鎖口鋼管樁支護(hù)在深基坑施工中的應(yīng)用

鄒家恒

摘 要：深基坑施工是路橋工程施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，深基坑施工極易受到環(huán)境因素、技術(shù)因素與人為因素的影響，是危險(xiǎn)系數(shù)較高的環(huán)節(jié)。在深基坑施工中，經(jīng)常出現(xiàn)基底面不規(guī)則沉降、圍堰變形、滲水等安全問(wèn)題，不僅會(huì)延誤工期，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的人身安全構(gòu)成威脅。而鎖口鋼管樁支護(hù)方式的合理運(yùn)用，則可以降低安全事故發(fā)生率，確保深基坑施工的安全有序開(kāi)展。

關(guān)鍵詞：深基坑施工;鎖口鋼管樁支護(hù);安全事故

中圖分類號(hào)：U445.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

深基坑施工作為路橋工程中的重難點(diǎn)環(huán)節(jié)，受到施工單位的高度重視。其中，鎖口鋼管樁支護(hù)是一類極具代表性的深基坑支護(hù)形式。對(duì)此，本文將論述鎖口鋼管樁的基本概念，結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)例，圍繞鎖口鋼管樁支護(hù)在深基坑施工中的實(shí)踐應(yīng)用展開(kāi)探究。

1 鎖口鋼管樁的基本概念與結(jié)構(gòu)組成

鎖口鋼管樁是一類路橋工程施工中應(yīng)用較為稀少的構(gòu)件，在深基坑支護(hù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。鎖口鋼管樁主要由垂直鋼管和連接鎖扣兩部分組成。按照結(jié)構(gòu)形態(tài)差異，可將連接鎖扣劃分為C型鎖扣和T型鎖扣兩大類。

鎖口鋼管樁具有剛度大、抗壓能力、抗形變能力、抗?jié)B能力及耐腐蝕性強(qiáng)、支護(hù)深度大等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。而且鎖口鋼管樁的結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單，投資成本較低，這也是鎖口鋼管樁被廣泛運(yùn)用到深基坑支護(hù)施工中的主要原因。

2 鎖口鋼管樁支護(hù)在深基坑施工中的實(shí)踐應(yīng)用

以268省道跨京杭運(yùn)河的橋梁工程為例。該工程不僅能夠完善區(qū)域干線公路網(wǎng)絡(luò)，還是宿遷市洋河新區(qū)整體交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)格局的重要組成部分。該橋梁全長(zhǎng)共1 134 m，其中京杭運(yùn)河特大橋主橋采用（97+150+90）m變截面連續(xù)箱梁，16#主墩分別處在京杭運(yùn)河南岸，承臺(tái)外觀尺寸為（20.9*10.7*4.5）m。為提升樁基安全穩(wěn)固性，保障整體橋梁工程質(zhì)量安全，采用群樁基礎(chǔ)布局形式，使用承臺(tái)連接樁柱。承臺(tái)侵入京杭運(yùn)河南側(cè)堤岸線10 m，且基坑深達(dá)12.8 m。

2.1 合理選擇橋墩深基坑支護(hù)法

隨著橋梁工程建設(shè)事業(yè)的迅猛發(fā)展，深基坑支護(hù)施工方式也越來(lái)越多樣化。當(dāng)前，應(yīng)用較為常見(jiàn)的深基坑支護(hù)施工方法包括鋼筋混凝土沉井支護(hù)法、鋼管（板）樁圍堰支護(hù)法、鉆孔灌注樁支護(hù)法和高壓旋噴樁施工法。各類深基坑支護(hù)施工方法的核心原理、應(yīng)用要點(diǎn)與適用條件各不相同。為此，施工單位要結(jié)合實(shí)際情況，選擇適宜的深基坑支護(hù)法。針對(duì)案例工程項(xiàng)目，施工單位從工程質(zhì)量要求、施工環(huán)境特點(diǎn)和實(shí)際投資成本等多方面考量，決定采用鎖口鋼管樁支護(hù)法。各類深基坑支護(hù)施工法的對(duì)比情況如下表所示。

2.2 鎖口鋼管樁設(shè)計(jì)要點(diǎn)與施工要點(diǎn)

