錨拉式拉森鋼板樁加固技術(shù)在邊坡支護中的設(shè)計與應(yīng)用

◎ 姜千鹿 中國交建國際工程分公司

邊坡支護措施的選擇通常涉及巖土工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及施工技術(shù)等多學(xué)科，且直接關(guān)系到項目成本、施工周期以及工程質(zhì)量和安全。支護結(jié)構(gòu)選擇不當(dāng)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)、土體滑移、相鄰結(jié)構(gòu)及地下設(shè)施變位等問題。本文討論的工程中支護系統(tǒng)距離后方構(gòu)筑物最小距離僅有2m，采用拉錨式鋼板樁支護，同時結(jié)合長螺旋鉆機引孔技術(shù)，可以有效的減少鋼板樁插打時對后方房建建筑物穩(wěn)定性的影響，可供類似工程參考。

1.工程概況

哈姆瑞亞漁人碼頭項目位于阿聯(lián)酋沙迦，碼頭主體結(jié)構(gòu)為四層預(yù)制混凝土方塊，碼頭基礎(chǔ)為800mm厚塊石拋石基礎(chǔ)，碼頭后方回填10kg-1000kg棱體以及500mm厚50mm-150mm塊石倒濾層。

圖1 碼頭及支護系統(tǒng)平面圖

項目現(xiàn)場沿碼頭方向，距離前沿線11m至15m處建有一座魚市場，為單層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該房建基礎(chǔ)位于陸域邊坡最小距離僅2m，且碼頭基槽開挖的路側(cè)放坡線將直至該房建基礎(chǔ)下方。為確保碼頭施工過程中房建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需對現(xiàn)有邊坡進行臨時支護。

2.臨時支護系統(tǒng)選擇

項目所在港池主要為砂巖地質(zhì)，砂巖是一種沉積巖，由沙層、礦物顆粒和粘合基質(zhì)組成，其中粘合基質(zhì)包括膠結(jié)物和碎屑雜基兩種組分。砂巖多沉積在水環(huán)境和沙漠地層的頂部，多孔易滲透，受較大外力作用下易劈裂和破碎。考慮項目綜合造價、地質(zhì)情況及施工周期，采用鋼板樁可有效控制施工成本，且施工周期短，施打工藝簡單，可以大大提高施工效率。

3.鋼板樁結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)港池地質(zhì)情況，擬采用拉森SP IIIw型鋼板樁進行邊坡防護。鋼板樁材料等級為S235JR，長度為12 m，單片寬度600 mm，腹板厚度13.4mm，樁頂高程為4.0m，樁底-8.0m。碼頭基槽開挖設(shè)計高程為-4.55m，樁底距離基槽最小深度為3.45m。后方房建單體長約70m，寬約20m，荷載按40kN/m2考慮，因此需要在支護結(jié)構(gòu)上部增加錨定結(jié)構(gòu)。由于鋼板樁支護系統(tǒng)距離現(xiàn)有房建結(jié)構(gòu)僅為2m，需采用地下打設(shè)錨桿并注漿加固工藝進行鋼板樁錨定系統(tǒng)的施工。見圖2。

圖2 鋼板樁及拉錨系統(tǒng)斷面圖

錨定臺座焊接在鋼板樁高程1.8m處，距離鋼板樁頂部2.2m，采用203mm＊89mm等級為S355 JR雙槽鋼與25mm厚鋼板對焊而成，沿碼頭方向每2.4m布設(shè)一組。桿體由3根直徑15.24mm錨桿組成，與水平方向呈30度角，其中自由段長度約7m，錨固段長度為9.5m。見圖4。

圖4 錨定支座詳圖

4.施工工藝

采用鋼板樁進行基槽邊坡防護時，要充分保證鋼板樁的入土深度，錨桿的錨固長度以及鋼板樁之間的咬合，避免因鋼板樁咬合不牢在漲潮落潮時導(dǎo)致墻后土體被沖刷，從而影響房建基礎(chǔ)穩(wěn)定性。為減少鋼板樁打設(shè)時的震動對后方房建墻體產(chǎn)生破壞，在鋼板樁打設(shè)前需進行引孔。常見的樁基引孔工藝有射水法，靜力壓樁法以及預(yù)鉆孔法。預(yù)鉆孔法是采用螺旋鉆機預(yù)先在指定位置進行鉆孔，再在預(yù)先鉆好的孔位上進行樁基施打，可明顯改善擠土效應(yīng)，減少地基土變位以及對周邊環(huán)境的影響。本項目在試樁過程中由于鋼板樁在砂巖地質(zhì)上入巖較為困難，同時考慮振動打設(shè)時會對后方房建單體產(chǎn)生破壞，因此選擇螺旋鉆機進行預(yù)先引孔。

工藝流程：插打定位鋼板樁→旋挖鉆引孔→插打鋼板樁→打設(shè)錨桿→注漿錨固→安裝錨定臺座并拉錨固定→開挖卸載及鋼板樁位移監(jiān)測→拉錨系統(tǒng)拆除→拔除鋼板樁。

5.施工作業(yè)

本工程打插鋼板樁主要使用75t履帶吊與ICE 416L液壓震動錘進行。引孔設(shè)備采用500 mm直徑長螺旋鉆機，引孔數(shù)量和間距通常根據(jù)實際地質(zhì)情況確定。

（1）測量定位。測量員開展鋼板樁軸線測量放線，在地面上插入定位鋼筋標(biāo)識起點并用測量繩進行軸線標(biāo)記后，進行定位鋼板樁的插打。

（2）鉆機引孔。鋼板樁位置在地面標(biāo)記好后，螺旋鉆機在孔位處駐位并調(diào)整鉆桿垂直度。鉆孔過程中應(yīng)觀察鉆出土壤的色澤和狀態(tài)，分辨土質(zhì)、鉆孔深度是否達到要求。不得超鉆或破壞和穿透持力層造成樁端承載力無法滿足設(shè)計要求。

