李宏賓

（中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司，福建廈門）

引言

鋼板樁圍護(hù)是深基坑施工中的常用支護(hù)方法，但遇到復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)，將增加鋼板樁施工難度，例如遇到硬塑地質(zhì)條件時(shí)，難以順暢地將鋼板樁施打到位，存在施工效率低、鋼板樁變形或受損等問題，使得鋼板樁的周轉(zhuǎn)效率低，深基坑支護(hù)效果差。引孔施工是解決復(fù)雜地質(zhì)條件下鋼板樁施工難題的重要技術(shù)手段，引孔后方便插打鋼板樁，保證深基坑支護(hù)效果?；诖耍挛囊詮B門新機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)B 區(qū)專用排水箱涵項(xiàng)目為例重點(diǎn)研究鋼板樁引孔施工技術(shù)。

1 項(xiàng)目概況及施工方案確定

本項(xiàng)目為廈門地區(qū)機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目，該工程地質(zhì)條件以硬塑地質(zhì)為主，土體壓縮模量為23.0 MPa，地基承載力特征值為280 kPa，土體的硬度高，壓縮性小。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，提出鋼板樁引孔施工工藝，主要包含“旋挖鉆機(jī)鉆孔”和“孔道回填砂及粉質(zhì)土”兩部分，解決在卵石層及泥巖層插打鋼板樁難度偏大的問題，在順暢插打鋼板樁的同時(shí)，回填砂及粉質(zhì)土進(jìn)行嵌固，保證鋼板樁的穩(wěn)定性。引孔的孔徑為1.0 m，孔深為11.5 m，引孔后分兩段回填，其中樁基底以上3 m 回填砂，剩余部分回填粉質(zhì)干土，施工原理如圖1 所示。

圖1 鋼板樁引孔施工原理

2 鋼板樁引孔施工要點(diǎn)

2.1 鋼板樁引孔施工

2.1.1 設(shè)備選型

通過現(xiàn)場(chǎng)樁基鉆孔機(jī)械進(jìn)行鋼板樁引孔施工，配置的是1 臺(tái)R285RC10 型旋挖鉆機(jī)，由專人規(guī)范操作，保證引孔效果[1]。

2.1.2 旋挖鉆機(jī)引孔

引孔直徑為1 000 mm，深度為800 mm，布置情況如圖2 所示。旋挖鉆機(jī)引孔，埋設(shè)鋼護(hù)筒，維持孔壁的穩(wěn)定性，避免塌孔。每結(jié)束一處引孔后，隨即采取回填處理措施，確認(rèn)無誤則進(jìn)行下一樁孔的引孔作業(yè)，以此類推。

圖2 引孔孔位布置（單位：cm）

2.1.3 引孔施工順序

先埋設(shè)1、2 號(hào)鋼護(hù)筒，鉆孔后對(duì)兩孔回填，將護(hù)筒移至4、5 號(hào)孔，埋設(shè)3 號(hào)鋼護(hù)筒并對(duì)3 號(hào)孔引孔，3～5 個(gè)孔位的回填作業(yè)均結(jié)束后，插打鋼板樁，具體如圖3 所示。根據(jù)上述提及的流程有序施工，將承臺(tái)周圍引孔和鋼板樁插打作業(yè)落實(shí)到位。

圖3 引孔順序

2.1.4 引孔灌砂及灌干土

引孔結(jié)束后，采用粒徑不大于10 cm 的砂和粉質(zhì)土進(jìn)行樁基回填處理。樁基底部3 m 范圍的回填料采用砂，剩余部分的回填料采用粉質(zhì)干性土，回填深度共計(jì)12 m，回填至樁基頂部時(shí)結(jié)束。

2.1.5 插打鋼板樁

（1） 機(jī)具配置。鋼板樁插打采用的是50 t 吊車和功率為90 kW 的90 t 振動(dòng)錘。

（2） 鋼板樁圍堰體系。圍堰截面尺寸為12.5 m×12.5 m，中間增設(shè)兩道圍檁和一道內(nèi)支撐，用于提升圍堰的穩(wěn)定性。承臺(tái)采用材質(zhì)為SY295 的12 m 長(zhǎng)拉森Ⅳ型鋼板樁，用填充泥夾土的方法筑島，鋼板樁底端深入強(qiáng)風(fēng)化泥巖，維持穩(wěn)定。根據(jù)支撐體系的類型及側(cè)土壓力計(jì)算結(jié)果構(gòu)建MIDAS 模型，鋼板樁和土體連接處為彈性連接，底端采用滑動(dòng)鉸支座，對(duì)外側(cè)施加主動(dòng)土壓力。計(jì)算結(jié)果表明，鋼板樁圍堰的承載性能達(dá)標(biāo)，能夠安全使用[2]。

（3） 定位架。原材料為I36b 工字鋼，搭配適量的板結(jié)構(gòu)，構(gòu)成定位架，作為插打鋼板樁時(shí)的輔助設(shè)施，沿著指定的方向?qū)摪鍢稖?zhǔn)確插打到位。

2.2 基坑開挖及內(nèi)支撐

（1） 吊盤的制作。加長(zhǎng)臂挖機(jī)的運(yùn)行效率低，成本高，且項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)及周邊地區(qū)缺乏此設(shè)備。針對(duì)該機(jī)械設(shè)備配置現(xiàn)狀，采用[12 槽鋼和δ6 mm 鋼板制作土方吊盤，并在施工現(xiàn)場(chǎng)配置小型60 挖掘機(jī)和50 t汽車吊，高效地將開挖的土方清運(yùn)至指定存放場(chǎng)所。

（2） 開挖及內(nèi)支撐設(shè)置。分層依次開挖基坑土方，根據(jù)開挖進(jìn)度隨即設(shè)置支撐設(shè)施，保證開挖部位的穩(wěn)定性。承臺(tái)挖土深度為6.6 m，土方開挖分兩層進(jìn)行。第一層開挖完成后，搭設(shè)圍檁和內(nèi)支撐，再進(jìn)行第二層土方開挖。由于開挖具有一定的破壞性，在開挖以及后續(xù)施工中密切監(jiān)測(cè)基坑邊坡，判斷實(shí)際位移量和變形量采取控制措施。

2.3 承臺(tái)結(jié)構(gòu)施工

承臺(tái)基坑開挖結(jié)束后，設(shè)置第二道圍檁及內(nèi)支撐，至此則構(gòu)成完善的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系。按照與普通承臺(tái)相同的施工方式進(jìn)行后續(xù)的施工活動(dòng)，施工全程密切監(jiān)測(cè)基坑變形及位移量，加強(qiáng)安全防控[3]。

2.4 圍檁拆除及鋼板樁拔除

（1） 內(nèi)支撐的拆除。按照自下而上的順序拆除，時(shí)間為水中承臺(tái)及相關(guān)工序均結(jié)束后。

（2） 鋼板樁的拔除。拔樁時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件而定，需在圍堰內(nèi)部支撐均拆除后才可拔樁，避免拔樁時(shí)夾帶過量的土體以及振動(dòng)作用過強(qiáng)，否則均可能引起地面下沉現(xiàn)象，破壞地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。拔出時(shí)適當(dāng)振動(dòng)，通過振動(dòng)作用使土和樁身分離，解決拔樁過程中大量夾帶土體的問題。拔樁過程中遇到難以正常拔起的情況時(shí)，先暫停拔樁，向下錘擊，借助外力作用松動(dòng)鋼板樁周邊的土體，再繼續(xù)拔樁，若拔出難度仍較大，重復(fù)操作多次，最終順暢地拔出鋼板樁。

3 鋼板樁圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算及監(jiān)測(cè)模型

3.1 基坑主動(dòng)土壓力計(jì)算

擋土結(jié)構(gòu)的模擬采用彈性支點(diǎn)法，土側(cè)壓力計(jì)算方法根據(jù)鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)而定，本次研究采用的是朗肯理論。粘性土水土合算，砂性土水土分算。主動(dòng)土壓力計(jì)算公式:

式中：γF為作用基本組合的綜合分項(xiàng)系數(shù)，取1.25；γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.1；γ 為土層重度；Z 為土層距離地面深度；c 為土層粘聚力；Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù)。土層相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

表1 土層相關(guān)參數(shù)

3.2 基坑應(yīng)力與變形

在確定支撐結(jié)構(gòu)形式以及獲得主動(dòng)土壓力計(jì)算結(jié)果后，建立MIDAS 整體模型，鋼板樁與土接觸部位為彈性連接，底部采用滑動(dòng)鉸支座，外側(cè)加載主動(dòng)土壓力。鋼板樁用鋼板替代，材料厚度為16.7 cm，具有等效截面慣性矩，截面距系數(shù)為4 648 cm3/m。按照“W 鋼板/W 鋼板樁”的方法進(jìn)行計(jì)算，確定彎曲應(yīng)力值的換算系數(shù)，即4 648/2 270=2.05。

鋼板樁圍堰基坑施工工況為：（1） 開挖至+2 099.5 m 標(biāo)高，設(shè)第一道圍檁；（2） 拼裝已安裝到位的圍檁和內(nèi)支撐，將兩者組合至一體，繼續(xù)開挖至基坑底+2 095.9 m 標(biāo)高；（3） 拼裝第二層圍檁，繼續(xù)開挖至+2 094.9 m 標(biāo)高；（4） 澆筑承臺(tái)砼，回填60 cm，拆除第二道圍檁；（5） 第一節(jié)墩身及承臺(tái)砼澆筑后，安排回填，拆除剩余的圍檁。

建模計(jì)算，判斷構(gòu)件在各工況時(shí)的受力狀態(tài)，重點(diǎn)評(píng)價(jià)受力時(shí)的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，工況（5）的穩(wěn)定性優(yōu)于工況（1），故不考慮。

工況（3）時(shí)，鋼板樁的應(yīng)力達(dá)到最大值，高于其它工況，此工況的應(yīng)力最大位移，如圖4 所示。經(jīng)計(jì)算和對(duì)比可知，28.53×2.05=58.49 MPa<[σ]=215 MPa，符合要求。

圖4 工況（3）的應(yīng)力最大位移

工況（4）時(shí)，鋼板樁的變形量達(dá)到最大，為5.4 mm，在許可范圍內(nèi)，因此鋼板樁在各工況時(shí)的變形量也均達(dá)標(biāo)。

3.3 桿件彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算

穩(wěn)定性驗(yàn)算考慮的是斜撐受力最大的工況，以期獲得可靠的驗(yàn)算結(jié)果。在不考慮工況（5）的前提下，各桿件在各工況的受力情況，如表2 所示。

表2 桿件受力狀態(tài)

以桿件最大應(yīng)力數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，驗(yàn)算桿件的局部穩(wěn)定性，結(jié)果如表3 所示。

表3 桿件局部穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果

受壓桿件的允許長(zhǎng)細(xì)比為150，根據(jù)表3 數(shù)據(jù)可知，大斜撐和小斜撐的長(zhǎng)細(xì)比分別為60.27、21.27，均符合要求，從局部穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果來看，各類桿件均具有穩(wěn)定性。

3.4 鋼圍堰的開挖基坑監(jiān)測(cè)

在基坑頂部布置4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖5 所示。

圖5 單個(gè)基坑變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)

自基坑開挖時(shí)進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)，整個(gè)基坑施工過程中連續(xù)進(jìn)行。在不考慮工況（5）的前提下，工況（1）至工況（4）共歷時(shí)28 d，整個(gè)過程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)表4 數(shù)據(jù)可知，各項(xiàng)基坑位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均在許可范圍內(nèi)，無異常位移現(xiàn)象，符合要求。

結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)較硬地質(zhì)條件下常規(guī)鋼板樁施工技術(shù)應(yīng)用難度大、效果差的問題，提出先旋挖鉆引孔回填、后插打鋼板樁的施工工藝，本文結(jié)合工程實(shí)例研究了該工藝的具體要點(diǎn)，并進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)踐證明，鋼板樁引孔施工技術(shù)的應(yīng)用效果良好，施工難度降低，具有可行性，對(duì)類似工程有參考意義。但由于封水效果不準(zhǔn)，引孔后回填材料的選擇仍存在待改進(jìn)之處，值得相關(guān)人員在此方面做進(jìn)一步的探索，突破施工難點(diǎn)，進(jìn)一步提高鋼板樁引孔施工技術(shù)的應(yīng)用水平。