超長(zhǎng)鋼管樁在富水深厚淤泥地質(zhì)區(qū)域作深基坑支護(hù)樁的應(yīng)用研究

孫喜朋

（中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司 深圳 518052）

0 引言

廣州作為中國改革開放的前沿城市，土地寸土寸金，南沙區(qū)作為大灣區(qū)的幾何中心，急需迅速發(fā)展壯大，在城市主干道綠化帶中修建綜合管廊不僅能夠節(jié)約土地資源，還能夠很大程度提升城市的整體形象，綜合管廊將是未來的發(fā)展方向［1-3］。

南沙位于珠江入?？?，所處位置淤泥層深厚，為地下綜合管廊施工帶來了極大困難，如何在確保施工安全的前提下，提高支護(hù)樁的施工效率、加快施工進(jìn)度、降低工程造價(jià)，是一個(gè)值得思考的問題［4］。

針對(duì)該地質(zhì)條件下基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)不易把握的情況，以南沙某綜合管廊項(xiàng)目為依托，運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的手段，對(duì)該地質(zhì)條件下超長(zhǎng)鋼管樁支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究，解決了在該地質(zhì)條件下深基坑支護(hù)的關(guān)鍵施工技術(shù)，為后續(xù)類似項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

南沙某綜合管廊所建位置是填海造陸區(qū)域，下穿6 條河涌，全長(zhǎng)約10.08 km，由電力排管、電力管溝和綜合管廊構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)尺寸為10.65 m×4.6 m，包含3 艙，分別為電力艙、綜合艙和燃?xì)馀摚谶^河涌段等基坑深度＞7 m 的區(qū)域采用鋼管樁作支護(hù)樁，平面布置如圖1所示。

圖1 南沙某綜合管廊項(xiàng)目平面布置Fig.1 Plan of a Comprehensive Pipe Gallery in Nansha District

1.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

本項(xiàng)目地處珠江三角洲中部，地貌單元主要為珠江三角洲沖積平原，地勢(shì)平坦、開闊，多為農(nóng)田、魚塘、河涌、居民區(qū)等，植被發(fā)育較好。地面標(biāo)高一般在海撥3.8～4.8 m之間，相對(duì)高差小。

本項(xiàng)目線路長(zhǎng)，典型的地層由上至下依次為素填土、淤泥、淤泥～淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、中粗砂等。淤泥為灰色、灰黑色，飽和，流塑，局部軟塑，具有臭腥味，厚度0.40～36.50 m，平均厚度8.70 m；淤泥～淤泥質(zhì)土為灰色、灰黑色，飽和，軟塑，局部流塑，含少量粉細(xì)砂及有機(jī)質(zhì)，具腥臭味。厚度0.60～35.00 m，平均12.90 m。

場(chǎng)區(qū)地處珠江水系入海口，為珠江三角洲平原的前緣，水系發(fā)達(dá)，路線需跨越6 條河涌，系洪奇瀝水道支流，河涌受潮汐影響，潮差約1～2 m。

1.2 工程特點(diǎn)

本項(xiàng)目基坑深度5～11 m 不等，在基坑深度＜7 m位置采用超長(zhǎng)鋼板樁作支護(hù)樁，在過河涌段、過路段等基坑深度＞7 m的特殊位置采用超長(zhǎng)鋼管樁作支護(hù)樁，2～3道鋼圍檁+鋼支撐做支撐體系，鋼支撐間距4 m，鋼支撐層間距1.6～3.5 m 不等，鋼管樁采用φ1 000 mm、厚度10 mm 鋼管焊接而成，為確?；娱_挖安全，避免施工中基坑外土體受壓通過樁底繞流引起基底隆起，樁體需要穿透淤泥、淤泥～淤泥質(zhì)土等軟土地層直插入粉質(zhì)黏土、中粗砂等持力層［5］，因此本工程鋼管樁長(zhǎng)度在21～41 m 之間，鋼支撐φ609 mm、壁厚16 m鋼管拼裝而成，基坑橫斷面如圖2所示。

圖2 基坑橫斷面Fig.2 Cross-sectional View of Foundation Pit

為確保鋼管樁連續(xù)性及整體性，防止開挖基坑過程中從鋼管樁縫隙涌水涌泥，鋼管樁之間采用“CC”型鎖扣連接［6］，“CC”型鎖扣采用φ108 mm，t=8 mm 鋼管加工而成，鋼管樁施工連接節(jié)點(diǎn)如圖3所示，鎖扣示意如圖4所示，脫扣位置采用水泥攪拌樁止水［7］。

圖3 鋼管樁施工連接節(jié)點(diǎn)示意圖Fig.3 Schematic Diagram of the Connection Node of the Steel Pipe Pile Construction （mm）

圖4 鋼管樁鎖扣示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Steel Pipe Pile Lock（mm）

