臨河工程組合式鋼板樁兼止水帷幕施工技術研究與應用

吳凌峰,顧躍躍，李子涵,顧海峰,楊 波（中國二十二冶集團有限公司華東分公司， 上海 200100）

1 工程簡介

1.1 工程概況

本項目主要包括 13 棟住宅樓、地下室和開關站等配套建筑，其中其中土方施工內容為一個面積約 3 m2的地庫，場地大面積自然標高約為 -1.00 m，基坑底部大面積標高約為 -6.50 m，大面積開挖深度約為 5.5 m，屬于深基坑工程。西側基坑距離新昌路 8.16 m，該側有燃氣管道及污水管道；北側距離雨水管道 9.91 m、距離中國移動光纖12.88 m、距離思仙橋港南側岸邊 16.61 m；東側與市政道路綠化帶土堆緊密相連；南側與思仙橋港河道最短距離為16.40 m，最寬處 23.40 m。

其中西側圍護結構距基坑周邊建筑物和構筑物距離最短，距污水管線最小距離僅有 1.93 m。因此，為了保護基坑周邊的建筑物和構筑物不受基坑施工產生的擾動的影響導致破壞，基坑支護需選用對土層擾動較小的方式進行施工；又因施工工期較為緊張，對基坑支護的施工速度有一定的要求。

根據以上條件篩選出合適的施工支護方式，可選擇土釘墻和拉森鋼板樁作為基坑支護的形式。但施工場地三面圍河地下水豐富，土質較為不利土釘墻無法進行施工，且因施工工期較緊使用土釘墻支護需投入大量設備物質導致施工成本較高，故本基坑采用 9 m 長拉森鋼板樁＋12 m長 H 500×300×11×18 的 H 型鋼＋直徑 15.2 mm、長13.5 m、間距 2 m的錨索制成組合式鋼板樁，其中西側及西北側、西南側及東南側邊坡上坎土方坡面采用掛網噴錨護坡。

1.2 周邊環境

該工程項目位于嘉興市南湖區余新鎮，與余新鎮鎮政府隔河相望，坐落于其北側，出入口位于工地西側的新昌路上，該路段南北兩側均為橋梁。項目西南方向為金地藝華府小區，北側有數幢多層居民樓，南側與余新鎮鎮府隔河相望。場地周圍燃氣管、弱點電管網等管線數量較多情況較為復雜，周邊居民住宅樓使用的天然氣、弱電等管網進入紅線范圍以內，距離基坑較近，如污水(WS)（距離基坑最小凈距為 1.59 m）、雨水（YS）（距離基坑最小凈距為 9.6 m）、天然氣（TR）（距離基坑最小凈距為 1.7 m）、移動（YD）（距離基坑最小凈距為 10.03 m）。

1.3 工程地質情況

項目位于浙江嘉興南湖區地質情況屬于沖積平原，地貌類型平坦度較高，少量丘陵分布期間。總體上，擬建工程場地地面高程在為 1.91～5.02 m 之間，其中南側較高一般為5.0 m 左右，北側原為稻田高程較低約為 1.9 m 左右。項目地貌類型屬于湖沼積沖積平原小區，水網較為密集。

根據第三方地質勘查機構出具的檢測報告表明，本項目深基坑開挖范圍區域內土質以粉質粘土、淤泥質粉質粘土為主，土層分布情況為：首層為素填土、其下為粉質粘土、第三層屬于淤泥質粉質粘土、第四層土質為粉質粘土。在基坑開挖范圍內所有土層因其三面環河，土層中均有含量豐富的潛水，其主要來源為基坑南北兩側及西側的河流，水位為0.9 m～1.0 m。

1.4 施工難點

本項目在基坑圍護工序在進行施工的過程中會出現以下較為棘手的問題。

（1）基坑南北兩側及西側有河流經過，且基坑開挖深度較大，開挖大面深度達 5.5 m。基坑開挖范圍內的地表以下存在含水量豐富的粉質粘土、淤泥質粉質粘土層，含水率高、滲透性強且地下水來源豐富。在進行基坑開挖施工作業時，含有豐富地下水的土層遭受擾動，容易發生涌水、涌砂及滲透變形，必須采取可靠的施工工法保證止水帷幕的施工質量。

（2）工地南側為余新鎮鎮政府，地址較為敏感，對現場的安全文明施工要求高。

（3）基坑南北兩側均有居民住宅樓，大量管線由工地旁穿過，部分管線甚至位于工地范圍內，其中燃氣管道距基坑圍護結構距離僅 1.70 m，這對基坑施工過程中的周邊環境保護提出了較高的要求。