（3）鋼板樁插打。履帶吊通過3m長吊索將鋼板樁吊起并移至插打位置處，輔以人力扶持插入定位鋼板樁的鎖口內(nèi)。插入時動作需緩慢，防止鎖口破壞。插入后稍松吊索，使鋼板樁憑自重滑入，插入一定深度并站立穩(wěn)定后用液壓震動錘錘入設(shè)計標(biāo)高。鋼板樁插打過程中，應(yīng)對鋼板樁的垂直度及時進行校正，同時對后方房建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和裂縫進行實時觀測。

圖3 拉森 SP IIIW型鋼板樁截面尺寸

（4）打設(shè)錨桿。鋼板樁打設(shè)完成后，將海側(cè)原地面標(biāo)高降至+1.3m，即錨定臺座位置下方0.5 m 處。使用乙炔在露出的鋼板樁表面切割150mm＊150mm方形孔洞后，采用KR806-3D型鉆機，將直徑120mm鉆桿按照設(shè)計圖紙調(diào)整好角度后，插入方形空洞開始鉆進。為防止鉆桿鉆進過程中出現(xiàn)土壤擾動，采用15m的套筒用于穩(wěn)固入口處土體，并輔以射水系統(tǒng)防止土壤流失。在鉆桿鉆進過程中如遇到塊石等障礙物，可調(diào)整鉆桿角度或錨定臺座位置進行處理。

（5）注漿錨固。鉆孔至設(shè)計長度后，將錨桿和注漿管插入已鉆好的孔洞內(nèi)，并用拌合好的C25高強水泥砂漿進行灌注。水泥砂漿水灰比通常控制在0.55，即100kg高強水泥與55L水進行拌合而成。注漿應(yīng)一直持續(xù)至注漿管內(nèi)的水全部排出為止。

圖5 KR806-3D型鉆機鉆孔圖

（6）安裝錨定臺座并拉錨固定。因鋼板樁插打后的軸線有一定偏差，因此圍檁長度和錨定臺座的尺寸需根據(jù)現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù)進行制作。圍檁和錨定臺座焊接完成，水泥漿強度達到設(shè)計70%強度后，即可進行拉錨作業(yè)。

（7）開挖卸載及位移監(jiān)測。拉錨完成后，應(yīng)在鋼板樁頂端每隔10m設(shè)置位移觀測點，然后進行鋼板樁海側(cè)土體開挖。開挖宜分層進行，嚴(yán)禁超挖樁前覆土。在開挖過程中應(yīng)監(jiān)測鋼板樁的樁頂位移，以及路側(cè)原地面是否有沉降。如發(fā)現(xiàn)樁頂位移超過3cm，應(yīng)立即停止開挖工作作業(yè)。

在鋼板樁施工中，工程監(jiān)測是保障工程質(zhì)量和周邊環(huán)境安全一個必不可少的環(huán)節(jié)。在監(jiān)控過程中如發(fā)現(xiàn)鎖口處有滲水及后方土體下沉情況，應(yīng)盡快確定漏水點，將漏水點附近土體移除，換用袋裝土進行回填。如漏水較為嚴(yán)重，可用袋裝水泥代替袋裝土用來進行臨時止水。

（8）拉錨系統(tǒng)拆除。碼頭施工完畢，后方棱體填筑至+1.3m處時，可進行拉錨系統(tǒng)的拆除。首先用乙炔將外露的錨桿進行切割，再將焊接的拉錨支座和圍檁進行切割移除。拉錨系統(tǒng)應(yīng)分段拆除，拆除過程中應(yīng)觀測鋼板樁在卸載圍檁后的位移情況，防止后方土體發(fā)生較大位移影響房建結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（9）鋼板樁拔除。拉錨系統(tǒng)拆除完畢后，將碼頭后方棱體和回填土回填至設(shè)計標(biāo)高后，開始鋼板樁的拔除。鋼板樁的拔除應(yīng)按照順序依次拔出，拔出過程中如發(fā)現(xiàn)后方土體有塌陷應(yīng)立即停止作業(yè)、找尋原因并進行及時處理。

6.結(jié)語

綜上所述，在選取邊坡支護時，應(yīng)綜合考慮項目地質(zhì)情況并充分考慮周圍環(huán)境，如建筑物、道路管線情況，選用經(jīng)濟安全的邊坡支護措施。對于碼頭施工時后方存在房建結(jié)構(gòu)且距離開挖坡間距離較小時，宜采用鋼板樁護坡結(jié)構(gòu)進行邊坡的臨時防護，具有成本低，施工周期短，可周轉(zhuǎn)，止水性強等優(yōu)點。通過對工程所在地地質(zhì)條件的深入研究，鋼板樁趾前覆土厚度，樁后土體及地面荷載的計算，必要時可增加拉錨系統(tǒng)以減少樁頂彎矩及變形。鋼板樁在打設(shè)過程中，為避免震動引起對后方結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性的影響，可在打設(shè)之前輔以引孔工作。引孔工藝可根據(jù)項目實際情況，選擇經(jīng)濟高效的方法，可極大提高施工效率。但鋼板樁屬于柔性支護結(jié)構(gòu)，在荷載過大時變形也較大，不易控制，且對地質(zhì)條件和入土深度有所要求，使用前應(yīng)根據(jù)周邊荷載條件對鋼板樁受力穩(wěn)定性進行詳細計算。