急流松軟地質條件下深基坑開挖技術

王 池, 黎昌源, 王元文

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213)

目前國內外鋼板樁型圍堰發展迅速，特別是在取水口、進水口、碼頭、船塢、人工島等工程中應用較多，經驗相對比較成熟。但河道區急流中鋼板樁施工及鋼板樁松軟地質下深基開挖在國內尚無使用先例。國內的鋼板樁圍堰使用主要應用于橋墩和房建等深基坑的使用，橋墩施工用圍堰主要是鋼板樁圍堰外側擋水，房建等深基坑鋼板樁是利用錨索受力擋土，其受力條件與河道急流中鋼板樁擋水圍堰有較大的區別[2]。對于馬來西亞美里二期供水項目，Baram取水口河床位于水下10 m左右，鋼板樁內取水口開挖深度將超過10 m，鋼板樁設計深度達到27 m，Baram取水口區域表層3 m地質以沼澤為主，深層地質以泥沙為主，地質中未見巖石。取水口及泵房建筑物底板混凝土下采用φ350 mm預制圓樁作為取水口及泵房建筑物受力基礎，預制圓樁設計深度36 m。

1 工程概況

馬來西亞美里二期供水項目是由沙撈越政府水務局(簡稱JBALB)投建的一條約16 km的供水管道項目，該項目的主要背景是將Baram河的河水運輸至Bakong儲水站然后連接至美里水廠(簡稱LAKU)凈化后輸送至美里市區，以滿足美里市區及周邊地區到2030年的供水需求。其中包含直徑1.6 m的主管道和直徑1.2 m的河底沉管組成總計約16 km的管道和路面檢修通道，15臺套水泵及相關設備安裝工作。其中機電設備所需電力從馬魯迪城鎮275 kV變水工建筑物由一條約16 km的33 kV預埋輸電電纜連接至Bakong進水口變水工建筑物，從Bakong進水口變水工建筑物降壓至11 kV后，由2條約17 m的預埋輸電電纜輸送至Baram取水口以滿足電力需求。

由于Baram取水口深入河中15 m，建筑物基礎地面下約10 m，開挖深度約11 m，建筑物深入河中區域平均水深6 m，最大水深10 m，且水流湍急。河中鋼板樁定位施工難度很大；水中施工平臺很難穩定很難建立；鋼板樁施工期間焊接及質量控制很難。進水口及泵房施工段鋼板樁圍堰設計深度為27 m，圍堰施工區河床最大水深超過10 m，圍堰地質以泥沙為主，地質中未見巖石，圍堰區域地質條件復雜，圍堰區域地質2～3 m是沼澤地。圍堰在施工和運行期間可能受到雨季漲水沖刷的影響，綜合水深較大和運行期間抗沖刷工況需要，因此，采用拉森鋼板樁圍堰擋水可大大減少圍堰體積且能抗雨季漲水沖刷，并保證足夠的抗滲穩定性。

2 鋼板樁及取水口深基坑開挖施工工藝

2.1 鋼板樁及取水口深基坑開挖施工工藝流程

施工準備—測量定位—導向樁制作—鋼板樁焊接—打鋼板樁—開挖第1層土方—第1道鋼板樁內支撐—預制混凝土圓樁及預制混凝土板樁施工—開挖第2層土方并砍掉預制混凝土圓樁—第2道鋼板樁內支撐—開挖第3層土方并砍掉預制混凝土圓樁—第3道鋼板樁內支撐—開挖第4層土方并砍掉預制混凝土圓樁—第4道鋼板樁內支撐—開挖第5層土方并砍掉預制混凝土圓樁—進水口底板鋼筋板扎，模板安裝，混凝土澆筑—混凝土邊墻澆筑—部分鋼板樁拆除—進水口閘門安裝完成后—剩余鋼板樁拆除。

2.2 鋼板樁施工工藝

首先進行鋼板樁檢查、丈量、分類、編號。兩側鎖口做通過試驗，采用鋼板樁插打拔出方法，當鎖口通不過或樁身彎曲、扭曲、死彎等缺陷，均需加以整修。其次振動錘是打拔鋼板樁的關鍵設備，在打拔前一定要進行專門檢查，確保線路暢通，功能正常。振動錘采用DZ-90型振動打樁錘振動錘，使用電壓要達到 380～420 V，夾板牙齒不能有太多磨損。定位樁與導向框的安裝：定位樁可采用鋼板樁定位，導向框采用H型鋼制作，定位樁作為整個圍堰施工的基準樁，施工時必須嚴格控制定位的精確性，打設定位樁時，在岸上用經緯儀同步檢測，同時水平尺檢查定位樁的垂直度，隨時糾偏。定位樁打入完畢后，即可安放導向框，導向框作用在于插打鋼板樁是起導向及內部立體支撐作用，導向框直接承受鋼板樁傳來的土壓力、水壓力。導向框設內導向框和外導向框。為方便鋼板樁插打，內外導向框間距比鋼板樁有效厚度大8～10 cm。導向框在岸邊拼裝制作完畢后轉運到現場安裝。鋼板樁插打前在鎖口內涂黃油、填塞鋸末等混合物用來止水；并在插打連接的另一側鎖口底部焊好堵頭板，防止鎖口內止水材料被擠走，造成鋼板樁圍堰漏水；在樁頭處加焊鋼板，以保護鋼板樁頭部。組拼鋼板樁，為加快插打速度，除定位鋼板樁外，組拼時3塊鋼板樁為一組，用油灰和棉花捻縫，以防漏水。