2 組合式鋼板樁基坑支護結構兼做止水帷幕施工方案

本項目采用基坑支護的形式為組合式鋼板樁因此需對鋼板樁及其組件均進行驗收。

（1）錨桿質量驗收標準按照表 1 內容實行。按照表 1 錨桿質量驗收內容及標準所做出的要求進行施工，錨桿成孔直徑為 500 mm，間距 2 m，錨桿打入側壁土層長度 13.5 m，內置錨索的直徑為 15.2 mm，錨索錨固段采用二次注漿的方法。錨索的第一次注漿所使用的材料為水泥砂漿，水泥采用標號為 42.5 號的早強型普通硅酸鹽水泥，注漿壓力 0.4～0.6 MPa為宜，水泥砂漿的水灰比為0.45～0.5，灰砂比為 1∶0.5～1∶1，在第一層注漿工序施工完成后，還需等注入錨桿孔洞的砂漿達到初凝后且第一次注入的漿體強度達到 5.0 MPa 后方可進行第二次注漿。二次注漿的施工方法采用劈裂注漿，注漿使用的漿液為純水泥漿，注漿壓力需達到 2.5～3.0 MPa 方為合格，純水泥漿的水灰比宜為 0.45～0.5 之間，注漿需要要穩壓兩分鐘。為了使第二次注漿的施工效果達到施工和設計的相關要求，在進行第一次注漿時必須將錨固段完全注滿水泥砂漿。

表1 錨桿質量驗收內容及標準

（2）組合式鋼板樁鋼圍檁的質量驗收內容及標準。所使用的拉森鋼板樁長度為 9 m，腰梁采用雙拼 25#b 槽鋼，鋼板樁打入地下后為增加其支護性能，防止鋼板樁因側面土壓力和土中的水壓力產生過大的撓度變形，產生縫隙影響防水性能，在鋼板樁內側打入規格為 25#B 的工字鋼，與鋼板樁、錨索共同組成鋼圍檁，減小鋼板樁變形，增加穩定性和防水性。

鋼圍檁在進行檢查驗收時需要滿足以下標準：① 鋼圍檁所使用的材料在進場驗收時需要滿足鋼結構工程施工相關的質量驗收規范要求，鋼圍檁使用的材料在截面尺寸的偏差上需滿足 ±20 mm，-10 mm的要求。② 施工過程驗收主要內容圍檁標高設計允許偏差 20 mm，在對鋼圍檁進行焊接施工時，其焊接的質量應達到 GB 50661—2011《建筑鋼結構焊接規范》的相關要求。

由于本工程的止水帷幕是在作為基坑支護的鋼板樁上增加工以達到止水的效果，因此在進行鋼板樁沉樁作業前還需對鋼板樁鎖口進行清理，并涂抹黃油、減摩劑、SAP高分子吸水樹脂等混合物，可有效減少鋼板樁的打拔難度，而 SAP高分子吸水樹脂隨鋼板樁打入地下吸水后體積可膨脹數百倍，受到擠壓后水分也不易流失，能夠有效的對鋼板樁之間的縫隙進行封堵，增加防水性能。

2.1 施工準備

根據本工程有多條管線進入施工區域的特點，鋼板樁施工所使用的施工機械為液壓振動沉樁機，主要由提供震便于沉樁的振動器、搬運移動鋼板樁的夾樁器以及提供和傳遞動力的傳動裝置和電動機等組成，為保證在鋼板樁施工過程中鋼板樁施打的位置的準確以及為了保證鋼板樁的垂直度，在進行施打時安排專人對鋼板樁進行監測。工字鋼與鋼板樁采用同一種施工機械進行施工。錨索施工由旋噴錨樁鉆機、灰漿攪拌機和注漿泵進行施工。水泥漿強度達到要求后，對錨索采用 OVM 油泵和 YCW 千斤頂進行張拉，并錨固至腰梁上，為確保錨固的可靠性，鋼墊板采用34 cm×15 cm×2 cm 的鋼板，錨索每 2 m 設置一道。

2.2 施工工藝

組合式鋼板樁基坑為圍護的施工方法：首先需要確定鋼板樁打樁的軸線、再對鋼板樁進行施打、隨后開始對板樁內側的H型鋼的施工工序，完成支護樁施工，其后將鋼板樁內側土層挖去進行錨索的注漿和腰梁的施工，待水泥漿強度達到要求后，對錨索進行張拉。

2.3 組合式鋼板樁在施工中的主要參數

組合式鋼板樁在施工中的主要參數如下.

（1）項目施工所使用的拉森鋼板樁材料規格為 400 mm×170 mm×15.5 mm、長度按照施工范圍內地下土層分布情況選用 9 m 和 12 m 兩種長度進行施工。

（2）鋼板樁內部的 H 型鋼為保證鋼板樁的穩定性選取規格為 H 500×300×11×18，長度為 12 m 進行施工。

（3）16 號工字鋼選用規格為 250 mm×118 mm×10 mm。

（4）為保證鋼板樁的防水性能在進行鋼板樁施工前在鎖口中涂抹含有 SAP 高分子吸水樹脂的鎖口涂料，涂料中SAP 高分子吸水樹脂添的添加量為 23%；

（5）鋼板樁鎖口涂料中的黃油、減摩劑與 SAP 高分子吸水樹脂的質量配合比為 5∶5∶3。

（6）鋼板樁鎖口涂料用量：單側鎖口涂料用量 1 kg/m，施工時鋼板樁雙側均需涂抹，因此鋼板樁涂料用量為 2 kg/m。

（7）錨索注漿壓力：錨索錨固段施工方法采用二次注漿法。第一次注漿使用的材料采用水泥砂漿，水泥采用標號為 42.5 號的早強型普通硅酸鹽水泥，注漿時的壓力需達到0.4～0.6 MPa；第一次注漿注入的水泥砂漿達到初凝后和一次注漿體強度達到 5.0 MPa 后方可進行二次注漿。二次注漿的方法使用劈裂注漿，注漿的漿液采用純水泥漿，注漿壓力一般為 2.5～3.0 MPa。

（8）在進行錨索張拉錨固時需要對張拉順序進行合理安排，考慮相鄰的錨索之間相互影響。在錨索正式張拉前還需取 0.1～0.2 倍的軸向拉力設計值對錨索預張拉 1～2次，使錨索完全平直和各部位接觸緊密，產生初剪。錨索張拉至 1.05～1.10 倍軸向拉力設計值并保持 15 min，然后卸荷至零，再重新張拉至鎖定荷載進行鎖定，鎖定荷載為0.75～0.9 倍的軸向拉力設計值。預應力張拉分級加載，張拉分級加載依 0.10～0.20、0.50、0.75、1.00、1.05～1.10倍的錨桿軸向拉力設計值進行，每級持續 5 min，分級記錄預應力伸長值。錨索腰梁的形式采用鋼筋混凝土鎖口腰梁加鋼墊板。

2.4 施工安全

（1）鋼板樁施工時需對挖槽部位設置警示標志，并圍繞溝槽設置彩旗等醒目標志；

（2）在雨霧天氣在溝槽附近撒碎石和砂子防滑，嚴禁在照明條件不具備的情況下在溝槽附近進行夜間施工。

3 施工效果

在組合式鋼板樁進行是施工的過程中需對指定的相關技術措施進行嚴格的執行、實施，通過統計反饋數據看均滿足規范及設計要求。組合式鋼板樁在施工完成后，進行基坑內的土方開挖時鋼板樁監測數據滿足相關規范要求，鋼板樁未出現滲漏情況，其水平方向受土體和地下水的壓力產生的撓度也符合要求，達到了預期的效果。

（1）液壓振動沉樁機在施工中對本項目所處地的地質情況十分適用，施工速度快，每天可打入 80 根鋼板樁，約32 m。現場組合式鋼板樁圍檁防滲性能滿足規范及設計要求。在開挖階段，組合式鋼板樁未發生滲漏水現象。基坑邊坡偏移量如圖 1 所示，坑外水位變化如圖 2 所示。

圖1 基坑邊坡偏移量

圖2 坑外水位變化圖

（2）通過對基坑開挖施工過程對鋼板樁的監測數據整理、分析，在基坑進行土方開挖施工期間，項目周邊的地下水位變化、側壁的變形量和周邊環境沉降變形均處于可控范圍之內。由此可見組合式鋼板樁能有足夠的邊坡支護性能，且能夠有效的阻隔地下水，對周邊環境的保護也非常有效。

4 結 語

（1）本項目與余新鎮鎮政府隔河相望，周邊有大量小區住宅樓，施工范圍之內有許多管線穿過，且基坑南北兩側與西側臨河，地下水豐富，對止基坑支護和止水帷幕提出了極高的質量要求。在工程施工過程中采用組合式鋼板樁作為基坑支護兼止水帷幕的方式，確保了基坑工程順利實施，施工過程達到了安全可控的目標，確保了周邊環境的安全。

（2）在鋼板樁鎖口涂料中首次加入 SAP 高分子吸水樹脂，實施后組合式鋼板樁止水效果良好，未發生滲漏水現象，縮短了施工工期，降低了基坑安全風險。

（3）在地下土層中含水量豐富，且地質較為不良的情況下基坑支護和止水帷幕提供了一種新的施工方式，實現了施工質量最高化、施工速度最快化的目的。

（4）通過對基坑監測收集的數據分析表明，在基坑開挖和降水期間，坑外水位基本無變化，采用組合式鋼板樁兼做止水帷幕的方法是安全可靠的。在施工設備選擇、施工工藝確定、具體施工參數選擇等方面可為同類型的工程項目提供借鑒與參考。