陳創(chuàng)堅(jiān) 吳建軍 李淼森

1 工程概述

某擬建大橋跨越長(zhǎng)江主航道,其南塔緊貼長(zhǎng)江西岸大堤,承臺(tái)基坑開(kāi)挖深度為10 m,平面開(kāi)挖尺寸72 m×34 m。開(kāi)挖施工在筑島平臺(tái)上進(jìn)行,填土厚度4 m,建議對(duì)這部分填土進(jìn)行放坡、卸載開(kāi)挖,挖到原地面標(biāo)高后采取支護(hù)開(kāi)挖。

2 地質(zhì)概況

2.1 工程地質(zhì)參數(shù)

河床為由上游傾向下游的緩坡,高程-4.94 m～0.82 m,由于采砂局部形成小型陡坎。墩位處平臺(tái)回填土下地層分布第①層為全新統(tǒng)軟塑亞黏土和松散的粉砂,易被沖刷;第②層為全新統(tǒng)稍密～中密的砂類土及密實(shí)礫石土,地層呈從上至下顆粒由細(xì)至粗的韻律,分別為細(xì)、中砂、圓礫土,密實(shí)度也以稍密～中密～密實(shí)。

2.2 氣候、水文概況

橋址處最低水位出現(xiàn)在11月下旬至次年的2月上旬,最低水位標(biāo)高+3.0 m,施工平臺(tái)地面標(biāo)高+0 m,上層滯水為人工填土、粉質(zhì)黏土,水量較小,不具備統(tǒng)一的自由面。

3 基坑開(kāi)挖方案的確定

3.1 擋土灌注樁防護(hù)

支護(hù)形式及特點(diǎn):擋土灌注排樁是以現(xiàn)場(chǎng)灌注樁按照隊(duì)列形式布置組成的支護(hù)體系。其特點(diǎn)是剛度大,抗彎強(qiáng)度高,變形小,適應(yīng)性強(qiáng),對(duì)工作場(chǎng)地要求不高,振動(dòng)小,但是造價(jià)較高且止水能力較差。

適用條件:適用于基坑坑壁安全等級(jí)一、二、三級(jí);在軟土場(chǎng)中支護(hù)懸臂長(zhǎng)度不宜超過(guò)5 m;當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥孛鏁r(shí)不能單獨(dú)使用。

3.2 排樁內(nèi)支撐支護(hù)

支護(hù)形式及特點(diǎn):在排樁內(nèi)側(cè)設(shè)置型鋼或鋼筋混凝土水平支撐,用以支擋基坑側(cè)壁。其特點(diǎn)是受力合理,易于控制變形,安全可靠;但需要大量支護(hù)材料,基坑內(nèi)施工受一定影響。

適用條件:適用于基坑坑壁安全等級(jí)一、二、三級(jí);適用于各種不易設(shè)置錨桿的松軟土層及軟土地基;可與降水及止水措施結(jié)合使用。

加水平支撐時(shí),為保證排樁支護(hù)的抗彎剛度,灌注樁采用φ 1.0 m灌注樁防護(hù),坑周每延米防護(hù)孔樁一根,樁長(zhǎng)統(tǒng)一取20 m。支護(hù)采用鋼管或型鋼支護(hù),若采用φ 580 mm,壁厚10 mm鋼管作為水平支撐及臨時(shí)支墩,假定每6 m一道水平支撐,沿高度方向布設(shè)2層,中間布設(shè)3排(每8 m一排)臨時(shí)支墩。

3.3 鋼板樁支護(hù)

支護(hù)形式及特點(diǎn):采用特制的型鋼板樁,機(jī)械打入地下,構(gòu)成一道連續(xù)的板墻,形成擋土、擋水的圍護(hù)結(jié)構(gòu),其特點(diǎn)是承載力高、剛度大、整體性好、鎖扣緊密、水密性強(qiáng),能適應(yīng)各種形狀基坑及地層,打設(shè)方便、施工快速,可回收使用,但需要大量鋼材,一次性投資較高。

適用條件:基坑側(cè)壁安全帶為國(guó)際二、三級(jí);基坑周圍場(chǎng)地滿足堆放條件,土質(zhì)較好;可獨(dú)立或與其他支護(hù)方法結(jié)合使用;當(dāng)?shù)叵滤桓哂谄履_時(shí),應(yīng)采用降水措施。

3.4 灌注樁結(jié)合水泥土樁組合支護(hù)

支護(hù)形式及特點(diǎn):在基坑周圍按一定間距布設(shè)灌注樁,然后緊靠灌注樁內(nèi)側(cè)與外徑相切設(shè)置高壓水泥旋噴樁(見(jiàn)圖1),使其形成具有一定強(qiáng)度的組合體,組成一道防水帷幕,這樣既可抵抗土壓力、水壓力,又能起到擋水抗?jié)B的作用。其特點(diǎn)是:利用灌注樁承載力高、抗彎能力強(qiáng)的特點(diǎn)及灌注樁間水泥土樁結(jié)合體防水抗?jié)B的優(yōu)勢(shì),承載力高、剛度大、防水性好,比連續(xù)排樁支護(hù)快速,節(jié)省水泥、鋼材,造價(jià)相對(duì)較低,但所有支護(hù)均不可回收。

適用條件:尤其適合于地質(zhì)條件差的淤泥、流砂土層,地下水位較高的深基坑開(kāi)挖。

取混凝土灌注樁樁徑1.0 m,樁間距0.6 m;樁間設(shè)置旋噴樁,樁徑1.0 m。鉆孔樁樁長(zhǎng)20 m;旋噴樁樁長(zhǎng)17 m。

3.5 鉆孔咬合樁

支護(hù)形式及特點(diǎn):鉆孔咬合樁是用旋挖鉆機(jī)鉆孔,樁與樁之間相互咬合排列的一種基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu),如圖2所示。

為便于切割咬合,樁的排列方式一般設(shè)計(jì)為一個(gè)素混凝土樁或異形鋼筋混凝土樁(A樁)和一個(gè)鋼筋混凝土樁(B樁)間隔布置。

其特點(diǎn)是:基于重力式擋土墻的工作原理,利用鋼筋混凝土樁抵抗坑壁土主動(dòng)土壓力,利用素混凝土與鋼筋混凝土組合體防水止水,形成止水帷幕,承載力大,對(duì)水平支護(hù)要求不高。

適用條件:適合于任何地層,尤其是淤泥質(zhì)含水量高的地層,適用于狹窄場(chǎng)地垂直開(kāi)挖的深基坑。

3.6 鋼管樁與水泥土樁組合支護(hù)

支護(hù)形式及特點(diǎn):采用鋼管樁為主要支護(hù),機(jī)械打入設(shè)計(jì)地層標(biāo)高,對(duì)于受力要求較高部位打入前可對(duì)鋼管樁進(jìn)行適當(dāng)改造,在兩側(cè)增設(shè)防滑型鋼,鋼管樁布設(shè)到位后,在其管內(nèi)灌砂壓實(shí)。然后,在鋼管樁靠基坑外側(cè)與管樁相切設(shè)置高壓旋噴樁形成防水帷幕(見(jiàn)圖3),達(dá)到支護(hù)基坑防水抗?jié)B的目的。其特點(diǎn)是相對(duì)于灌注樁結(jié)合水泥土樁組合支護(hù),用鋼管樁代替了混凝土灌注樁,利用鋼管樁抗彎強(qiáng)度大的特點(diǎn)及與水泥土樁組合體形成的防水帷幕,保證基坑開(kāi)挖安全,而且鋼管樁采用機(jī)械打入施工,速度快,且鋼管樁材料可以回收,造價(jià)較低。

3.7 鋼管樁與鋼板樁組合支護(hù)

