邢俊平　黃業(yè)圣

摘要：文章依托工程實(shí)例，介紹了復(fù)雜地質(zhì)條件下臨江側(cè)深基坑咬合支護(hù)樁施工工藝。該工藝采用咬合止水帷幕樁支護(hù)配合鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐作為基坑施工的支撐結(jié)構(gòu)，兼具支護(hù)與止水雙重功能，能提供良好的坑內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境，提高臨江側(cè)大規(guī)模深基坑施工的安全性及可操作性，可為類(lèi)似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：深基坑施工;臨江拱座基礎(chǔ);咬合樁支護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U443.13A281054

0 引言

在城市地鐵或鄰近建筑物進(jìn)行深基坑施工時(shí)，往往由于受到場(chǎng)地限制[1]，以及考慮臨建已存建筑物對(duì)地基沉降的敏感性，通常采用咬合樁結(jié)合內(nèi)支撐的支護(hù)形式，作用在咬合樁上的水土壓力可由內(nèi)支撐有效傳遞和平衡，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，受力明確。支撐材料選用型鋼或者鋼筋混凝土，其剛度大、整體性好、布置靈活，應(yīng)用較為廣泛[2]。咬合樁支護(hù)結(jié)構(gòu)工程兼具支護(hù)與止水雙重功能，能提供良好的坑內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境[3]。鋼管混凝土拱橋拱座基礎(chǔ)臨近河道，臨近河道地下水系復(fù)雜，同時(shí)受河道水位影響，基坑采用傳統(tǒng)放坡開(kāi)挖工藝不能滿(mǎn)足施工要求。鑒于咬合樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可將咬合樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系推廣應(yīng)用于臨近河道拱橋基礎(chǔ)施工中，本文依托實(shí)際工程對(duì)該技術(shù)在施工中遇到的具體技術(shù)難題和處理措施進(jìn)行相關(guān)總結(jié)。

1 工程概況

沙尾左江特大橋?yàn)榭鐝?60 m的中承式鋼管混凝土提籃拱橋，全橋長(zhǎng)968.5 m，跨徑組合為（9×40+360+6×40） m，建成時(shí)為世界最大跨徑的公路鋼管混凝土提籃拱橋。主橋兩岸拱座基礎(chǔ)均為分離式擴(kuò)大基礎(chǔ)，左右幅拱座長(zhǎng)寬高尺寸均為（33.0×15.7×8.5 ） m，中間不設(shè)連系梁。北拱座距離左江岸約15 m，基坑自原地面總開(kāi)挖平均深度為18.5 m。本文以北岸拱座基礎(chǔ)施工為背景，研究總結(jié)咬合樁支護(hù)結(jié)構(gòu)體系在臨河拱座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用。

北岸拱座處地表多為耕植土，接著為黏土，含約20%的粉細(xì)砂，厚度為12.00～17.50 m。下伏層為中風(fēng)化灰?guī)r，中厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)硬，節(jié)理裂隙較發(fā)育，方解石脈穿插，隙面具鐵質(zhì)渲染，巖體較完整。同時(shí)，橋位區(qū)附近未見(jiàn)崩塌、滑坡等不良地質(zhì)，也未見(jiàn)巖溶塌陷坑、溶蝕漏斗、落水洞等。

2 基坑施工

2.1 施工方案

擴(kuò)大基礎(chǔ)總體施工方案采用“支護(hù)樁+止水樁+內(nèi)支撐”支護(hù)的結(jié)構(gòu)形式[4]。支護(hù)樁、止水樁和冠梁、腰梁為混凝土結(jié)構(gòu)，咬合樁內(nèi)支撐為鋼結(jié)構(gòu)。相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示，結(jié)構(gòu)剖面示意圖如圖1所示。

2.2 施工工藝

清表完成后，施工平臺(tái)用C20混凝土進(jìn)行硬化。四周設(shè)置截水溝，水溝過(guò)水?dāng)嗝娉叽鐬?0 cm×50 cm，溝身采用磚砌，墻身內(nèi)外側(cè)和底部用砂漿抹面。同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，施工平臺(tái)設(shè)置1%的排水縱坡及橫坡。

采用GPS將樁位進(jìn)行放樣，樁中心采用十字護(hù)樁進(jìn)行定位，護(hù)樁采用木制樁，樁頂釘鋼釘，高度為80 cm，埋入地下45 cm，用砂漿或素混凝土保護(hù)。嚴(yán)格按照要求采用跳孔施作工藝，且開(kāi)孔施工結(jié)束后24 h內(nèi)必須完成灌注，未能及時(shí)灌注的孔口必須做好安全防護(hù)。成孔后按照程序進(jìn)行驗(yàn)收，做好隱蔽工程原始資料的收集、整理，并留底。