2.3 取水口深基坑開挖工藝

基本參數：取水口深基坑土方開挖尺寸40 m×36.1 m，開挖深度約10.2 m，開挖方量約14 440 m3。地層揭露主要為沼澤，黏土、中砂等。投入小松PC360挖掘機1臺，CAT325L(18 m加長臂)挖掘機2臺，小松PC-120挖掘機2臺，8寸抽水泵3臺(1臺備用)。第一階段：采用開槽法開挖到設計標高，方向從中間向兩側開挖，開挖深度2 m，單層一次性開挖完畢。挖掘機置于鋼圍堰基坑外側2 m處，由長臂挖掘機開挖遠處土方，短臂挖掘機開挖近處土方，小松PC360挖機布置于順水流方向，3臺挖機從不同方向出土，同時開挖好基坑四周水溝。第二階段：等第1層內部支撐施工完畢后在開始預制混凝土圓樁及預制混凝土板樁打樁工作，打樁完成后，開挖第2層土方。從高程3 m開挖至高程1 m，開挖深度為2 m；分2層開挖，第1層開挖深度為1 m,第2層開挖深度為1 m，設備布置位置同第一階段相同，遠處由長臂挖掘機進行開挖。第三階段：等第2層內部支撐施工完畢后在開挖第3層土方并砍預制混凝土圓樁。從高程1 m開挖至高程-1 m，開挖深度為2 m；分2層開挖，第1層開挖深度為1 m,第2層開挖深度為1 m，順水流布置長臂挖掘機2臺，基坑內四周采用小松PC-120挖掘開挖土方至長臂料斗內，長臂挖機起吊至渣土倒運車內。第四階段：等第3層內部支撐施工完畢后在開挖第3層土方并砍預制混凝土圓樁。從高程-1 m開挖至高程-3 m，開挖深度為2 m；分2層開挖，第1層開挖深度為1 m,第2層開挖深度為1 m，順水流布置長臂挖掘機2臺，基坑內四周采用小松PC-120挖掘開挖土方至長臂料斗內，長臂挖機起吊至渣土倒運車內。第五階段：等第4層內部支撐施工完畢后在開挖第4層土方并砍預制混凝土圓樁。從高程-3 m開挖至高程-4.3 m，開挖深度為1.3 m；分2層開挖，第1層開挖深度為0.8 m,第2層開挖深度為0.5 m，順水流布置長臂挖掘機2臺，基坑內四周采用小松PC-120挖掘開挖土方至長臂料斗內，長臂挖機起吊至渣土倒運車內。

2.4 鋼板樁圍堰設計與鋼板樁圍堰止水

鋼板樁采用有限元分析法進行鋼板樁設計，地質勘測分析，深度每5 m分析地質數據一次。臨時鋼板樁有限元分析及確定：將建筑物開挖深度、地質抗剪強度、河水深度，最大洪水位及外界荷載壓力等輸入PLAXIS軟件，并利用PLAXIS軟件進行支撐有限元分析計算，依此確定鋼板樁設計深度。鋼板樁拐角及鎖口接頭能否牢固是鋼板樁施工中的一個難題。同時也是鋼板樁圍堰止水的關鍵因素。所以,拼制角樁時，將1塊鋼板樁縱向割開，中間用角鋼或鋼板滿焊接、鉚接或螺栓連接成角樁，打入鋼板樁前，鎖口必須涂上黃油、罐粉等混合料(重量混合比為瀝青、黃油、滑石粉、鋸末4∶6∶10∶1)，以防止鋼板樁漏水。如果從鋼板樁鎖扣處發現漏水，可使用板條、棉毛、麻毛等塞入鎖口內側，或將煤灰、鋸末扔進漏水處外的水中，使其流入縫隙從而完成封堵。