（1）鎖口鋼管樁設(shè)計(jì)。第一，鋼管樁截面的選擇。在整個(gè)圍堰結(jié)構(gòu)體系中，鋼管樁作為主要承力部件，發(fā)揮著重要作用。鋼管樁截面尺寸與厚度必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從某種角度來(lái)說(shuō)，提升鋼管樁在允許范圍內(nèi)的埋置深度，也就意味著增強(qiáng)鋼管樁的安全穩(wěn)定性。第二，鋼管樁支點(diǎn)處理。由于鋼管樁是在持續(xù)振動(dòng)作用力條件下植入基坑土體的，所以樁內(nèi)的土體密實(shí)度較高。水平方向的臨時(shí)輔助支撐結(jié)構(gòu)引起的鋼管樁微觀形變可忽略不計(jì)[2]。第三，封底混凝土厚度。如果混凝土材料的強(qiáng)度等級(jí)較低，則需要考慮適當(dāng)增加澆筑厚度，同時(shí)加大基底開(kāi)挖量。第四，圍堰內(nèi)輔助支撐結(jié)構(gòu)的主要作用是對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)所受到的來(lái)自外側(cè)荷載作用力予以分擔(dān)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要密切關(guān)注圍堰內(nèi)混凝土封底前，圍堰結(jié)構(gòu)受到的來(lái)自外側(cè)土體壓力和機(jī)械設(shè)備運(yùn)作產(chǎn)生的荷載作用力。第五，鎖口設(shè)計(jì)。若想增大鋼管樁連接部位的緊固度，增強(qiáng)鋼管樁的抗?jié)B能力，必須在保證鎖口強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，以加大鎖口的嵌合程度。

（2）施工工藝流程與重點(diǎn)環(huán)節(jié)。施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→場(chǎng)地平整→安裝導(dǎo)向架→打入鋼管樁→基坑開(kāi)挖→設(shè)置支撐→開(kāi)挖到位→混凝土封底→滲水縫處理→澆注承臺(tái)→澆注墩身→拔除鋼管樁。

重點(diǎn)環(huán)節(jié)包括：①鎖口的設(shè)計(jì)。由于該工程屬于跨河橋梁工程，所以地表水儲(chǔ)量較大，地下水水位較高。如果鎖口設(shè)計(jì)不合理，則會(huì)直接影響整個(gè)圍堰結(jié)構(gòu)的抗?jié)B效果，甚至導(dǎo)致圍堰結(jié)構(gòu)失去實(shí)際作用。在鎖口鋼管樁加工制作過(guò)程中，采用焊接的方式對(duì)鋼管與鎖口實(shí)施連接處理，并對(duì)焊接縫展開(kāi)特殊處理，以加大焊接縫的密實(shí)度，增強(qiáng)整體圍巖結(jié)構(gòu)的抗?jié)B效果。②鎖口鋼管樁插打要求為，結(jié)合實(shí)際情況合理選擇插打方式，加大鋼管樁的咬合程度，使鋼管樁的垂直度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。③基坑開(kāi)挖要求為，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)開(kāi)挖基坑，采用人工作業(yè)方式清理基坑底部的多余土體。根據(jù)力學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將鋼管樁設(shè)計(jì)成工字型。與此同時(shí)，在基坑四周設(shè)置觀測(cè)樁，對(duì)樁位偏差實(shí)行全方位、動(dòng)態(tài)化、精細(xì)化觀測(cè)。一旦察覺(jué)異常情況，第一時(shí)間回填基坑，以免基坑圍堰出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象。

