí)，應(yīng)避免沖擊荷載和坑口堆載對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，確?；影踩?。

4)加強(qiáng)基坑監(jiān)測。嚴(yán)格按照基坑監(jiān)測方案執(zhí)行，監(jiān)測應(yīng)貫徹基坑開挖及回填全過程，并對(duì)鋼板樁撓度、圍檁撓度、坑底隆起、突涌進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，并及時(shí)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)予以分析并反饋給施工過程，確保施工安全。

7 結(jié)語

基坑開挖前，組織編制了雙壁鋼圍堰、土石圍堰、鋼板樁等支護(hù)進(jìn)行比較。其他方法或施工困難、或工期長造價(jià)高、或不能有效防止砂卵石地層的滲水，均不能滿足工程需要。經(jīng)多方比選，在砂卵石地層中采用拉森板樁與高壓射水配合方案，具有施工周期短、成本低、防水止水效果好等優(yōu)點(diǎn)，有利于節(jié)約投資。在類似地質(zhì)、水文條件的工程中，可以借鑒參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] JGJ 120—99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 龔曉南.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.