2.5 鋼板樁變形及深基坑開挖安全措施

防基坑坍塌滑坡安全措施：嚴格按設計文件和技術交底施工、嚴格控制基坑開挖坡度。如果遇到特殊情況，需要基坑停工較長時間，應在平臺、基坑邊和坡腳設置排水明溝和積水坑，并派專人抽水值班，并對基坑邊坡面進行噴射素混凝土保護。在進度允許的條件下盡量采用少開工作面的形式，避免暴露太多的基坑工作面。 坡頂嚴禁堆積荷載，基坑四周設置磚砌或混凝土排水溝；分層開挖，層間設臺階，每層開挖邊坡坡率根據地質情況按規定放坡，必要時坡面噴射混凝土保證穩定。防支護樁側向位移安全措施：基坑開挖過程中，邊開挖邊架設鋼支撐，支撐連接處要可靠，每層開挖深度不超過設計深度，確保支撐體系穩定。施工時嚴格控制鋼支撐各支點的豎向標高及橫向位置，確保鋼支撐軸力方向與軸線方向一致。在基坑開挖期間要加強對支撐的觀察、每班要有專人巡察、當支撐軸力超過警戒值時，立即停止開挖，分析原因，制定對策。開挖期間加強監測頻率，對監測報表中的數據要進行認真的分析。支撐施工要嚴格按設計要求架設。對支撐材料要嚴格把關，杜絕使用有缺陷的支撐材料。防基坑坑底隆起安全措施：基坑開挖過程中加強基底隆起監測，對監測報表中的數據要進行認真的分析。地基加固，周邊設降水井降水等措施嚴格按設計要求施工?；又苓叿乐惯^多的超載。開挖前對圍護質量摸底、祥查，對可能會發生滲漏的部位進行注漿封堵處理。防涌砂涌水安全措施：開挖過程中對圍護結構樁間等薄弱部位設專人監視。若發現出現少量滲漏，應及時處理，先堵漏后開挖，防止滲漏點擴大。加強量控監測、對量測數據進行審查對比，密切關注圍樁的變形情況。監測信息圍護結構變形超過允許范圍時，必須立即加密支撐，防止變形進一步擴大，遇薄弱環節錯位開裂，出現滲水通道時，及時處理。

2.6 混凝土的澆注

由于深基坑基礎開挖后相對較軟，以防止鋼板樁在泵送后向內滑動，并防止泵送后底板提升，因此必須進行水下混凝土封底，并進行底板混凝土澆筑?；炷敛捎每諝獗弥苯佑啥藵仓较鄬Χ?。取水口建筑物底板防水混凝土分層澆筑。每層澆筑厚度限制在30 cm之內,而上層混凝土則采用振搗器澆筑更加密實。上層鋼筋必須在下層鋼筋第一次凝固以前完成?；炷翝仓脚_建立在圈柱的底層內基礎上,用以確定混凝土施工過程中的表面平面。高度要按設計標高,及時聯系實驗室控制混凝土侵入。當混凝土澆筑基本完成時，必須進行澆筑混凝土高度測量，以保證混凝土表面的高度滿足設計要求。由于澆筑封底底板時，混凝土表面不能滿足相對平坦表面的要求，混凝土澆筑時，開挖基礎松軟、泥濘，故首先需要進行墊層混凝土澆筑，墊層混凝土澆筑高程10 cm，墊層澆筑完成后進行建筑物基礎圓樁樁頭處理，樁頭與結構封底混凝土連接，連接完成后進行取水口結構底板鋼筋綁扎，模板安裝、驗收合格后進行底板封底混凝土澆筑，澆筑完成后注意養護，及時養護。

2.7 鋼板樁圍堰的拆除

Baram取水口底板澆筑完成后即可進行最底層鋼板樁支撐拆除，邊墻混凝土澆筑按照施工規范進行高程分倉澆筑，每施工完一倉后進行下一道支撐拆除，以此類推，待混凝土邊墻施工完成后，即可進行河流區域外側鋼板樁拆除。待閘門安裝完成后即可進行河流區域鋼板樁拆除。拔出的鋼板樁應清刷干凈、修整、涂刷防銹油。在運輸堆放時，不得碰撞，防止彎曲變形，堆放場地應堅實平整，堆放時應按板樁類型、長度分別編號、登記、堆放整齊。鋼板樁的拆卸方式:先用打樁設備和拔樁機夾住鋼板的樁頭,振搗1～2 min,使鋼板樁附近的土層疏松,形成土壤“液化”,從而減少土對樁的摩擦阻力,然后再緩慢每點和拔出。拔樁時要考慮樁機的重量。如很困難或根本不能拔出,就停止拔樁,先向下一點,再重新拔出，如此操作，樁才能反復拔出。

3 結束語

急流松軟地質條件下深基坑開挖技術具有施工工藝簡便、安全系數高、可控性強等優點;鋼板樁圍堰運行期間更加安全，深基坑開挖步驟及施工工藝控制能夠有效防止鋼板樁的變形，從而使人員受傷的安全風險大幅降低，尤其是對開挖底部封底混凝土澆筑期間，鋼板樁外側混凝土運輸車輛的擺放，基坑內人員的操作及基坑內封底混凝土的澆筑的安全系數大大提高。所以，急流松軟地質條件下深基坑開挖技術有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。能明顯減少施工時間,合理管理和節省建造成本費用,在工程造價方面也有著突出優勢。