卵石覆蓋基巖地質(zhì)條件下鋼板樁圍堰引孔施工技術(shù)分析

王小強(qiáng)，海大鵬，田為，暨仕瑀，呂政

（中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000；重慶交通大學(xué)，重慶 400000）

0 前言

在水中深基坑的施工中，鋼板樁圍堰因其使用范圍廣泛、使用效果好、可重復(fù)利用等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。然而普通的鋼板樁圍堰的施工具有一定的局限性，目前鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)一般適用于砂類土、半干性粘土、較軟的全風(fēng)化巖層。對于較硬的弱、中風(fēng)化巖層及大粒徑卵石層地層，如直接插打鋼板樁，會造成鋼板樁因地質(zhì)較硬無法插打進(jìn)入且鋼板樁變形較大，進(jìn)而影響圍堰止水效果[1]。除此之外，對于卵石覆蓋基巖的地層，鋼板樁要打入基巖，面臨著難以打入、無法實(shí)施的困難。因此鋼板樁圍堰引孔技術(shù)的提出成為了突破這一問題的關(guān)鍵。本文以一實(shí)際工程為例，詳細(xì)介紹鋼板樁圍堰引孔施工流程，及其與其他施工方法的對比及特點(diǎn)。

1 工程概況

致江路岷江大橋位于新建致江路之上，上跨岷江，起點(diǎn)連接嘉定北路方向，終點(diǎn)接S305方向。橋梁起點(diǎn)里程K0+297.480，終點(diǎn)里程 K0+978.060，橋梁全長680.58m。主橋左右分修，單幅橋梁下部結(jié)構(gòu)包含一個(gè)中主墩（11號墩），兩個(gè)邊主墩（10號、12號墩），均位于水中。10號墩承臺厚 4.5m，橫向?qū)?9.4m，縱向?qū)挾?2.6m，基礎(chǔ)為11×φ 2.2m三排鉆孔灌注樁。

主橋橋墩位于岷江河內(nèi)，橋墩所處位置地基土上部局部分布為第四系全新統(tǒng)沖洪積細(xì)砂等，向下為第四系全新統(tǒng)沖洪積卵石層，下伏白堊系下統(tǒng)夾關(guān)組砂巖，無斷層和裂隙密集帶通過，無下臥軟弱夾層。經(jīng)地質(zhì)勘察資料表明：10#墩承臺處河床標(biāo)高為353.3m,下臥卵石層厚約 2.5-3.0m,基巖標(biāo)高為 350.8m。鋼板樁需插打入巖層，巖層為中風(fēng)化和微風(fēng)化砂巖，強(qiáng)度高。基巖裂隙水，下伏基巖風(fēng)化帶裂隙中存在少量基巖裂隙水，其透水性、富水性差。

主橋10#墩鋼板樁圍堰平面尺寸為45.9×17.1m，基坑開挖深度8.634m，鋼板樁長12m；鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)圖如下圖所示。

10#墩鋼板樁圍堰平面布置圖

2 鋼板樁旋挖引孔技術(shù)介紹

下面以該工程為例，詳細(xì)介紹鋼板樁旋挖引孔技術(shù)。

2.1 填土筑島施工

筑島填料為碎石土。水下部分施工采用傾填法，一次性填出水面，采用振動壓路機(jī)在進(jìn)行振動碾壓，以消除一部分的沉降量，然后分層填筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.2 卵石換填

當(dāng)?shù)谝淮沃u超過現(xiàn)狀水面標(biāo)高1m后，進(jìn)行卵石換填施工，用挖機(jī)對圍堰根部5m寬度范圍內(nèi)挖取卵石。開挖前先根據(jù)圍堰圖紙放出開挖邊線，邊線確定后，將范圍內(nèi)采用挖掘機(jī)配合自卸汽車從高至低逐步往下開挖，開挖后的邊坡，做到順直、無滑坡。開挖時(shí)從上游便道處開始向下游挖除施工，一次性開挖至基巖標(biāo)高，邊挖邊向下游填筑平臺。挖出的卵石隨自卸車運(yùn)出承臺范圍外。挖除卵石后用碎石土進(jìn)行換填。換填完成后再進(jìn)行第二次筑島施工，將平臺填筑至預(yù)定標(biāo)高。

2.3 旋挖鉆引孔

平臺填筑完成后采用旋挖鉆成槽，樁與樁之間相互咬合排列，樁徑250㎝，相互咬合長度125㎝。施工順序：先施工A序樁，再施工B序樁，需切割A(yù)序樁部分而形成咬合結(jié)構(gòu)。由于施工筑島平臺土質(zhì)較軟，且浸水，易踏孔，為保證施工工期及質(zhì)量，旋挖成孔時(shí)，先下長7.5m，直徑 3.1m 的大護(hù)筒進(jìn)行土體支護(hù)，小護(hù)筒直徑2.7m隨旋挖取土深度持續(xù)跟進(jìn)到巖層頂部。樁的施工要嚴(yán)格按照單樁施工工藝流程作業(yè)，確保垂直精度滿足鋼板樁施工要求。

2.4 黏土回填

連續(xù)成孔5-10根后，采用外運(yùn)的優(yōu)質(zhì)黏土逐段進(jìn)行成型孔進(jìn)行回填，黏土各項(xiàng)性能指標(biāo)符合土力學(xué)規(guī)范要求，分1-2m一層進(jìn)行回填，并采用長臂挖機(jī)進(jìn)行輔助夯實(shí)，回填時(shí)，確保不觸碰孔頂周邊松散土體，嚴(yán)禁混入不合格土體。

2.5 插打鋼板樁

鋼板樁施工必須遵守常規(guī)的“插樁正直，分散即糾，調(diào)整合龍”的控制原則，從上游開始由兩側(cè)向下游處合龍。鋼板樁圍堰的插打采用90t振動錘進(jìn)行插打施工。正式插打施工時(shí)，先對插打位置進(jìn)行放樣定位，鋼板樁插打施工時(shí)，根據(jù)放樣位置逐一進(jìn)行插打施工，確保插打位置準(zhǔn)確，深度滿足要求。當(dāng)鋼板樁插打施工僅剩最后幾根合攏時(shí)，需先插后打，并對鋼板樁位置進(jìn)行調(diào)整及矯正，確保圍堰順利合攏。

2.6 圍堰內(nèi)開挖、支護(hù)

基坑豎向分層開挖，并遵循先支撐、后開挖的原則，圈梁及內(nèi)支撐安裝與基坑施工緊密結(jié)合。

3 旋挖引孔法與現(xiàn)有方法的特點(diǎn)與對比

針對卵石覆蓋基巖的地層除上節(jié)中講到的采用鋼板樁旋挖引孔方法外，人們在工程實(shí)踐中提出了幾種不同的解決方法。現(xiàn)有的方法分別有采用專用帶鋸齒鋼板樁加高壓水槍法：逆作式圍堰開挖換填法；采用沖擊鉆引孔換填法。

3.1 旋挖引孔方法

施工方法：采用旋挖引孔法的施工過程上節(jié)已經(jīng)介紹，這里不再贅述。

特點(diǎn)：

①該方法適用范圍廣泛，引孔工藝可以使鋼板樁圍堰也能在卵石和硬質(zhì)基巖上插打，由于采用了先筑島再開挖的工藝，使得該方法可以運(yùn)用于深水急流的水域，受到水深、流速方面的限制較少；

②該方法施工難度不大，得益于開挖前修筑了施工便道與人工島施工平臺，使得一些大型施工器械可以入場，大大提高了施工的效率，減小了施工的難度；

③該方法由于引孔開挖后及時(shí)回填高質(zhì)量黏土，使得鋼板樁圍堰的防水性能加強(qiáng)，另外回填的黏土也可使鋼板樁插打順利，不會產(chǎn)生對鋼板樁的損壞；

④采用旋挖的工藝有效地避免了對周圍土體的擾動，也減少了施工的噪音。

3.2 帶鋸齒鋼板樁加高壓水槍方法

施工方法：采取對鋼板樁樁頭進(jìn)行處理和高壓水槍進(jìn)行引孔。高壓水槍采用專用鋼板樁內(nèi)焊接2根鋼管，一根氣管一根水管，分別通過壓縮空氣和高壓水進(jìn)行引孔。利用壓縮空氣和高壓水同時(shí)匯入形成急速沖切力，達(dá)到將卵石沖散的目的，以便于鋼板樁打入[2-3]。

特點(diǎn)：

①該方法施工較為方便，引孔開挖與鋼板樁的插打在同一步驟完成，節(jié)省了施工時(shí)間；

②使用高壓水槍與帶鋸齒鋼板樁結(jié)合在處理小粒徑碎石、卵石時(shí)效果顯著，能夠有效地節(jié)省費(fèi)用；

各施工方法對比

③該方法開挖時(shí)對地層擾動較小，但如果遭遇較大孤石或全風(fēng)化以下基巖則無能為力；

④由于該方法施工需要特殊的設(shè)備，故可能存在無法借到合適的設(shè)備的情況。

3.3 逆作式圍堰開挖換填法

施工方法：利用旱季河水流量、流速小的有利時(shí)機(jī)，填土筑島，利用長臂挖掘機(jī)在鋼板樁四周一定范圍內(nèi)挖槽將水下卵石挖除并換填黏土。最后打入鋼板樁[4]。

特點(diǎn)：

①該方法施工簡單，成本低廉，無需引孔的施工，且施工完成后止水效果較為不錯(cuò)；

②該方法如果在開挖時(shí)遇到較大的水流，可能會將人工島形成的土圍堰沖毀。因此該方法只適用于水流流速較小的水域，在水流較急的水域難以應(yīng)用。

3.4 沖擊鉆引孔法

施工方法：沖擊鉆引孔,即在拉森鋼板樁施工前在樁位原位進(jìn)行沖擊鉆孔施工孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高,引孔的孔徑根據(jù)圍堰的尺寸及拉森鋼板樁的型號確定（引孔的直徑過大不利于后續(xù)回填止水,過小影響拉森鋼板樁的施工）。

沖擊鉆引孔施工主要流程：人工筑島→測量放點(diǎn)→埋設(shè)護(hù)筒→鋪設(shè)工作平臺→安裝鉆機(jī)并定位→鉆進(jìn)成孔→檢查成孔質(zhì)量→回填黏土→拔出護(hù)筒→檢查質(zhì)量[5]。

特點(diǎn)：

①沖擊鉆具有很好的鉆孔性能，對較硬的地層都可以有效地進(jìn)行鉆孔作業(yè)，適用于硬度較高的巖層、風(fēng)化的巖層以及各種硬脆的地質(zhì)環(huán)境中；

②沖擊鉆對于施工技術(shù)有一定要求，在引孔施工中，沖擊鉆容易塌孔，孔位重疊部分沖擊鉆成孔困難（一邊軟一邊硬，容易偏孔）；

③該方法開挖時(shí)對地層擾動較大，且施工時(shí)有較大的噪音，對于在城市內(nèi)施工的工程來說較為不利。如遇堅(jiān)固基巖層，則成孔時(shí)間可能較長，拖慢施工進(jìn)度。

3.5 各方法對比

根據(jù)以上的總結(jié)，結(jié)合查閱國內(nèi)相似條件下的施工方案，可以分別從適用性、經(jīng)濟(jì)性、便易性、施工安全性、結(jié)構(gòu)開挖后穩(wěn)定性這5個(gè)方面進(jìn)行對比。

4 結(jié)語

在卵石覆蓋基巖地質(zhì)條件下，采用旋挖引孔的方法可以有效地解決鋼板樁插打困難，難以深入基巖的問題。與目前其他方法相比，具有適用性好，不懼急流沖刷，安全性好，成本較低，止水效果好等優(yōu)勢，具有較好的研究價(jià)值和推廣價(jià)值。