排閘箱涵深基坑施工技術探討

王俊域

（中交二航局第一工程有限公司,湖北 武漢 431400）

0 引言

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，工程結構中深基坑工程設計與施工面臨越來越復雜的環(huán)境條件，基坑工程也隨著科技創(chuàng)新的發(fā)展涌現(xiàn)出多種不同的施工工藝。例如：SWM工法樁支護、放坡開挖支護、錨桿及錨桿組合支護、各類型鋼板樁支護、重力式擋土墻支護、鋼管樁支護、鉆孔灌注排樁支護、地連墻永臨結合支護等[1-3]。臨水地區(qū)水利工程改建結構中的基坑工程，往往面臨地下水位高、周邊施工環(huán)境復雜等問題，選擇既經(jīng)濟又安全的支護工藝對項目建設的意義重大[1-3]。

1 工程概況

1.1 項目概況

該標段勝陽港自排閘里程樁號K5+310，主要施工內(nèi)容為將現(xiàn)狀自排閘拆除，原位新建長63.5 m箱涵，6.8 m長閘室。箱涵斷面尺寸3.0×3.5 m。箱涵靠江側(cè)設計1座自排閘，平面尺寸4.4×6.3 m。自排閘底標高+12.530。現(xiàn)狀地面標高+24.5 m，深約13 m，勝陽港閘內(nèi)湖水位+16.13 m。勝陽港自排閘縱斷面圖見圖1。

圖1 勝陽港自排閘縱斷面圖

1.2 地質(zhì)

地勘報告顯示該項目地質(zhì)從上往下依次為雜填土、粉質(zhì)黏土、黏土和粉細砂層，素填土主要為大堤堤身填土。紅褐色、黃褐色、灰褐色、灰白色等，主要成分為黏土、粉質(zhì)黏土等，為堤身多年來加高培厚的產(chǎn)物，該層厚度大小不等，主體呈可塑狀。雜填土主要由碎磚塊、混凝土碎塊、中砂、頁巖碎塊、砂質(zhì)碎塊、鋼渣、煤渣及黏性土等組成，粒徑大小混雜，厚度0.5～16.5 m。該層主要分布于市區(qū)黃石港堤、勝陽港堤、石灰窯堤、黃思灣堤段。該層呈稍濕～濕、稍密～中密狀態(tài)。

勝陽港自排閘箱涵底標高+12.53 m。自排閘箱涵結構，均處于地層中的填土層，即箱涵持力層位于填土層中。

1.3 地下水

勝陽港起排水位+17.8 m，上層滯水含水層厚度變化較大，厚度在1.4～6.5 m之間，地下水埋深1.0 m左右，地下水補給來源主要是大氣降水以及地表的生活污水，孔隙潛水主要埋藏于第四系淺層砂性土層中，含水層厚度變化很大，一般3.0～35.0 m之間。地下水埋深1.0～6.0 m，主要接受大氣降水的補給，水位隨季節(jié)變化大。

2 基坑支護設計

基坑開挖深度12.5 m，水文地質(zhì)條件為Ⅲ等，基坑工程重要性等級為一級。

箱涵及閘室基坑按照設計采用鉆孔灌注樁+2道內(nèi)支撐支護開挖，灌注樁直徑0.8 m，樁間距1.0 m，樁長21 m。樁外側(cè)采用直徑0.8 m旋噴柱樁間止水，長度15 m。鉆孔樁頂部設冠梁1.2 m×0.8 m。內(nèi)支撐共兩道，第一道為鋼筋混凝土支撐，第二道為鋼支撐。混凝土支撐結構，斷面尺寸0.6 m×0.6 m。平面間距 8 m，共 11道。鋼支撐結構，鋼管φ609，δ=16 mm；腰梁采用兩根工45C型鋼進行雙拼，鋼支撐預加軸力設計值1 300 kN。平面間距4 m，共19道?；炷林闻c鋼支撐垂直間距6 m。箱涵典型支撐斷面圖見圖2。

圖2 典型支護斷面圖

3 支護施工

3.1 鉆孔灌注樁施工

樁基采用成品鋼護筒，鋼護筒壁厚8 mm，長度2 m，鋼護筒直徑比樁基設計直徑大30 cm，護筒頂部設置溢漿排放口，泥漿池設置在底板的基坑范圍內(nèi)，通過泥漿泵輸送泥漿至樁基孔口內(nèi)。鉆渣與泥漿充分混合后，再通過泵抽取泥漿到沉淀池，形成循環(huán)的回路，根據(jù)樁基地質(zhì)材料特性，適時加入膨潤土等作鉆孔造漿材料。

