復(fù)雜地質(zhì)大型承臺深基坑鋼板樁圍堰施工技術(shù)

李光均

（中鐵上海工程局集團第一工程有限公司，安徽蕪湖 241000）

1 引言

由于橋梁承臺基礎(chǔ)所在的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境各不相同，橋梁承臺基坑圍護結(jié)構(gòu)的形式越來越多，如放坡開挖法、鋼板樁圍堰、鋼管樁圍堰、雙壁鋼圍堰、咬合樁圍護結(jié)構(gòu)等。承臺基坑圍護結(jié)構(gòu)形式必須從技術(shù)、經(jīng)濟、安全等方面進行比選后確定。當大型承臺深基坑位于細圓礫土和粉砂巖層時，由于基坑深度較大，水流湍急，承臺施工受河水水位影響極大，常規(guī)基坑支護結(jié)構(gòu)容易透水，而鋼板樁插打難度大，應(yīng)盡可能減少基坑暴露的時間，加快施工進度，防止基坑出現(xiàn)安全隱患。

本文以新建杭州至溫州鐵路義烏至溫州段站前及相關(guān)工程HWZQ-3 標工程仙居特大橋56 號墩深基坑支護結(jié)構(gòu)施工為例，介紹復(fù)雜地質(zhì)大型承臺深基坑鋼板樁圍堰施工技術(shù)，可為同類型地質(zhì)條件下的深基坑支護結(jié)構(gòu)提供一種實用而有效的施工方法。

2 工程概況

新建杭州至溫州鐵路義烏至溫州段站前及相關(guān)工程HWZQ-3 標工程仙居特大橋（84+5×150+84）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁56#主墩承臺位于永安溪河道中，永安溪位于仙居縣中部，為椒江流域上游源頭溪流，流域面積2 704 km2。永安溪屬于典型的山溪性河流，河床比降較大、流速快、水深淺，河道寬度約550 m，常水位時水深約2 m，夏季河道水位主要受上游水庫泄洪的影響較大，最高洪水水位約67 m，水流速度為2.21 m/s。

56#主墩承臺的地勘資料顯示，56#承臺范圍內(nèi)自上而下地層分布情況為：河床上采用2 m 厚的素填土進行筑島，粉砂巖層中局部夾雜淺層凝灰?guī)r。

承臺尺寸為20.1 m×14.6 m×5.5 m，承臺底標高為53.556 m，施工水位標高61 m，考慮到鉆孔樁施工因素，主墩采用筑島后施工樁基承臺基礎(chǔ)，筑島后地面標高為62 m，承臺下方墊層厚度為0.3 m，基坑開挖深度為8.744 m。

3 圍堰的方案設(shè)計

由于永安溪河流水深較淺，并且只有受到上游水庫泄洪以及突降暴雨時，水位才有上漲的趨勢，洪水漲退的時間較短。施工期間若遇到洪水來臨，將停止承臺施工。綜合連續(xù)梁56#主墩承臺位置的地質(zhì)水文特征以及工期成本的影響，56#主墩承臺深基坑圍堰最終選擇拉森鋼板樁圍堰進行施工，圍堰鋼板樁的插打技術(shù)措施是施工控制的重點和難點。

圍堰鋼板樁采用拉森IV 型鋼板樁，樁長15 m，鋼板樁錨固至封底混凝土底部5.956 m。圍堰內(nèi)部設(shè)置2 層圈梁和內(nèi)支撐，其中，圈梁采用雙拼H400×400 mm 型鋼制成，第一層圈梁設(shè)置在原地面以下2 m，圈梁下方每隔3 m 設(shè)置1 道型鋼三角托架支撐，型鋼三角托架采用[10 槽鋼制作而成，并焊接在鋼板樁側(cè)面；第二層圈梁與第一層圈梁相隔3.5 m。圍堰內(nèi)支撐采用φ630 mm×8 mm 螺旋鋼管，每層內(nèi)支撐分為斜撐和對角撐兩種結(jié)構(gòu)形式，每層均設(shè)置1 根對角支撐，圍堰四個角分別設(shè)置2 根斜撐，內(nèi)支撐與圈梁之間采用焊接連成整體，確保圍堰整體穩(wěn)定性。56#墩承臺拉森鋼板樁圍堰平面圖如圖1 所示。