為保證咬合樁施工質(zhì)量，鋼筋籠下放前必須完成清孔作業(yè)，清孔完成后采用吊錘進(jìn)行沉渣測(cè)厚。要求澆筑前孔底沉渣厚度≤5 cm，否則應(yīng)吊起鋼筋籠，采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行再次清孔。

鋼筋籠必須采用二氧化碳保護(hù)焊接進(jìn)行接長(zhǎng)，嚴(yán)禁采用電焊，焊接接長(zhǎng)完成后必須進(jìn)行焊縫質(zhì)量驗(yàn)收。

采用拔球法進(jìn)行樁身混凝土澆筑施工，如果孔內(nèi)有無(wú)法排干的積水，需采用水下樁基礎(chǔ)施工相同的混凝土灌注施工工藝。

破樁頭施工完畢并完成樁頂標(biāo)高復(fù)核后，進(jìn)入冠梁施工。立模澆筑冠梁墊層，保證冠梁模板底部平齊。墊層施工完畢后，進(jìn)入冠梁鋼筋安裝施工。鋼筋安裝施工過(guò)程中注意安裝預(yù)埋件。

冠梁模板拆除后，修整施工平臺(tái)，開(kāi)挖基坑第一層土方至第一層腰梁底標(biāo)高以下10 cm。為提高施工效率，采用300型以上挖掘機(jī)進(jìn)行出土施工。

第一層土石方開(kāi)挖完成后，進(jìn)入腰梁與支護(hù)樁連結(jié)筋安裝施工。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行打孔植筋，植筋施工應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：（1）植筋前采用風(fēng)壓機(jī)清孔;（2）孔內(nèi)注滿(mǎn)植筋膠;（3）鋼筋植入深度≥25 cm;（4）植筋抗拔力>30 kN。植筋施工完畢后，進(jìn)入腰梁鋼筋、預(yù)埋件及模板安裝施工。

腰梁完成模板拆除后，鑿開(kāi)支護(hù)樁外側(cè)混凝土，露出支護(hù)樁鋼筋骨架，并將吊筋與骨架焊接在一起。吊筋焊接完成并通過(guò)驗(yàn)收后，采用水泥砂漿修補(bǔ)。同步安裝鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐。

冠梁及腰梁內(nèi)支撐安裝到位后，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)挖除上層土體，單次挖除高度控制在3.0～3.5 m。若開(kāi)挖至巖石部位采取淺孔爆破的方法，炮孔孔徑為 50 mm。為確保爆破不損壞周邊的咬合樁，在周邊預(yù)留1.5 m的保護(hù)層待爆破完畢后用機(jī)械鑿除。采用吊車(chē)配合吊斗將石方運(yùn)出基坑，運(yùn)出基坑后的石方及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)至棄土場(chǎng)。

整體施工工藝步驟如圖2所示。

3 施工模擬及監(jiān)測(cè)

3.1 施工模擬

結(jié)合實(shí)際地質(zhì)勘探情況，采用Midas GTS NX2018有限元計(jì)算軟件，模擬地層為黏土層、中風(fēng)化巖層，咬合樁止水帷幕支護(hù)為混凝土結(jié)構(gòu)，咬合樁內(nèi)支撐為鋼結(jié)構(gòu)。

模型采用六面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，并采用布撒種子線(xiàn)的方式進(jìn)行網(wǎng)格的尺寸及質(zhì)量控制。模型中黏土層和中風(fēng)化巖層采用“摩爾-庫(kù)侖”模型進(jìn)行模擬[5-6]，咬合樁混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐采用“彈性”模型進(jìn)行模擬。參照地勘報(bào)告中給出的各層物理力學(xué)指標(biāo)，模型中結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)如表2所示，模型示意圖如圖3所示。

在基坑內(nèi)設(shè)置集水坑和大型抽水機(jī)，達(dá)到可隨時(shí)抽水施工條件，故將土體均視為排水條件進(jìn)行分析。模型中黏性土和中風(fēng)化巖所采用的“摩爾-庫(kù)侖”模型，其模型參數(shù)中泊松比、容重、孔隙率、內(nèi)摩擦角、粘聚力可直接從地勘報(bào)告中獲取參考值。

根據(jù)深基坑土石方開(kāi)挖以及內(nèi)支撐安裝施工過(guò)程最不利工況，確定模型的三個(gè)計(jì)算工況。

工況一：初始應(yīng)力場(chǎng)分析（分析咬合樁周邊土體的應(yīng)力狀態(tài)，僅施加重力荷載）。

工況二：位移清零（模擬土體開(kāi)挖后，模型在初始應(yīng)力條件下的位移歸零，只保留初始應(yīng)力狀態(tài)，類(lèi)似打開(kāi)地應(yīng)力平衡功能）。

工況三：在取消原設(shè)計(jì)底層腰梁及內(nèi)支撐后，土石方開(kāi)挖至基坑設(shè)計(jì)底標(biāo)高。

經(jīng)過(guò)軟件計(jì)算分析后，結(jié)果顯示取消底層腰梁及內(nèi)支撐后結(jié)構(gòu)整體依然滿(mǎn)足施工需求。

3.2 監(jiān)控結(jié)果與分析

在施工過(guò)程中，對(duì)右幅基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐進(jìn)行了內(nèi)力監(jiān)測(cè)，在左幅基坑的短邊中心和長(zhǎng)邊中心的樁頂布置了兩個(gè)位移監(jiān)控點(diǎn)[7]。結(jié)合軟件計(jì)算結(jié)果得到了整個(gè)施工周期過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐軸力變化值及樁頂?shù)膶?shí)測(cè)位移變化值曲線(xiàn)圖，如圖4～5所示。

由圖4可知，5月13日在右幅基坑開(kāi)挖至腰梁下方2 m后，第二層基坑中央內(nèi)支撐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)最大軸力為2 339.6 kN。實(shí)測(cè)值與計(jì)算值基本吻合。

由圖5可知，6月3日，左幅基坑進(jìn)行第一次控制爆破施工后，支護(hù)樁失去巖層支護(hù)，長(zhǎng)邊及短邊位移增量變大，曲線(xiàn)變陡。長(zhǎng)邊實(shí)測(cè)值與計(jì)算值基本吻合，但因基坑挖深超深，導(dǎo)致位移進(jìn)一步增加。此外，基坑短邊受車(chē)輛移動(dòng)荷載及水流影響，監(jiān)測(cè)位移波動(dòng)較大，在今后設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)注意考慮其影響。

4 施工關(guān)鍵點(diǎn)

為防止鉆孔樁施工時(shí)由于相鄰兩樁施工距離太近或間隔時(shí)間太短，造成塌孔，采取旋挖鉆機(jī)分批跳孔施作，具體如圖6所示。相鄰樁施工必須在混凝土終凝后方可進(jìn)行，防止因施工時(shí)間過(guò)早而鄰樁混凝土尚未終凝，使鉆孔可能發(fā)生的“管涌”現(xiàn)象。

內(nèi)支撐各構(gòu)件加工完成后，安裝施工前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拼裝試驗(yàn)。將內(nèi)支撐擺放到位后，應(yīng)進(jìn)行水平度檢測(cè)，保證內(nèi)支撐安裝準(zhǔn)確性及提高咬合樁內(nèi)支撐的有效性。

在基坑底部適宜位置設(shè)置集水井，同時(shí)安裝大功率抽水泵進(jìn)行集中抽水。

開(kāi)挖至基礎(chǔ)底面標(biāo)高時(shí)，采用鋼釬撬動(dòng)松散巖塊，后采用高壓水槍沖洗基坑底部，將基坑底部表層雜質(zhì)集中清理。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）咬合樁施工過(guò)程中單批開(kāi)孔數(shù)量不宜過(guò)多，避免長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法澆筑導(dǎo)致孔壁坍塌。鉆進(jìn)速度不得過(guò)快，尤其是施工支護(hù)樁過(guò)程中要注意控制鉆速。施鉆過(guò)程中注意提鉆檢查，提前發(fā)現(xiàn)偏孔，及時(shí)糾偏。

（2）注意鋼筋籠接樁施工過(guò)程監(jiān)督，做好鋼筋籠節(jié)段編號(hào)及標(biāo)記，避免選擇錯(cuò)誤的鋼筋籠節(jié)段。

（3）注意焊接定位筋的數(shù)量及質(zhì)量，確保支護(hù)樁混凝土保護(hù)層厚度。

（4）注意支護(hù)樁鋼筋籠運(yùn)輸及存放，保證鋼筋籠質(zhì)量。

（5）咬合樁腰梁植筋施工要嚴(yán)格按照方案實(shí)施，避免植入鋼筋失效。

（6）策劃咬合樁深基坑石方施工方案時(shí)，根據(jù)地質(zhì)情況可以考慮采用控制爆破開(kāi)挖施工。

（7）內(nèi)支撐設(shè)計(jì)時(shí)需注意內(nèi)支撐的層高及間距，方便機(jī)械進(jìn)入坑內(nèi)進(jìn)行清理和出渣作業(yè)。

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作者簡(jiǎn)介：

邢俊平（1973—），高級(jí)工程師，主要從事橋梁與道路技術(shù)研究和施工管理;

黃業(yè)圣（1985—），高級(jí)工程師，主要從事橋梁與道路技術(shù)研究和施工管理。