測量進行樁位放樣，鉆機定位復測后鉆進成孔，當孔深達到設計標高時，采用鉛錘進行孔深測量，判斷孔深是否達到設計標高，同時根據(jù)巖樣與地勘的巖層進行對比，判斷是否吻合。利用檢孔器測試孔徑和垂直度是否滿足設計要求。

采用導管法灌注樁基混凝土，混凝土由商混站供應，混凝土灌注時保持導管底部距離混凝土面層2～6 m的距離。

3.2 高壓旋噴樁止水帷幕施工

高壓旋噴樁采用雙管法施工，旋噴樁正式施工前，進行工藝性試樁。高壓旋噴樁水泥漿液水灰比為1∶1，具體根據(jù)試樁質(zhì)量檢測結果確定水泥漿液的水泥摻量、漿液配比及漿液中摻和料與外加劑的種類及摻量等施工技術參數(shù)。施工前檢查和保養(yǎng)設備，確保設備的起升和鉆桿運轉(zhuǎn)良好，施工時保持設備的底盤水平。同時保持鉆桿立柱處于垂直狀態(tài)，保證樁機鉆桿立柱的垂直度偏差小于1/250，樁位的偏差不得大于5 cm，成樁的直徑誤差不得大于1 cm。

旋噴樁晚于圍護樁施工，坑外有保護對象時宜按由近到遠的順序施工。施工時候采用鉆一跳一的方法進行，相鄰兩根樁之間施工間隔時間不小于48 h，同時樁基施工間距也不小于 4～6 m。

鉆進過程中保持鉆桿垂直，樁基成樁垂直偏差不大于1.0%，準確控制好鉆進及噴漿的深度或高程。鉆桿下鉆達到設計的深度以后，鉆機噴頭緩慢下放，同步進行高壓旋噴，噴灌達到指定深度以后，拌制水泥漿液，通過泵管噴射水泥漿液并與土體進行攪拌，邊攪拌邊提升，反復提升下鉆2～3次，施工過程中提升速度保持勻速緩慢。

3.3 冠梁及混凝土支撐施工

鉆孔樁及止水樁施工完成后，測量進行冠梁邊線放樣，并進行土方開挖，按照設計冠梁底標高在樁基上進行放樣，放樣點可以在側(cè)面進行引出。采用機械切割設備按照標高切割樁頭鑿除線，樁頭鑿除時從水平方向往樁芯鑿，鑿除過程中注意保護樁頭鋼筋，不得切割樁頭鋼筋。樁頭鑿除完成后采用空壓機對現(xiàn)場進行清理，然后綁扎鋼筋。

鋼筋在加工廠進行半成品加工，加工后采用平板車運輸至現(xiàn)場，運輸過程中注意半成品保護。鋼筋安裝時注意鋼筋的擺放間距尺寸和主筋的位置，主筋分布在梁的兩側(cè)及上下方向，嚴格按照設計圖紙的間距和尺寸進行安裝。冠梁及混凝土模板均采用1.4 cm厚竹膠板，外設60×80 mm方木，澆筑C15墊層作為底模。冠梁及混凝土支撐均采用商品混凝土，采用泵車泵送澆筑。

3.4 鋼支撐施工

基坑的第二道支撐為鋼支撐，采用Φ609×16鋼管，鋼圍檁采用雙拼工45C型鋼。

鋼管與鋼圍檁的連接形式為：一端焊接于鋼圍檁上，另一端鋼管接上活絡頭，活絡頭與鋼圍檁中間用鋼楔嵌固。工藝流程如下：支撐編號→焊鋼板托架→鋼圍檁就位→鋼支撐就位校正→施加預應力→緊固鋼楔→拆除液壓千斤頂→鋼支撐與鋼圍檁連接。