圖1 56#墩承臺拉森鋼板樁圍堰平面圖

4 拉森鋼板樁圍堰的施工方法

拉森鋼板樁圍堰的施工順序為：圍堰筑島→樁位引孔置換土→鋼板樁插打→基坑開挖→圈梁內(nèi)支撐安裝→封底混凝土澆筑→承臺第一次混凝土澆筑→基坑回填至下層內(nèi)支撐→拆除下層圈梁內(nèi)支撐→承臺第二次混凝土澆筑→基坑回填至承臺頂→拆除上層圈梁內(nèi)支撐→鋼板樁拔出。

4.1 圍堰筑島

由于56#主墩位置在河道中，水深約2 m，拉森鋼板樁施工前需對承臺周邊進行筑島，給圍堰鋼板樁插打提供良好的工作平臺。筑島的寬度原則上是以承臺邊外放6 m，利于后期樁位引孔以及鋼板樁插打施工，筑島平臺頂面標高設(shè)計為62 m，高于洪水位1 m，迎水面坡率按1∶2.5 設(shè)置，坡面防護采用鋼筋石籠防護，厚80 cm。筑島所用材料為優(yōu)質(zhì)黏土，施工期間采用推土機和裝載機將黏土分層碾壓。筑島時由岸邊向河道中央進行推進，由河道上游向下游進行填筑。

4.2 樁位引孔

由于56#墩承臺位置下方分布有深厚的粉砂巖，鋼板樁無法按照常規(guī)工藝順利插打至設(shè)計高程。施工期間，通過旋挖鉆引孔置換土的方案輔助鋼板樁插打施工，采用直徑1.2 m 的旋挖鉆隔樁跳打的方式進行引孔，孔間距0.8 m，孔位咬合重疊0.4 m，確保后期鋼板樁能夠順利打入設(shè)計土層中。待每個孔位鉆到設(shè)計標高后采用黏土回填至孔口，完成孔位處的土方置換，接著繼續(xù)隔樁引下一個孔位，如此反復(fù)循環(huán)直至所有孔位引孔完畢。

4.3 鋼板樁插打

鋼板樁采用委外租賃廠家既有的拉森IV 型鋼板樁，鋼板樁插打前由測量人員提前放樣出鋼板樁圍堰的4 個角點，然后利用石灰線做標識，將拉森鋼板樁圍堰的4 條邊定位準確。施工時首先打入鋼板樁圍堰的定位樁，鋼板樁插打前利用圍堰的圈梁作為導(dǎo)向系統(tǒng)，確保鋼板樁插打的精度。鋼板樁采用ZX470 型液壓打拔樁機進行插打，插打時由技術(shù)人員重點控制鋼板樁的垂直度，插打過程中采用兩臺全站儀沿兩個正交方向分別觀測鋼板樁的垂直度情況。圍堰4 個角點位置的鋼板樁設(shè)計時根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用異形鋼板樁，確保鋼板樁能夠順利合龍。

4.4 圍堰土石方開挖

鋼板樁插打合龍后進行基坑的開挖施工?；娱_挖遵循“分層開挖，先撐后挖，對稱開挖”的原則[1]。基坑開挖時，必須注意及時安裝圈梁和內(nèi)支撐，減小基坑邊形，保證基坑安全?；娱_挖采用1 臺長臂挖機和1 臺普通挖掘機配合進行開挖，其中，普通挖掘機停留在基坑內(nèi)部，長臂挖機停放在原地面進行開挖。為加快施工進度，河床筑島時的素填土和河床下部的細圓礫土采用普通挖掘機直接進行開挖?；酉虏康纳詈穹凵皫r層無法利用普通挖掘機直接開挖，必須采用炮錘提前將硬巖破除后，再用挖掘機開挖。基坑開挖期間應(yīng)及時對基坑的變形進行監(jiān)測，在圍堰鋼板樁頂部以及圈梁上彎矩較大位置設(shè)置水平位移觀測點，圍堰每邊平均設(shè)置3 個觀測點?；酉蛳麻_挖期間，平均每天進行一次監(jiān)測，直至開挖停止后連續(xù)3 d 的監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定[2]。

