重粘土地质深基坑钢板桩围堰施工技术

陈士忠

重粘土地质深基坑钢板桩围堰施工技术

陈士忠

近年来，公路、铁路、城市道路、航道和码头等交通运输基础设施得到了迅速发展，深水基础或深基坑承台等被大范围采用，由于钢板桩围堰绿色环保、施工简单、工期短、费用低、可重复利用等优点，受到了大范围推广应用。

目前对于特殊土体如重粘土层，钢板桩插打方式尚无太多经验，本文结合实际工程项目，探讨重粘土地质深基坑钢板桩围堰施工工艺、应用效果和发展前景，为下一步类似工程提供参考。

一、工程概况

万年闸大桥地处枣庄市台儿庄区境内，跨越京杭大运河，桥梁全长922米，主桥采用61.5＋91.5＋50m的预应力混凝土连续箱梁。主桥28#墩承台埋深14.8米，29#墩承台埋深10.7米。根据设计要求，28#、29#承台基坑开挖均采用钢板桩围堰支护施工方案。

二、工程地质条件

万年闸大桥28#墩、29#墩地质情况为粘土、粉质粘土、粘土混砂砾石及少量的中细砂或中粗砂，其下伏基岩为上元古界震旦系石灰岩夹石英砂及砂岩、页岩，局部有辉绿岩侵入体，粘土层基本承载力/摩阻力标准值为180/50（kpa）。

三、钢板桩围堰施工技术

1.工艺概况

钢板桩围堰施工的特点决定了在不同地点、不同地质和水文条件下钢板桩的插打方式、支护方式、围护效果要求也不尽相同。总体来说钢板桩围堰施工分为三大步骤，第一步是在指定地点选择合适的钢板桩按照既定的高程完成桩体插打任务；第二步是进行基坑开挖和围囹体系施工；第三步是完工后钢板桩和围囹体系的拆除。第二步和第三步主要根据材料性能指标、水位高程、土体种类、结构物形状及高程确定围囹体系构造和内支撑材料规格型号选择，该部分需要经过力学计算确定。第一步骤主要是根据地质资料和外部环境要求选择插打方法，该步骤是钢板桩围堰能否顺利实施的关键。

2.工艺流程

本项目承台深基坑开挖采用拉森Ⅳ钢板桩支护，28#承台的钢板桩围护范围为12.9m×9.4m，29#承台的钢板桩围护范围为11.7m×8.5m，钢板桩距承台边沿1m。本方案以28#墩为例说明，29#墩参照执行。

具体施工工艺流程：在插打钢板桩前首先对28#墩处场地上层3米素填土进行挖除、整平，→测量定位→导向桩制作→插打钢板桩→挖掘机挖至第一道支撑下0.4米→第一道支撑安装→长臂挖掘机挖至第二道支撑下0.4米第二道支撑安装→长臂挖掘机挖至第三道→安装第三道支撑→长臂挖掘机挖至第四道支撑下0.4米→安装第四道支撑→挖至承台底以下1.0米→浇筑1.0m厚C25封底混凝土→拆除第四道支撑内部斜撑（边框保留）→承台施工完毕→回填土至第四道支撑并夯实→拆除第四道支撑→回填土至承台顶标高处并夯实→墩柱施工→逐层回填土至支撑下0.4米并夯实、逐层拆除内支撑→拔桩、撤场→恢复原地面。

3.施工准备

（1）钢板桩的选用

本工程选用拉森Ⅳ型钢板桩，宽40cm，重76kg/m，根据本工程地质情况，经力学检算，采用桩长为18米的钢板桩。

（2）试打钢板桩

钢板桩的施工机具按照打入方式的不同分为以下几种：一是冲击打入机械，锤击沉桩时需要设桩帽；二是振动打入机械，可用于打桩，也可用于拔桩，如振动打拔桩锤；三是振动冲击打桩机械，在振动打桩机的机体与夹具间设置冲击机构，在振动打桩机产生上下振动的同时，产生冲击力，使施工效率大大提高；四是静力压入机械，依靠静力将钢板桩压入土中，如液压压桩机、钢索卷扬机压桩机。

本项目采用目前应用比较广泛的振动锤打入方式，采用80t履带吊车配合DZ150型振动锤进行钢板桩插打，在插打钢板桩前需设定位桩及定位横梁，定位桩采用钢管桩，四角布置，内外侧共8根。定位横梁采用I50a型钢，将施工区域控制点标明并经过复核无误后进行钢板桩试打。

