工字鋼樁聯合集水明排技術在流砂地質基坑開挖中的應用

鞏東臣（中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東 青島 266061）

工字鋼樁聯合集水明排技術在流砂地質基坑開挖中的應用

鞏東臣
（中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東 青島 266061）

摘 要：本文以新建山西中南部鐵路通道嘶馬河特大橋樁基承臺基坑開挖為實例，簡要介紹工字鋼樁聯合集水明排技術在基坑開挖中的應用。實踐表明，一定條件下該方法可以起到穩定邊坡、排降水和控制流砂的作用，施工方便，節約資源，施工速度快。

關鍵詞：基坑；工字鋼樁；集水明排

一、工程概況

嘶馬河特大橋橋14#~26#墩靠近河道，樁基承臺基礎長11.1m，寬8.1m，地表以下2m~6m之間為砂土，2m以上為普通黏土，基坑開挖過程中出現流砂現象，基坑局部垮塌，超出征地紅線，帶來施工干擾、成本增加，并且無法繼續施工，給施工帶來難度。

二、原因分析

基坑施工時王家莊村連續農田灌溉，加上河道補給，地下水位上升至地面以下2m位置，地表以下2m~6m位置為砂土地質，吸水飽和后重度加大，加之動水壓力影響，土體抗剪強度急劇降低，形成流砂現象，造成基坑邊坡失穩，繼而垮塌淤埋。

三、方案選擇

首先受場地限制，繼續放坡開挖已經不可能，必須增加基坑開挖圍護結構；其次基坑開挖遇地下水影響，必須解決排降水問題。考慮到實際工程中為臨時性支護結構，要求施工方便快捷，且基坑面積小，挖深不大，場地有限，我們初步選定工字鋼樁、鋼板樁兩種方案。鋼板樁技術成熟、止水性好，施工方便、工期短等特點使其在具體工程中廣泛應用。但鋼板樁為成品，機械設備要求高，考慮到現有機械設備、庫存材料、基坑數量、施工條件和施工成本等因素，我們最終確定工字鋼樁圍護結構。

懸臂工字鋼樁剛度大、強度高，現場工程地質情況下采用220挖機即可靜壓入土，垂直度易于控制，施工精度高。加之，基坑挖深不大，工字鋼樁埋深淺，抵抗的主動土壓力較小，不必增加橫向支撐、圍檁等支撐結構，圍護結構得以簡化，施工方便快捷。而且頂部為2m厚普通黏土層，可以在插打工字鋼樁前提前將其放坡剝離，以繼續減小土體對工字鋼樁的主動土壓力，亦可節省工字鋼用量。考慮到基坑面積較小，用材不多，而且還要多次周轉使用，我們排除了樁間插入木板的施工工藝，采用工字鋼排樁的施工工藝，施工速度加快，可靠性加強。工字鋼排樁止水效果沒有鋼板樁好，但根據現場水文觀察情況和開挖深度，可以通過基坑底四周明溝、集水井排水體系予以解決。

四、方案實施

1 工藝流程。施工準備→測量定位→放坡剝離頂部2m厚普通黏土層（留設挖機上坑坡道）→精確定位工字鋼樁施打輪廓→打入支護工字鋼樁→順序開挖砂層基坑（提前預留集水井位置，分層開挖，隨時抽排水）→補打坡道下工字鋼樁，工字鋼樁閉合→挖機于基坑外開挖剩余土方

2 施工準備。（1）按照基坑施工要求，清除地面堆土及妨礙基坑開挖的障礙物。（2）備好基坑開挖的挖掘機械、運渣汽車、抽水機。庫存9m長定尺I18工字鋼，切割成4.5m長，一端尖端處理，另一端割一圓孔，用于系掛鋼絲繩。

3 測量定位。基坑開挖前做好施工測量工作，計算并測定開挖線和承臺輪廓線，設置臨時水準點，并做好基坑變形監測的各項準備工作。

4 放坡剝離頂部2m厚普通黏土層。采用220挖機1：1放坡開挖表層2m厚普通黏土覆蓋層。挖機可在基坑范圍內外合適位置操作，注意開挖位置，避免超挖造成浪費和邊坡不規則。

5 精確定位工字鋼樁施打輪廓。重新復核基礎輪廓線，考慮足夠的排水溝空間和施工作業面需求，定出集水井位置，確定工字鋼樁施打輪廓，

6 打入支護工字鋼樁。挖機于基坑外邊緣作業，兩人配合挖機靜壓工字鋼樁，一人用吊環將鋼絲繩的一端系于工字鋼一端的圓孔，另一端固定在挖機的挖斗上，將工字鋼吊運到插打位置，穩定后，另一人將工字鋼扶穩，然后挖斗下移，用挖斗底部平壓工字鋼頂部，下插50cm后，人離開，由挖機自行下壓工字鋼至設計位置，工字鋼樁埋入基坑底2m，頂部與放坡坡腳平齊，施工時挖機司機應注意靜壓工字鋼技巧，發現工字鋼偏移跡象及時自行糾正，保證工字鋼插打垂直度小于1%。

7 順序開挖砂層基坑。當工字鋼樁插打成U形輪廓后，僅剩挖機上下坡道缺口位置時，挖機下到基坑左線邊，由基坑左線至右線順序局部分層開挖，保證基坑內土方在挖機臂長有效作業范圍內。開挖基坑有滲水時，采用明溝法排水。沿坑底四周基礎范圍以外挖排水溝和集水坑，匯集基坑滲水，然后用水泵排除坑外。排水溝、集水坑的大小，主要根據滲水量的大小而定，一般排水溝深不小于0.3m，底寬應不小于0.3m，縱坡為1%~5%。集水坑設在下游位置，最小邊長0.6m，深度應大于0.7m，成型后可于底部鋪設碎石反濾層，避免淤埋。水泵可選相應抽水量的潛水泵，抽水能力應為滲水量的1.5倍~2.0倍，基坑排出的水要以水管遠引。

8 補打坡道下工字鋼樁，工字鋼樁閉合。當開挖至剩余坡道處土方時，挖機開行至基坑范圍外，挖除挖機上下坡道，插打剩余工字鋼樁，實現工字鋼樁圍護結構閉合。

9 開挖剩余土方。挖機挖除剩余土方，修整邊坡，基坑內排水溝閉合，梳理排水溝，保證排水通暢。

結語

（1）通過工字鋼樁圍護結構聯合集水明排技術的應用，基坑滲水隨著基坑開挖面的下降而下降，最終坑壁上部的砂層排水固結，滲水路徑得到加長，水力坡度減小，動水壓力緩解，流砂現象得以控制，基坑成功開挖。

（2）地下水通過工字鋼樁下部滲流到排水溝，然后匯集到集水井，通過水泵排出基坑。水流基本上為清水，工字鋼樁同時起到了反濾層的作用，使得土坡基本穩定，沒有發生較大位移和沉降。

（3）通過有效的施工組織，一般情況下，基坑的回填周期控制在7天以內，在基坑條件惡化之前得以回填。

參考文獻

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