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        深基坑拉森鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)分析

        2020-03-01 05:30:19黃文武
        西部交通科技 2020年5期
        關(guān)鍵詞:支護(hù)設(shè)計(jì)深基坑施工技術(shù)

        黃文武

        摘要:深基坑作為一項(xiàng)危險(xiǎn)性較大的工程,其開挖、支護(hù)及降水施工技術(shù)和安全要求高。文章結(jié)合田陽縣東江一橋6#主墩深基坑施工實(shí)例,介紹拉森鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)方案,并針對深基坑的支護(hù)施工難點(diǎn),分析了拉森鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)。

        關(guān)鍵詞:深基坑;拉森鋼板樁;支護(hù)設(shè)計(jì);施工技術(shù)

        0 引言

        隨著國內(nèi)工程建設(shè)的不斷發(fā)展,拉森鋼板樁被廣泛應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)施工、土體支擋等各種工程中。拉森鋼板樁整體剛度大、防水性能好,用于深基坑支護(hù)具有很好的穩(wěn)定性、安全性和防水能力,能為基坑內(nèi)墩臺施工作業(yè)提供良好環(huán)境。本文以田陽縣東江一橋6#主墩深基坑拉森鋼板樁支護(hù)施工應(yīng)用為例,介紹分析拉森鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)方案與施工技術(shù),為類似深基坑工程的施工提供參考。

        1 工程概況

        1.1 工程特點(diǎn)

        田陽縣東江一橋?yàn)椋?0+145+80)m單索面寬體矮塔斜拉橋,主橋下部結(jié)構(gòu)有4個墩臺,其中6#主墩位于河中,距離河岸約20m,采用黏土筑島圍堰進(jìn)行樁基施工。筑島頂面標(biāo)高為100.8m,河道常水位約為99.7m。主墩承臺設(shè)計(jì)尺寸為28.4m×13.4m×5m,承臺底標(biāo)高為91.7m,距筑島頂面9.1m。受通航影響,筑島尺寸受限,無法采用放坡開挖施工承臺基礎(chǔ)。

        1.2 工程地質(zhì)

        從上往下地層依次為筑島黏土層、圓礫層和中風(fēng)化泥巖與泥質(zhì)粉砂巖層,筑島黏土層厚4~8m,圓礫層厚2~5m,圓礫以下為中分化泥巖與泥質(zhì)粉砂巖互層。黏土層和泥巖層不透水,圓礫層透水性大。

        2 拉森鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建模驗(yàn)算

        2.1 設(shè)計(jì)思路

        該主墩承臺基坑深度為9.1m,考慮基底存在圓礫層,透水性強(qiáng),需采用混凝土封底,封底厚度為0.5m,鋼板樁入土深度為2.0m。采用長度為12m的拉森Ⅳ型鋼板樁進(jìn)行圍堰,承臺高5m,分兩次澆筑完成??紤]施工方便和基坑安全,鋼板樁圍堰設(shè)置兩層支撐,圍堰預(yù)留承臺施工的作業(yè)空間,圍堰尺寸為31.28m×16.08m。

        2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)

        支護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括鋼板樁、圍檁、支撐體系和封底混凝土。鋼板樁采用拉森Ⅳ型鋼板樁,圍檁采用雙拼Ⅰ45a工字鋼,支撐采用529mm×10mm螺旋鋼管,封底混凝土采用C25水下混凝土。采用2K型支撐體系,共設(shè)置2層支撐,第一層支撐標(biāo)高為-2.5m,第二層支撐標(biāo)高為-6.1m,每層共3道中支撐和8道角支撐。支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

        2.3 Midas模型驗(yàn)算

        采用MidasCivil8.65軟件對支護(hù)結(jié)構(gòu)整體建模進(jìn)行有限元分析,鋼板樁、圍檁和支撐均采用梁單元模擬。對于模型的邊界條件,鋼板樁底部按鉸接模擬,被動土壓力采用只受壓節(jié)點(diǎn)彈性支撐模擬,圍檁與鋼板樁連接采用節(jié)點(diǎn)彈性連接模擬,支撐與圍檁連接采用共節(jié)點(diǎn)處理。建立整體模型如圖3所示。

        根據(jù)工況分析,當(dāng)完成第二層圍檁支撐安裝后,基坑開挖至封底混凝土底面-9.6m標(biāo)高處且未施工混凝土封底時(shí),此時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力最不利,支護(hù)結(jié)構(gòu)處于多點(diǎn)支撐狀態(tài),鋼板樁主要受外側(cè)土壓力、內(nèi)支撐反力作用。對模型加載分析,得到運(yùn)算結(jié)果為組合最大應(yīng)力σmax=86.4MPa

        2.4 鋼板樁嵌固深度及基坑抗隆起驗(yàn)算

        根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-2012)4.2.7條要求,嵌固深度=嵌固深度系數(shù)×基坑深度=0.2×9.6=1.92m,嵌固深度采用值為2m≥1.92m,滿足規(guī)范要求。

        根據(jù)公式Ks=?? γm2ldNq+cNc[]γm1[JB((]h+ld[JB))]+q0[SX)]≥Kb(式中h為嵌固深度),計(jì)算得到基坑底抗隆起安全系數(shù)Ks=7.159>1.40,抗隆起安全滿足要求。

        3 拉森鋼板樁深基坑支護(hù)施工

        3.1 鋼板樁插打施工

        先插打定位樁作為導(dǎo)向架的導(dǎo)樁,定位樁位于鋼板樁兩側(cè),每4~6m設(shè)置一組,并在導(dǎo)樁上安裝導(dǎo)梁,對鋼板樁起限位和定向作用。采用振動錘插打施工,振動錘夾緊鋼板樁吊起,使鋼板樁鎖口插入相鄰樁鎖口內(nèi)。振樁前,振動錘的樁夾應(yīng)夾緊鋼板樁上端,并使振動錘與鋼板樁重心在同一直線上,待樁穩(wěn)定、位置正確并垂直后,再振動下沉。鋼板樁每下沉1~2m左右,停振檢測樁的垂直度,發(fā)現(xiàn)偏差,及時(shí)糾正。

        3.2 鋼板樁圍堰合攏

        在合攏前剩最后5~7片鋼板樁未插打時(shí),測量并計(jì)算鋼板樁底部的直線距離,再根據(jù)鋼板樁的寬度,計(jì)算出所需鋼板樁的片數(shù)。鋼板樁圍堰在合攏時(shí),兩側(cè)鎖口不一定平行,會出現(xiàn)上大下小或上小下大以及左右偏移等情況,可采用手拉葫蘆或千斤頂進(jìn)行調(diào)整,使鋼板樁垂直平行。若調(diào)整后仍不能解決合攏問題,也可采用特制異型樁合攏。

        3.3 基坑開挖及圍檁支撐安裝

        基坑土方嚴(yán)格按分層開挖施工。分層開挖厚度約為1m,同時(shí)確保開挖深度均勻,防止造成土體橫向擠壓使鋼板樁受力不均。挖土機(jī)不可緊貼鋼板樁挖土,鋼板樁周邊土體盡量采用人工挖除,確保鋼板樁不受碰撞。基坑開挖注意不擾動基層土,避免土體變動使受力狀態(tài)改變。

        圍檁及內(nèi)支撐的安裝嚴(yán)格按照“開挖一層支護(hù)一層”的原則施工。先安裝圍檁,圍檁沿鋼板樁墻全長設(shè)置,并形成閉環(huán)。圍檁固定后,安裝支撐鋼管。支撐鋼管與圍檁連接處用鋼板塞緊墊實(shí)并焊接牢固,使支撐鋼管形成拉壓桿。內(nèi)支撐自上而下設(shè)置,圍檁與各支撐鋼管連接以及縱橫向圍檁間的連接均按固結(jié)考慮,同時(shí)確保各構(gòu)件同軸受力。

        3.4 坑底清理及封底施工

        基坑開挖至設(shè)計(jì)封底混凝土底面標(biāo)高時(shí),清理整平底面,確保無突出土堆。對于樁周及鋼板樁根部,要盡量清理干凈,確保混凝土與鋼護(hù)筒和鋼板樁的粘結(jié)效果。清底整平完成后,即可澆筑封底混凝土。封底混凝土采用水下C25混凝土,水下混凝土應(yīng)具有良好的工作性,封底厚度根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算得出,滿足安全要求。水下封底混凝土施工要求一次完成,避免冷縫形成斷板。水下封底施工采用導(dǎo)管垂直灌注,總的順序從下游側(cè)向上游側(cè)方向進(jìn)行。封底前用測深錘從導(dǎo)管內(nèi)測出導(dǎo)管下口與基坑底面的距離,控制在15~30cm范圍。封底施工過程中要多點(diǎn)測量,時(shí)刻掌握封底混凝土的流動方向及高程,混凝土封底首批料開始后要連續(xù)作業(yè),一氣呵成。

        4 鋼板樁及圍檁支撐拆除

        根據(jù)施工工況分階段進(jìn)行,澆筑完成第一層承臺混凝土后,在第二道支撐和圍檁拆除前,先回填土至已澆筑第一層承臺頂面往下約30cm距離并壓實(shí),然后澆筑20cm厚的混凝土圈梁,待圈梁混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度完成受力體系轉(zhuǎn)換后,拆除第二道支撐和圍檁。每道支撐和圍檁拆除前,均應(yīng)先完成受力體系轉(zhuǎn)換,如此循環(huán)施工至拆除全部支撐和圍檁。

        基坑回填、支撐和圍檁拆除后,采用振動錘拔樁。利用振動錘產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動,擾動土質(zhì),破壞鋼板樁周圍土的粘聚力以克服拔樁阻力,依靠附加起吊力的作用將樁拔出。拔樁的順序最好與打樁時(shí)相反。對拔樁后留下的樁孔,必須及時(shí)回填處理,可在鋼板樁每拔高1m后暫停引拔,振動幾分鐘讓土孔填實(shí)后再繼續(xù)起拔,如此循環(huán)至完全拔出鋼板樁。

        5 結(jié)語

        采用拉森鋼板樁圍堰支護(hù)技術(shù),解決了因場地所限無法放坡開挖施工的深基坑支護(hù)問題。通過設(shè)計(jì)計(jì)算采用合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案,能保證基坑壁的穩(wěn)定,同時(shí)有效減少水流滲透,為基坑內(nèi)工程施工提供了良好的作業(yè)環(huán)境,能加快基坑內(nèi)墩臺施工進(jìn)度,節(jié)省工期。在工程建設(shè)中,拉森鋼板樁支護(hù)基坑技術(shù)具有一定的推廣意義。

        參考文獻(xiàn):

        [1]韋世國.公路橋梁施工系列手冊 墩臺與基礎(chǔ)(下篇)[M].北京:人民交通出版社,2014.

        [2]JGJ120-2012,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

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