為了增大鋼板樁圍護(hù)的抗彎能力及剛度,可以將鋼板樁和鋼管樁結(jié)合使用,即在鋼管樁兩側(cè)焊接連接槽鋼,打入后與鋼板樁相互咬合連接,形成組合體(見(jiàn)圖4),這樣既增大了支護(hù)構(gòu)件的剛度和抗彎能力,也通過(guò)鋼板樁咬合緊密的優(yōu)點(diǎn)形成防水帷幕。其特點(diǎn)是:剛度大、抗彎能力強(qiáng)、能有效防水、機(jī)械化施工進(jìn)度快,支護(hù)鋼材需求量大,但基本全可回收利用。

適用條件:適用多種地質(zhì)條件,尤其是淤泥質(zhì)、流砂地層;適用于工期緊,受氣候影響大的地區(qū);如果施工現(xiàn)場(chǎng)存有一定數(shù)量的鋼管或鋼板樁,可以有效利用,大大節(jié)省費(fèi)用。

3.8 鎖口鋼管樁支護(hù)

支護(hù)形式及特點(diǎn):該支護(hù)形式通過(guò)L-T型鋼陰陽(yáng)鎖口接頭將鋼管樁相互連接形成一種整體支護(hù)形式(見(jiàn)圖5),充分利用了鋼管樁的剛度及較強(qiáng)的抗彎能力,同時(shí)通過(guò)鎖口連接提高了支護(hù)的穩(wěn)定性及整體受力性能。其特點(diǎn)是鎖口鋼管樁的加工制作簡(jiǎn)單、快速,施工工序簡(jiǎn)潔,精度要求不高,施工工期短;鎖口鋼管樁本身剛度較大能深嵌入河床中,整體穩(wěn)定性非常好,圍堰內(nèi)無(wú)須復(fù)雜的內(nèi)支撐體系,為承臺(tái)施工提供少支撐干擾的作業(yè)空間和可靠的安全保障;鎖口鋼管樁可全部拔除,用于本橋的上部結(jié)構(gòu)施工支架和其他工地的同類工程施工,材料周轉(zhuǎn)利用率高,經(jīng)濟(jì)效益明顯;施工進(jìn)度較快,較大的節(jié)約了工期和成本。

缺點(diǎn):這種結(jié)構(gòu)形式的圍堰陰陽(yáng)鎖口接頭處一般很難密封,圍護(hù)防滲閉水能力較差,一般需要水下澆筑混凝土封底。

適用條件:適用多種地質(zhì)條件,尤其是水位較低的淤泥質(zhì)、流砂地層;適用于工期緊,受氣候影響大的地區(qū);根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)鋼管等材料的儲(chǔ)備情況,可以有效利用已有材料,大大節(jié)省費(fèi)用。

3.9 方案比選結(jié)果

對(duì)8種可行的圍護(hù)方案從支護(hù)費(fèi)用、施工時(shí)效、技術(shù)難度和設(shè)備要求等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合分析比較,然后進(jìn)行綜合排序,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 基坑支護(hù)綜合比選(費(fèi)用為每延米基坑支護(hù)費(fèi)用)

采用鋼板樁支護(hù)方案費(fèi)用最高,而且所有鋼板樁都需要新購(gòu);而施工現(xiàn)場(chǎng)目前存有大量的鋼管樁,綜合考慮施工技術(shù)難度、施工耗時(shí)、對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求及支護(hù)費(fèi)用等因素,結(jié)合施工單位現(xiàn)場(chǎng)已有支護(hù)材料情況,建議采用鎖口鋼管樁支護(hù)方案。

4 結(jié)語(yǔ)

基于放坡、支護(hù)相結(jié)合,機(jī)械人工相配合,出渣與坑頂卸載同步的基坑開(kāi)挖方案。采用鎖口鋼管樁圍護(hù)形式對(duì)于保證施工進(jìn)度、安全,提高施工時(shí)效、節(jié)約成本等都比較合適,是符合本工程實(shí)際的一種基坑開(kāi)挖支護(hù)方案。

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