4.5 圈梁、內(nèi)支撐安裝

基坑開挖至圈梁、內(nèi)支撐以下50 cm 時，應(yīng)立即安裝圈梁和內(nèi)支撐，嚴禁超挖。圈梁和內(nèi)支撐均采用500 kN（50 t）履帶吊吊裝安裝。圍堰圈梁和內(nèi)支撐均在型鋼加工廠提前加工好，然后由平板車運輸至基坑邊的平臺上，由履帶吊吊裝至設(shè)計位置安裝到位。其中，圍堰長邊圈梁長度達22.1 m，圈梁的接頭加工應(yīng)設(shè)置在剪力較小位置，結(jié)合型鋼長度的限制，接頭一般設(shè)置在跨中位置，接頭加工注意設(shè)置加強鋼板。由于鋼板樁插打過程中存在一定的誤差，因此，圈梁與部分鋼板樁之間存在不密貼的情況，此時應(yīng)在圈梁與鋼板樁之間填塞鋼板，確保圈梁與鋼板樁之間密貼，受力均勻后方可進行下一道工序施工。圈梁下方采用[10 槽鋼三角托架進行支撐，[10 槽鋼與鋼板樁之間采用焊接連接[3，4]。為防止拉森鋼板樁圍堰施工期間，鋼管內(nèi)支撐發(fā)生脫落現(xiàn)象，將鋼管內(nèi)支撐與鋼板樁之間采用直徑16 mm 的鋼絲繩進行拉結(jié)固定。圍堰內(nèi)支撐由500 kN（50 t）履帶吊吊裝至設(shè)計位置與圈梁進行對位焊接連接成整體。圈梁內(nèi)支撐下方與牛腿連接的大樣圖如圖3 所示。

圖3 圈梁內(nèi)支撐與牛腿連接大樣圖

4.6 鋼板樁圍堰的拆除

拉森鋼板樁圍堰拆除的順序與安裝順序相反，先拆除圈梁和內(nèi)支撐，然后拆除鋼板樁，由500 kN（50 t）履帶吊吊裝進行拆除。根據(jù)56#主墩承臺鋼板樁圍堰的結(jié)構(gòu)受力體系，結(jié)合承臺大體積混凝土施工的要求，承臺混凝土分兩次澆筑成型，圍堰圈梁和內(nèi)支撐對應(yīng)的也分兩次進行拆除[5]。56#主墩承臺高度為5.5 m，承臺第一次混凝土澆筑高度為2.5 m，第二次混凝土澆筑至承臺頂。待承臺第一次混凝土澆筑完畢后，對承臺基坑進行回填，回填標高至下層圈梁和內(nèi)支撐底部，然后利用500 kN（50 t）履帶吊吊裝拆除下層圈梁和內(nèi)支撐。待承臺第二次混凝土澆筑完畢后，將承臺基坑回填至承臺頂部，然后利用履帶吊吊裝拆除上層圈梁和內(nèi)支撐。承臺基坑回填時利用基坑開挖時的細圓礫土分層進行回填，采用打夯機分層夯實。鋼板樁采用ZX470 型液壓打拔樁機逐根進行拔出。鋼板樁圍堰拆除后的有關(guān)材料由平板車拉出場地指定地點堆放。

5 結(jié)語

通過在水中墩承臺位置進行筑島，在筑島平臺上利用旋挖鉆機進行引孔將拉森鋼板樁插打至深厚的粉砂巖層中，完成拉森鋼板樁圍堰的施工，另外，根據(jù)承臺混凝土澆筑的順序結(jié)合大型承臺拉森鋼板樁圍堰的受力體系分層拆除拉森鋼板樁圍堰圈梁和內(nèi)支撐，以上施工方法在新建杭州至溫州鐵路義烏至溫州段站前及相關(guān)工程HWZQ-3 標工程仙居特大橋56#主墩承臺深基坑支護結(jié)構(gòu)中成功應(yīng)用，有效地保障了復(fù)雜地質(zhì)大型承臺深基坑的施工安全，也取得了良好的社會經(jīng)濟效益，為類似工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗。