重粘土地質深基坑鋼板樁圍堰施工技術

陳士忠

重粘土地質深基坑鋼板樁圍堰施工技術

陳士忠

近年來，公路、鐵路、城市道路、航道和碼頭等交通運輸基礎設施得到了迅速發展，深水基礎或深基坑承臺等被大范圍采用，由于鋼板樁圍堰綠色環保、施工簡單、工期短、費用低、可重復利用等優點，受到了大范圍推廣應用。

目前對于特殊土體如重粘土層，鋼板樁插打方式尚無太多經驗，本文結合實際工程項目，探討重粘土地質深基坑鋼板樁圍堰施工工藝、應用效果和發展前景，為下一步類似工程提供參考。

一、工程概況

萬年閘大橋地處棗莊市臺兒莊區境內，跨越京杭大運河，橋梁全長922米，主橋采用61.5＋91.5＋50m的預應力混凝土連續箱梁。主橋28#墩承臺埋深14.8米，29#墩承臺埋深10.7米。根據設計要求，28#、29#承臺基坑開挖均采用鋼板樁圍堰支護施工方案。

二、工程地質條件

萬年閘大橋28#墩、29#墩地質情況為粘土、粉質粘土、粘土混砂礫石及少量的中細砂或中粗砂，其下伏基巖為上元古界震旦系石灰巖夾石英砂及砂巖、頁巖，局部有輝綠巖侵入體，粘土層基本承載力/摩阻力標準值為180/50（kpa）。

三、鋼板樁圍堰施工技術

1.工藝概況

鋼板樁圍堰施工的特點決定了在不同地點、不同地質和水文條件下鋼板樁的插打方式、支護方式、圍護效果要求也不盡相同?？傮w來說鋼板樁圍堰施工分為三大步驟，第一步是在指定地點選擇合適的鋼板樁按照既定的高程完成樁體插打任務；第二步是進行基坑開挖和圍囹體系施工；第三步是完工后鋼板樁和圍囹體系的拆除。第二步和第三步主要根據材料性能指標、水位高程、土體種類、結構物形狀及高程確定圍囹體系構造和內支撐材料規格型號選擇，該部分需要經過力學計算確定。第一步驟主要是根據地質資料和外部環境要求選擇插打方法，該步驟是鋼板樁圍堰能否順利實施的關鍵。

2.工藝流程

本項目承臺深基坑開挖采用拉森Ⅳ鋼板樁支護，28#承臺的鋼板樁圍護范圍為12.9m×9.4m，29#承臺的鋼板樁圍護范圍為11.7m×8.5m，鋼板樁距承臺邊沿1m。本方案以28#墩為例說明，29#墩參照執行。

具體施工工藝流程：在插打鋼板樁前首先對28#墩處場地上層3米素填土進行挖除、整平，→測量定位→導向樁制作→插打鋼板樁→挖掘機挖至第一道支撐下0.4米→第一道支撐安裝→長臂挖掘機挖至第二道支撐下0.4米第二道支撐安裝→長臂挖掘機挖至第三道→安裝第三道支撐→長臂挖掘機挖至第四道支撐下0.4米→安裝第四道支撐→挖至承臺底以下1.0米→澆筑1.0m厚C25封底混凝土→拆除第四道支撐內部斜撐（邊框保留）→承臺施工完畢→回填土至第四道支撐并夯實→拆除第四道支撐→回填土至承臺頂標高處并夯實→墩柱施工→逐層回填土至支撐下0.4米并夯實、逐層拆除內支撐→拔樁、撤場→恢復原地面。

3.施工準備

（1）鋼板樁的選用

本工程選用拉森Ⅳ型鋼板樁，寬40cm，重76kg/m，根據本工程地質情況，經力學檢算，采用樁長為18米的鋼板樁。

（2）試打鋼板樁

鋼板樁的施工機具按照打入方式的不同分為以下幾種：一是沖擊打入機械，錘擊沉樁時需要設樁帽；二是振動打入機械，可用于打樁，也可用于拔樁，如振動打拔樁錘；三是振動沖擊打樁機械，在振動打樁機的機體與夾具間設置沖擊機構，在振動打樁機產生上下振動的同時，產生沖擊力，使施工效率大大提高；四是靜力壓入機械，依靠靜力將鋼板樁壓入土中，如液壓壓樁機、鋼索卷揚機壓樁機。

本項目采用目前應用比較廣泛的振動錘打入方式，采用80t履帶吊車配合DZ150型振動錘進行鋼板樁插打，在插打鋼板樁前需設定位樁及定位橫梁，定位樁采用鋼管樁，四角布置，內外側共8根。定位橫梁采用I50a型鋼，將施工區域控制點標明并經過復核無誤后進行鋼板樁試打。

從試打鋼板樁施工記錄可以看出，28#墩挖出3米素土后，進行鋼板樁試打28分鐘進尺1.8米，繼續試打36分鐘進尺0.2米，再行試打60分鐘進尺0.4米；29#墩第一次試打26分鐘進尺6.8米，繼續試打40分鐘，無進尺，且鋼板樁震動較大，呈現彎曲狀態。根據現場鋼板樁試打情況，實際鋼板樁打設過程中非常困難。為進一步判斷28#、29#墩地質情況進行了現場取樣土工試驗，由土工試驗報告可以看出， 28#墩處4.8~6.26米處塑性指數IP=26.4，標貫實測擊數N=16，為硬塑重粘土，6.8~15.6米塑性指數IP=26.8，標貫實測擊數N=19，為硬塑重粘土。29#墩處4.8~6.8米塑性指數IP=23，標貫實測擊數N=15，為堅硬粘土，6.8~10.8米塑性指數IP=26.2，標貫實測擊數N=18，為堅硬重粘土，10.8~16.8米塑性指數IP=26.1，標貫實測擊數N=19，為堅硬重粘土。

（3）方案調整

根據現場土工試驗報告及鋼板樁試打情況可以看出，重粘土粘粒含量大于60%、塑性指數IP>25、標貫擊數N>16的重粘土土層，由于土體粘度太大入土鋼板樁受到的粘性摩阻力大，鋼板樁插打比較困難，不能滿足施工需求，必須采用輔助設施減少土體摩阻，目前采用的方式有高壓射水和機械鉆孔方式。高壓射水施工方案主要適合砂性土，而重粘土地質鋼板樁圍堰施工鮮見高壓射水成功施工案例。

經論證后決定采用螺旋鉆機引孔后再插打拉森鋼板樁圍堰施工方式。采用KLB6—25B型長螺旋鉆機進行引孔，鉆孔深度根據鋼板樁試打情況，確定鉆至距鋼板樁底部3m，即保證鋼板樁底部3m范圍內原土不得被擾動。

4.施工要點

為保證引孔時孔內的粘土全部被帶出，鉆孔時保證相鄰兩鉆孔之間不宜串通，相鄰兩孔間的凈距控制在10~20cm，每成孔一根需將孔口周圍土體用挖掘機清理干凈。考慮螺旋鉆機和履帶式起重機同步協調作業，引孔時先完成基坑一側引孔工作，待該側鋼板樁插打完成后，再進行基坑相鄰側引孔工作。

插打過程中，加強測量工作，發現傾斜，及時調整，為保證插樁順利合攏，要求樁身垂直，并且圍堰周邊的鋼板數要均分。插打過程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調整合攏”的施工要點。

插打鋼板樁要充分采取止水措施，以防鋼板樁圍堰大量漏水。合攏段，到剩下最后一部分時，要先插后打，若合攏有誤，用倒鏈或滑車組對拉，使之合攏。合攏后，再逐根打到設計深度。

已插入的鋼板樁，傾斜度≤5‰，每組鋼板樁插入正確位置偏差≤±15mm，鋼板樁靠近內導向架的距離不大于20mm。

基坑的開挖和支撐施工順序如下：采用長臂挖掘機開挖基坑，開挖到每層支撐面以下0.4m后，安裝好支撐后，方可繼續開挖施工下一層支撐。挖掘到設計標高以后進行封底混凝土澆筑，厚度為1.0m，混凝土頂面標高四周應稍低于設計標高，作為鋼板樁滲水排水溝用，保持承臺范圍干燥，方便樁頭鑿除和樁檢。封底混凝土達到強度后拆除第四道圍囹內支撐的內部斜撐（邊框保留），進行承臺施工。

鋼板樁拔除采用振動錘，作業前對每個板樁的打入情況作詳細調查，以此判斷拔樁作業的難易程度；在內支撐全部拆除、回填土完成后，進行鋼板樁的拔除。

在插打鋼板樁前在圍堰四周一定距離和老橋橋墩處設置沉降觀測樁和位移觀測樁，避免圍堰偏位對鄰近橋基礎產生影響。若位移和沉降速率超出規定時必須停止施工，加大觀測密度，同時根據具體情況制定相應措施。

四、應用效果

28#、29#深基坑鋼板樁采用螺旋鉆機輔助引孔施工技術大大加快了硬質重粘土地質鋼板樁圍堰的施工進度，施工周期104天，共打入18米鋼板樁236根重約324t，鋼板樁施工費用合計156萬元，螺旋鉆施工費用合計25.2萬元。若采用咬合樁方案共需1.2米咬合樁76棵合計樁長1368米，咬合樁施工費用約410萬元，其施工周期也會大大延長。從實際施工效果看，鋼板樁圍堰施工周期短，費用低，可重復利用，綠色環保，經濟效果十分明顯。

五、結語

1.此次鋼板樁圍堰施工成功拓展了鋼板樁在深基坑中的使用空間，解決了復雜地質條件下鋼板樁插打困難、施工效率低下等問題，節省了大量的時間、成本，也提高了工作效率和效益。

2.螺旋鉆機輔助引孔施工技術大大加快了硬質重粘土地質鋼板樁圍堰的施工進度，為以后類似工程提供了一種新的施工方法。

（作者單位：棗莊市公路管理局）