淺談鋼板樁+高壓旋噴樁組合臺階式圍堰在水中墩施工的應用

魯志剛

摘要：結合公司武漢地鐵21號線跨灄水河特大橋的17#/18#/19#水中墩深基坑施工實踐，在水中墩承臺基坑深度15m～16m情況下，應用雙排18m拉森Ⅵ銅板樁臺階式圍堰和雙重管高壓旋噴樁堵漏技術，成功實施了3個水中墩柱，為今后同類工程施工提供現場施工經驗及參考依據。

關鍵詞：水中墩；臺階式組合圍堰；拉森銅板樁；組合圍堰

一、水中墩承臺基坑圍護結構設計

17#橋墩承臺圍堰采用拉森Ⅳ型鋼板樁，樁長15m，平面尺寸為8.6m×15.9m，布置4道內支撐（5月前如有超過18m水位洪水，則外圍再打設一道鋼板樁，形成臺階式擋水圍堰）。圍堰封底混凝土厚0.6m，開挖底高程為5.454m。17#墩位在標高0.7m處有蘊含承壓水的含粘土質礫卵石層，基坑底距承壓水層頂面的最小距離4.354m，承壓水頂部為粉質粘土不透水層，暫不考慮承壓水頭影響，基坑支護結構參考圖1。

18#橋墩承臺圍堰采用拉森Ⅵ型鋼板樁（SP-U 400*170*15.5，材質SY295），樁長18m，圍堰平面尺寸為15.5m′12.5m，布置4道內支撐（5月前如有超過18m水位洪水，則外圍再打設一道鋼板樁，形成臺階式擋水圍堰）。承臺底高程為5.594m，封底混凝土厚0.6m，圍堰基坑開挖底高程為5.0m。18#墩位在標高一5.31m處有蘊含承壓水的含粘土質礫卵石層，基坑底距承壓水層頂面的最小距離為9.904m，承壓水頂部為粉質粘土不透水層，暫不考慮承壓水頭影響。

19#墩承臺基坑圍護結構同18#墩，基礎承臺底高程為5.969m，封底混凝土厚0.6m，圍堰基坑開挖底高程為5.369m。19#墩位在標高0.41m處有蘊含承壓水的含粘土質礫卵石層，基坑底距承壓水層頂面的最小距離僅4.559m，承壓水頂部為粉質粘土不透水層，暫不考慮承壓水頭影響，基坑支護結構見下圖1。

二、圍護結構受力檢算

17#～19#承臺開挖均位于灄水河河床，地質從上到下為素填土（1-2）、淤泥質粉質粘土（3-4）層，淤泥質粉質粘土含水率36.9%，呈流塑～軟塑狀態。17#～19#橋墩河床標高14.8m，冬春季節河床干涸，2016年汛期到來較早，水位上漲較快，到5～6月份時，已經上漲至標高18～21m左右。

根據地勘資料，17#、18#、19#水中墩深基坑圍護結構受力計算采用理正基坑7.0軟件計算，內支撐剛度采用Midas計算受力變形性能估算，評審后采用武漢本地深基坑軟件天漢軟件進行復核。

（一）鋼板樁受力計算

（1）17#橋墩理正深基坑軟件計算時采用的是FSP-Ⅳ鋼板樁，計算得鋼板樁彎矩絕對最大值為206.5KN·m，則鋼板樁受彎應力：

受彎應力滿足要求。

（2）18#/19#橋墩理正深基坑軟件計算時采用的是FSP-Ⅵ鋼板樁，計算得鋼板樁彎矩絕對最大值為491.8KN·m/525.7KN·m（因經典法采用過多假設，所有彎矩取值按彈性法計算結果取值），則鋼板樁受彎應力：

（二）電算過程及結果

17#～19#墩圍護結構受力計算采用理正基坑7.0軟件計算，內支撐剛度采用Midas計算受力變形性能估算。由計算結果可知：18#、19#墩支撐梁在380KN/m的荷載作用下，其最大變形僅為7.8mm，支撐體系變形小，剛度大，能滿足施工要求。18#及19#墩支撐梁、鋼管支撐最大組合應力為129.6MPa，小于材料屈服強度235MPa，滿足強度要求。圍護結構的整體穩定、抗傾覆穩定、抗隆起驗算、抗管涌驗算滿足要求。

三、鋼板樁臺階式圍堰施工過程

17#～19#墩基坑鋼板樁插打，采用1臺80T履帶吊和1臺90KW振動錘施工。在實際插打鋼板樁過程中，由于鋼板樁較長，有變形，有部分18m鋼板樁反復插拔仍無法插入，考慮到施工進度，現場決定采用不鎖扣連接，鋼板樁之間采用搭接10cm布置方式進行插打。

在17#～19#水中墩基礎開挖過程中，灄水河水位不斷上漲，在水下10m深度位置圍堰出現多處滲漏水，較深位置甚至呈噴射狀，經圍堰背后回填煤渣、棉被、黏土堵漏后，仍無法止漏，個別位置滲漏水將圍堰背后土層洗刷掏空。后經過商議，在原單排鋼板樁圍堰外側2m，再插打一排鋼板樁圍堰止水，此鋼板樁不插打到底，頂部高于水面2m，僅為擋水作用，形成臺階式圍堰。由于內側鋼板樁背后土層被掏空，此措施仍無法止漏，開挖時不斷出現新的漏水點，噴射狀滲漏水，此起彼伏。4月份水位持續迅速上漲（最高2016年7月10日，水位26.2m），在18#基坑開挖到底時，水位21.23m，導致18#水中墩基坑施工深度增加到15.64m。

后決定采用鋼板樁+雙重管高壓旋噴樁組合圍堰進行堵漏止水，在鋼板樁上搭設型鋼平臺，在鋼板樁背面打設一排φ800@400雙重管高壓旋噴樁，水泥耗量300kg/m，并在水泥漿液中摻加一定比例的水玻璃，現場進行水玻璃配比調制試驗，掐表計時，漿液凝固時間調整為>60分鐘。高壓旋噴止水帷幕完成后，重新進行基坑抽水，基坑無滲漏，止水良好，順利在2016年洪峰來臨前完成了墩身施工。

四、結語：

針對基坑深度在10～15m的水中墩深基坑，可采用18m雙排臺階式拉森Ⅵ型鋼板樁+外側雙重管高壓旋噴樁（摻水玻璃）止水帷幕形式，第一排鋼板樁（內側）擋土，第二排鋼板樁（外側）擋水，鋼板樁底部可高于承臺底部，稱為臺階式圍堰，兩排鋼板樁間距2m～3m。此臺階式圍堰經過驗證，可滿足10～15m深度水中墩施工安全要求。由于此方案棄用了原有的水中墩鋼套箱方案，可極大的節省造價，加快施工進度，便于施工，在河流湖泊區域施工水中墩，有較大的應用前景。