粉砂岩及泥岩地区密集型住宅小区钢板桩施工技术

2021-04-07刘军强陶富录彭媛陆征宇

企业科技与发展 2021年2期

关键词：泥岩

刘军强陶富录彭媛陆征宇

【摘要】粉砂岩及泥岩地区工程施工中，对施工技术的要求相比普通地基要求更高。高度发育的粉砂岩厚层构造用手摸砂感明显，遇水极易软化，岩芯主要呈散砂状，夹少量短柱状、碎块状，裂隙发育，属极软岩;泥岩则稍具滑腻感，遇水易软化，局部夹粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，岩芯呈短、长柱状，岩芯较完整，取芯率约80%，属极软岩。在寸土寸金的住宅开发时代，研究在粉砂岩及泥岩同时存在的极软岩地区使用钢板桩施工技术，具有较强的实用性，使用本施工技术能克服地质上的劣势，使建筑施工过程更加安全和高效。

【关键词】粉砂岩;泥岩;密集型住宅小区;钢板桩

1 工程概况

某工程共5栋楼，1号、2号、3号楼为32层普通住宅，高98.69 m，4号楼为23层公寓，高99.45 m，5号楼为3层低层住宅，高10.5 m。地下两层，主要功能为地下车库（部分车库兼做人防二等人员掩蔽所）、设备用房等。

2 基坑地质概况

2.1 本工程粉砂岩特性

灰白色、浅黄色，稍湿，全风化，稍密，粉砂质结构，，岩体质量等级为Ⅴ级，本层做标准贯入试验13次，修正后最大值为37.6击，最小值为24.1击，标准值为28.0击左右。粉砂岩在該地区大量分布，一般厚度为1.60～12.6 m，综合计算平均层厚8.83 m。

2.2 本工程泥岩特性

经过贯入试验得知，本工程的泥岩修正后最大值为37.0击[1]，最小值为32.9击，标准值为34.3击。取原状土样15组，压缩系数为0.069～0.183 MPa-1，平均值为0.107 MPa-1[2]，属低压缩性土;该层场地范围内广泛分布，层厚3.20～12.70 m，平均厚度为6.58 m。

3 钢板桩概况

本工程拟采用的拉森钢板桩主要用于化粪池基坑的支护，开挖区域北侧紧邻市政道路，南侧为本工程地下室外墙。化粪池基坑共2个，基坑1位于30～31轴交R轴+4 000，基坑2位于16～18轴交R轴+4 000，开挖深度为4.5 m，成品化粪池为长度为9.5 m、直径为3.2 m的圆柱。

根据本工程《岩土工程详细勘察报告》，基坑1区域开挖周围为强风化泥岩④，坑底以下为强风化泥岩④;基坑2区域开挖周围为全风化粉砂岩③，坑底以下有一层4 m左右的强风化泥岩④，再往下为全风化粉砂岩③。

结合现场实际情况，北侧市政道路已施工完毕投入使用，为安全起见，基坑1和2北面均拟采用9 mⅢ型拉森钢板桩进行支护（钢板桩规格有6 m、9 m、12 m），支护宽度为15 m，东西两侧采用放坡开挖。

根据规范要求，采用悬臂式支护结构的嵌固深度除满足计算要求外，还应不小于0.8倍的开挖深度，即3.6 m。由于钢板桩的施工工艺采用振动沉桩的方法无法植入强风化泥岩中足够的深度和达到规范要求的嵌入深度，因此钢板桩施工前还要进行引孔，采用小型旋挖机进行引孔9 m，否则强行施打将会导致机械超负荷作业造成液压管爆裂或桩身变形等[3]。

开挖平面图和开挖剖面图如图1和图2所示。

4 施工准备

4.1 施工技术准备

开挖前应组织项目部及专业人员对支护施工进行商讨，选择合理的支护形式，为支护施工提供科学指导。

在施工的前期阶段，组织项目工程部、技术部人员熟悉图纸和地质情况，对支护施工过程中的重点、难点进行反复研究确认，与现场施工人员提前进行三级交底工作，预防事故发生，保证工程质量。

4.2 施工作业条件

依据图纸的控制点对本工程轴线及基坑范围进行复核，并将监测点引至坑边，作为基坑监测的标准控制点。进行定位放线，放出各个基坑的边线，检查支护施工机械及材料的准备情况。与土方开挖队伍、监测单位等协调配合，为支护施工和后期监测提供有利条件。

4.3 主要施工机械、劳动力及材料准备

为保证支护的顺利施工，需组织足够的劳动力、机械、材料等，根据施工要求进行配备，具体见表1～表3。

5 支护方案

通过对勘探资料的研究，并参考基坑深度及周围场地数据，决定对化粪池的基坑采取钢板桩围堰，进而保证工程的质量和安全。

基坑开挖深度为4.5 m，采用拉森Ⅲ型钢板桩进行围护兼止水，单块钢板长9 m，宽0.4 m，钢板桩锚入土层深度至少3.6 m。基坑下部土为强风化泥岩，需先进行引孔。综合考虑预留一定的操作空间和观察钢板桩的变形情况，基坑外壁外廓500 mm作为钢板桩[4]。

6 钢板桩施工及技术要求

6.1 钢板桩施工准备

钢板桩沉桩施工前先试桩，同时做好检验工作。

外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和锁口形状等内容。

装卸钢板桩宜采用两点吊，起吊时要遵守吊车操作规定。

6.2 钢板桩支护施工

本工程Ⅲ拉森钢板桩截面模数W=2 410 cm3，[σ]=200 N/mm3，单位重量g=60 kg/m，规格为400 mm×125 mm×13 mm。其中，异型桩焊接制作的标准如下：所有的钢板桩按统一标准测量，其弯曲度不大于1.1 L/1 000=22 mm，本处的弯曲度指的是轴线方向弯曲度，翘曲不大于2.25 L/1 000=45 mm，本处的翘曲指的是法线方向。同时，要根据施工现场地质资料，确定选用长度为9 m的钢板桩。

施工顺序：根据图纸测量定位→放线→打入钢板桩→对基坑进行开挖→使用钢进行支护→按照标准进行基础砌砖→回顶钢管→进行土方回填作业→最后拔出钢板桩。

6.3 钢板桩施打的主要技术要求

采用单根打入法施打钢板桩。

同一规范的钢板桩长度的垂直偏差应当小于2%，其中闸前部分不能多于2.5%，同时应对桩的上半部分的孔洞进行封堵，保证不发生渗漏。其中钢板桩的最终高程误差范围是-10～5 cm。

如果工程所在地与既有建筑物非常接近，需要特别注意，单独的钢板桩打桩的连续时间不能超过20 min，同时不能从中间开始，应从距离既有建筑物的近端开始打，只有这样，才能保证施工质量和安全，同时在施工的过程中要加强施工的监测，注意保留好施工的相关图片及文字资料备查。

7 土方开挖

土方开挖应遵循图纸设计要求，对已经放线的地方要按照线路指示，在整个过程中要注意开挖的稳定性和安全性，杜绝安全事故的发生。同时，挖出的废料应当立即运往指定场地，不能进行而二次或多次转运。在土方填筑的时候，要注意使用原来的土进行回填，严禁使用来历不明的土回填。

8 拔桩

在对指定的基坑进行回填作业后，必须及时拔掉钢板桩，加快材料的周转速度。在对钢板桩进行拔出作业前，要认真研究拔出的顺序和时间，不能过快也不能过久，同时要对余下的孔洞进行处理。如果不及时回填孔洞，可能会因为拔桩引发土压力变化，使得地面发生位移和沉降，给整个施工过程带来安全隐患，也会影响原有桩身体及附近建筑物的安全。在拔出钢板桩的过程中，尽量不要带出周围泥土。

8.1 拔桩方法

对比多个拔桩方法，最终决定使用振动锤拔出法，利用特殊震动锤物理动能产生的强迫震动力干扰土质，同时对周围土的黏聚力产生破坏，最终克服摩擦力，配合吊车的上升吊力使钢板桩得以拔出。

8.2 拔桩时应注意的事项

8.2.1 拔桩起点和顺序

对封闭式钢板桩墙，拔桩起点应离开角桩5根以上。可根据沉桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。

当遇到封闭式的钢板墙时，拔起点要求更高，需要离角桩5根或者5根以上。同时，可以根据当时入桩的情况重新规划，应该设置成拔的顺序与打的顺序相反。这样的成桩效果最好。

8.2.2 振打与振拔

在进行拔出作业时，要先用特定的振动锤把桩的锁扣泥土震下来，同时进行清理作业，减少黏连，同时在震动的同时缓慢拔出，针对特别难拔出来的钢板桩，要先用柴油锤震下200 mm左右，同时利用振动锤交替震动捶打。起重机应随振动锤的启动而逐渐加荷，起吊力一般略小于减振器弹簧的压缩极限。

8.2.3 钢板桩土孔处理

对拔桩后留下的桩孔采用填入法回填，应使用附近土壤。

9 结语

粉砂岩及泥岩地区密集型住宅小区钢板桩施工技术为我们翔实地展示了地质较差地区的多桩密集型施工场景，利用打钢板桩和钢支撑支护再到最后拔钢板桩，一系列流畅的施工节奏大大提高了工程的施工质量，同时保证了施工项目的安全性，该施工技术非常适合在类似地区推广，具有较高的社会效益及经济效益。