从试打钢板桩施工记录可以看出，28#墩挖出3米素土后，进行钢板桩试打28分钟进尺1.8米，继续试打36分钟进尺0.2米，再行试打60分钟进尺0.4米；29#墩第一次试打26分钟进尺6.8米，继续试打40分钟，无进尺，且钢板桩震动较大，呈现弯曲状态。根据现场钢板桩试打情况，实际钢板桩打设过程中非常困难。为进一步判断28#、29#墩地质情况进行了现场取样土工试验，由土工试验报告可以看出， 28#墩处4.8~6.26米处塑性指数IP=26.4，标贯实测击数N=16，为硬塑重粘土，6.8~15.6米塑性指数IP=26.8，标贯实测击数N=19，为硬塑重粘土。29#墩处4.8~6.8米塑性指数IP=23，标贯实测击数N=15，为坚硬粘土，6.8~10.8米塑性指数IP=26.2，标贯实测击数N=18，为坚硬重粘土，10.8~16.8米塑性指数IP=26.1，标贯实测击数N=19，为坚硬重粘土。

（3）方案调整

根据现场土工试验报告及钢板桩试打情况可以看出，重粘土粘粒含量大于60%、塑性指数IP>25、标贯击数N>16的重粘土土层，由于土体粘度太大入土钢板桩受到的粘性摩阻力大，钢板桩插打比较困难，不能满足施工需求，必须采用辅助设施减少土体摩阻，目前采用的方式有高压射水和机械钻孔方式。高压射水施工方案主要适合砂性土，而重粘土地质钢板桩围堰施工鲜见高压射水成功施工案例。

经论证后决定采用螺旋钻机引孔后再插打拉森钢板桩围堰施工方式。采用KLB6—25B型长螺旋钻机进行引孔，钻孔深度根据钢板桩试打情况，确定钻至距钢板桩底部3m，即保证钢板桩底部3m范围内原土不得被扰动。

4.施工要点

为保证引孔时孔内的粘土全部被带出，钻孔时保证相邻两钻孔之间不宜串通，相邻两孔间的净距控制在10~20cm，每成孔一根需将孔口周围土体用挖掘机清理干净。考虑螺旋钻机和履带式起重机同步协调作业，引孔时先完成基坑一侧引孔工作，待该侧钢板桩插打完成后，再进行基坑相邻侧引孔工作。

插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢板数要均分。插打过程中，须遵守“插桩正直，分散即纠，调整合拢”的施工要点。

插打钢板桩要充分采取止水措施，以防钢板桩围堰大量漏水。合拢段，到剩下最后一部分时，要先插后打，若合拢有误，用倒链或滑车组对拉，使之合拢。合拢后，再逐根打到设计深度。

已插入的钢板桩，倾斜度≤5‰，每组钢板桩插入正确位置偏差≤±15mm，钢板桩靠近内导向架的距离不大于20mm。

基坑的开挖和支撑施工顺序如下：采用长臂挖掘机开挖基坑，开挖到每层支撑面以下0.4m后，安装好支撑后，方可继续开挖施工下一层支撑。挖掘到设计标高以后进行封底混凝土浇筑，厚度为1.0m，混凝土顶面标高四周应稍低于设计标高，作为钢板桩渗水排水沟用，保持承台范围干燥，方便桩头凿除和桩检。封底混凝土达到强度后拆除第四道围囹内支撑的内部斜撑（边框保留），进行承台施工。

钢板桩拔除采用振动锤，作业前对每个板桩的打入情况作详细调查，以此判断拔桩作业的难易程度；在内支撑全部拆除、回填土完成后，进行钢板桩的拔除。

在插打钢板桩前在围堰四周一定距离和老桥桥墩处设置沉降观测桩和位移观测桩，避免围堰偏位对邻近桥基础产生影响。若位移和沉降速率超出规定时必须停止施工，加大观测密度，同时根据具体情况制定相应措施。

四、应用效果

28#、29#深基坑钢板桩采用螺旋钻机辅助引孔施工技术大大加快了硬质重粘土地质钢板桩围堰的施工进度，施工周期104天，共打入18米钢板桩236根重约324t，钢板桩施工费用合计156万元，螺旋钻施工费用合计25.2万元。若采用咬合桩方案共需1.2米咬合桩76棵合计桩长1368米，咬合桩施工费用约410万元，其施工周期也会大大延长。从实际施工效果看，钢板桩围堰施工周期短，费用低，可重复利用，绿色环保，经济效果十分明显。

五、结语

1.此次钢板桩围堰施工成功拓展了钢板桩在深基坑中的使用空间，解决了复杂地质条件下钢板桩插打困难、施工效率低下等问题，节省了大量的时间、成本，也提高了工作效率和效益。

2.螺旋钻机辅助引孔施工技术大大加快了硬质重粘土地质钢板桩围堰的施工进度，为以后类似工程提供了一种新的施工方法。

（作者单位：枣庄市公路管理局）