（3）施工步驟及技術(shù)措施。其一，鎖口鋼管樁的制作。使用管壁厚度約8 mm，直徑約426 mm的鋼管，采用螺旋焊的方式對(duì)鋼管鎖口實(shí)施焊接處理[3]。在鋼管外壁對(duì)稱焊接工字鋼和角鋼，嚴(yán)格控制焊縫長(zhǎng)度、平整度與密實(shí)度，以免焊縫部位出現(xiàn)滲漏問(wèn)題。其二，鎖口管樁打設(shè)。鋼管樁制作結(jié)束后，使用全站儀對(duì)承臺(tái)中心線與邊緣線展開(kāi)測(cè)定。全面考量施工空間環(huán)境特點(diǎn)與施工偏差，確保鋼管樁插打位置的精準(zhǔn)無(wú)誤。在插打過(guò)程中控制各排鋼管樁的垂直度，配置由工字型鋼組成的圍檁作為加固支撐結(jié)構(gòu)，將鋼管樁垂直度偏差控制在1%以內(nèi)。其三，土方開(kāi)挖。鎖口鋼管樁插打結(jié)束后，對(duì)基坑予以開(kāi)挖。當(dāng)實(shí)際開(kāi)挖深度達(dá)到第一道支撐以下1 m左右時(shí)，待第一道支撐加固處理結(jié)束后，繼續(xù)開(kāi)挖。按照這樣的模式循環(huán)往復(fù)的開(kāi)挖，直至最后一道支撐加固處理完畢。在混凝土封底前可以適當(dāng)超挖。這里格外強(qiáng)調(diào)的是，要將超挖深度控制在允許范圍內(nèi)。基坑開(kāi)挖所排放的土體必須及時(shí)運(yùn)送到指定地點(diǎn)，不得隨意堆放在現(xiàn)場(chǎng)，尤其是基坑邊緣，以免土體重力荷載過(guò)大造成基坑邊坡塌陷。其四，支撐打設(shè)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查與精確驗(yàn)算，明確支撐的數(shù)量、空間位置與間隔距離。當(dāng)開(kāi)挖至第一道支撐下方時(shí)，在垂直鋼管鎖口位置焊接牛腿，增大鋼管的承載力。在插打支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，明確標(biāo)定橋梁工程中心線，彈放支撐結(jié)構(gòu)的安裝位置。盡可能的使牛腿與橫向支撐和斜向支撐保持在同一水平面上，以免牛腿受到的軸向力與扭轉(zhuǎn)力過(guò)大。使用細(xì)石混凝土對(duì)鎖口鋼管樁和圍檁支撐體系實(shí)行灌注處理，增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固性。其五，鎖口漏水處理。如果鎖口部位發(fā)生滲漏，有必要使用壓水泥漿對(duì)端口部位實(shí)施特殊處理，以增加端口部位的密實(shí)度，加強(qiáng)端口部位的抗?jié)B能力。其六，封底砼澆筑。當(dāng)基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，澆筑封底混凝土。在基坑內(nèi)設(shè)置排水溝，配合水泵排水，確保施工現(xiàn)場(chǎng)的干燥性，以免含水量過(guò)大影響基坑基底層的穩(wěn)固性。其七，支撐系統(tǒng)拆除。橋墩承臺(tái)施工結(jié)束后，待現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，拆除臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。預(yù)先回填基坑，待回填高度達(dá)到支撐結(jié)構(gòu)標(biāo)高時(shí)，拆除上部的支撐結(jié)構(gòu)。其八，鋼管樁拔除。聯(lián)合使用履帶與振動(dòng)錘拔出鋼管樁。沿下方垂直方向持續(xù)振動(dòng)，使鎖口與水泥漿相互分離，采用一定的提升力向上拔除。

3 鎖口鋼管樁施工中的注意事項(xiàng)

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)且精準(zhǔn)的驗(yàn)算，合理布置深基坑圍巖結(jié)構(gòu)支撐體系，保障支撐結(jié)構(gòu)體系的安全穩(wěn)定性;全面考量工程現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件，加大工程力學(xué)與物理力學(xué)研究力度。針對(duì)地下水水位較高的區(qū)域，做好現(xiàn)場(chǎng)排水工作;對(duì)深基坑圍堰結(jié)構(gòu)的不規(guī)則形變情況予以全方位、動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常狀況，第一時(shí)間采取處理措施，從根源上消除安全隱患;優(yōu)化人力資源配置，對(duì)施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行合理調(diào)度。由于深基坑是長(zhǎng)時(shí)間暴露在外界環(huán)境中的，所以現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)做好意外事故方法處理的準(zhǔn)備工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)鎖口鋼管樁支護(hù)在案例工程深基坑施工中的實(shí)踐應(yīng)用展開(kāi)系統(tǒng)，進(jìn)一步明確了鎖口鋼管樁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、適用條件、應(yīng)用要點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，充分發(fā)揮了鎖口鋼管樁的支護(hù)作用，證明可以增強(qiáng)地基基層與圍堰的安全穩(wěn)固性，保障施工安全，切實(shí)的提升了橋梁工程的建設(shè)水平。

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