先安裝圍檁支架，用手電鉆在樁固定螺栓位置鉆孔，然后打入膨脹螺栓并擰緊，使其緊貼樁面。起重機將現(xiàn)場拼裝完成的標準鋼檁條吊入基坑。在基坑內(nèi)用挖掘機或起重機將鋼檁條人工架設在檁條支架上，鋼檁條之間使用鋼板焊接。固定端鋼管焊接好后，用起重機將其他鋼管吊入基坑，用高強度螺栓連接成一個整體。安裝受壓端時先將柔性頭安裝在接管上，調(diào)整鋼管軸線與預埋件中心一致，用液壓千斤頂將設計軸向力的100%預加載到端部的壓力結束。

鋼支架吊裝到位后，不要松開吊鉤，拉出活動頭一端靠在鋼檁條上，然后將兩臺100 t液壓千斤頂放入頂壓位置，用支架固定。液壓千斤頂在施工時應平衡頂壓，使千斤頂?shù)妮S向受力方向與支架中心線平行。將2臺100 t液壓千斤頂放入柔性頭的壓縮位置。一旦油管連接好，就可以打開泵并在柔性頭的一端施加預應力。預緊到位后，擰緊柔性頭中的墊片并將其固定，然后回油以將其松開。打開千斤頂，解開起重鋼絲繩，完成支架安裝。

3.5 土方開挖及結構施工

該工程基坑場地周邊條件一般，出土坡道方向、出土口設置及基坑開挖施工條件受限?；娱_挖深度大、工期緊，綜合考量最后采用坑底機械小型挖掘機挖土結合汽車吊吊斗取土。基坑底部由小型挖機上料，地面處汽車吊直接卸料至渣土車或者卸料至地面后由挖機裝車。

在基坑頂停設汽車吊于基坑邊（間距5 m以上），基坑挖土作業(yè)時，基坑內(nèi)設置挖掘機挖土，運至吊斗，提升吊斗至基坑頂，將土方轉(zhuǎn)移至?？坑诨舆叺脑淋噧?nèi)外運。土方開挖遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則進行。

當現(xiàn)場開挖完成后實測承載力不足時，應進行地基處置，可設計換填100 cm厚6%水泥土進行地基處置。處置后對地基進行承載力檢測，經(jīng)檢測滿足設計要求后進行基礎施工?；A承載力滿足要求后澆筑墊層混凝土。墊層終凝以后可在墊層上進行鋼筋綁扎、模板安裝工作。箱涵施工時，先完成底板以及30 cm側(cè)墻的模板安裝以及混凝土澆筑工作，底板完成澆筑、強度滿足要求后再對剩余側(cè)墻以及頂板進行模板支架施工。

3.6 換撐拆撐

箱涵主體結構完成后，及時在灌注樁與外墻結構之間的間隙回填并澆筑C20素混凝土，完成支架的更換。C20素混凝土強度達到設計強度后，拆除第二層鋼支架，素土回填夯實至混凝土支架底部，然后拆除混凝土支架。箱形涵洞的底部結構和側(cè)壁完成并達到設計強度后，應拆除下部鋼支架。拆卸順序：收回支架→施加預應力→拆下鋼楔→拆下千斤頂→懸掛支架。

在拆除鋼支架之前，將支架放置在每根鋼管與鋼管的連接處。將支架放置在結構表面上，并使用千斤頂移除預應力端部的鋼楔。此時，可以松開每根鋼管接頭處的螺栓。拆除螺栓后，用手動起重機將鋼管吊至地面，用汽車起重機將鋼管從基坑中吊出。拆卸時按設計要求的順序進行拆卸。在拆除鋼管支架之前，操作員和吊點應位于鋼管兩側(cè)，以防止鋼管在起吊后擺動和傷人。鋼管和檁條的固定端可通過氧氣焊接切割移除檁條也通過氧氣焊接分為多個部分。

4 結束語

箱涵工程施工一般位于地下水較為豐富的區(qū)域，該工程結合實際情況采用鉆孔灌注樁圍護+2道內(nèi)支撐的支護結構形式，并且采用止水帷幕進行樁間止水，實踐證明，該設計的支護形式技術上可行、施工有效、安全穩(wěn)定性可控以及經(jīng)濟投資效益較好。施工期間各工序的技術要點結合設計圖紙和施工規(guī)范進行有效控制，保證支護結構施工質(zhì)量，促進主體結構安全順暢地完成施工，對類似地質(zhì)和施工環(huán)境的項目具有可以借鑒的經(jīng)驗。