2 超長(zhǎng)鋼管樁在富水深厚淤泥地質(zhì)區(qū)域作深基坑支護(hù)樁的應(yīng)用

2.1 施工方案

軟基處理及場(chǎng)地平整完成后，在加工廠預(yù)定9 m、12 m 長(zhǎng)度不等的基本樁，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要焊接加工，為確保焊接質(zhì)量、提高焊接速率，采用二氧化碳保護(hù)焊接，焊接完成后按比例進(jìn)行無損檢測(cè)。樁體加工完成后，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)安裝導(dǎo)向架，就位后，采用150 t 履帶吊+150 kW 振動(dòng)錘一次吊裝樁體［8-9］，然后按樁位打入鋼管樁，直到打入至設(shè)計(jì)標(biāo)高，圍護(hù)樁完成50 延米后方可組織開挖，為確保支撐安裝及時(shí)性，確?；影踩捎瞄L(zhǎng)臂挖機(jī)分層開挖，最后一層采用PC70 挖機(jī)配合撿底。

2.2 施工工藝

以兩道支撐為例，施工工藝如下：場(chǎng)地平整?測(cè)量放線?安裝導(dǎo)向架?安裝防傾鋼絲繩?起吊加工完成的鋼管樁?對(duì)接夾頭?吊裝就位打樁?完成100延米?開挖第一層土方?安裝第一道支撐?開挖第二次土方?安裝第二道支撐?撿底?分層施作主體結(jié)構(gòu)?拆撐回填。

2.3 施工方法

2.3.1 場(chǎng)地平整

軟基處理完成后，安排PC200 挖機(jī)將施工場(chǎng)地重新平整，采用3 m×1.5 m 鋼筋混凝土預(yù)制塊鋪設(shè)4.5 m寬臨時(shí)道路，以便車輛和人員通行。

2.3.2 測(cè)量放線

在場(chǎng)地平整后進(jìn)行樁位放樣，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)平面控制網(wǎng)，測(cè)定設(shè)計(jì)圖紙給出的圍護(hù)結(jié)構(gòu)坐標(biāo)，完成施工現(xiàn)場(chǎng)樁體控制軸線的放樣工作，并用白灰劃線，放樣過程需考慮鎖扣的接口長(zhǎng)度。使用挖掘機(jī)以此為邊線向外側(cè)開槽，開槽深度控制在20 cm左右，同時(shí)作為鋼管樁施打邊線位置，即導(dǎo)向槽。

2.3.3 安裝導(dǎo)向架

在鋼管樁施工中，為保證沉樁軸線位置正確和樁體豎直，控制鋼管樁的打入精度，防止鋼管樁的扭曲變形，需要安裝導(dǎo)向架。導(dǎo)向架采用雙層雙面形式，用12 m長(zhǎng)雙拼40a工字鋼焊接而成。

2.3.4 安裝防傾鋼絲繩

本工程采用的鋼管樁21～41 m，一次吊裝打入，為避免施工過程中鋼管樁意外脫落傾倒造成安全事故，起吊前安裝防傾鋼絲繩，防傾覆鋼絲繩由3根φ28 mm鋼絲繩組成，其中2根長(zhǎng)度1.15 m，用于平時(shí)吊裝和振動(dòng)錘夾頭意外脫落鋼管樁傾倒，另1 根長(zhǎng)度3 m，用于前兩條鋼絲繩受鋼管樁墜落沖擊力斷裂后，樁頭觸地后防止傾倒。鋼絲繩通過12 t“U”型卡將樁體與振動(dòng)錘連接，防傾倒鋼絲繩裝置如圖5所示。

圖5 安裝防傾鋼絲繩Fig.5 Installing the Anti-tilt Wire Rope （mm）

2.3.5 起吊鋼管樁并對(duì)接夾頭

防傾鋼絲繩安裝完成后，啟動(dòng)吊車帶動(dòng)振動(dòng)錘向上吊裝，吊裝過程中以樁體下端頭為支點(diǎn)，利用2條長(zhǎng)度為1.15 m 鋼絲繩緩緩將樁體豎起，然后慢慢吊放至導(dǎo)向架直到樁底接觸地面，然后利用導(dǎo)向架保持樁體垂直，緩緩下落振動(dòng)錘，空中對(duì)接夾頭，對(duì)接完成后，再次對(duì)樁位，確定無誤后進(jìn)行樁體打入。

2.3.6 吊裝就位打樁

就位后啟動(dòng)振動(dòng)錘，將樁體緩緩打入土體，打樁過程中，采用呈直角的鉛墜控制樁體垂直度，第一根樁時(shí)不時(shí)采用全站儀復(fù)測(cè)，確保樁體垂直，第一根樁垂直度必須嚴(yán)格控制，淤泥土、淤泥-淤泥質(zhì)土需要控制下樁速度，嚴(yán)禁下樁過快，多粉質(zhì)黏土層及中粗砂層阻力漸漸變大，逐漸加大馬力直到設(shè)計(jì)標(biāo)高，第一根樁施工完成后，按以上方法施作后續(xù)圍護(hù)樁，后續(xù)樁施工時(shí)，采用“CC”型鎖扣將樁體連接為整體。

2.3.7 開挖土方

為加快施工進(jìn)度，在確保安全的情況下，快速施作100延米，然后組織基坑開挖，基坑開挖采用豎向分層、縱向分段模式開挖，第一層土方由長(zhǎng)臂挖機(jī)開挖至第一道支撐下50 cm 位置停止開挖，安裝第一道圍檁、支撐，圍檁與支撐安裝完成后，由PC200 挖機(jī)配合長(zhǎng)臂挖機(jī)開挖至第二道支撐下50 cm 位置停止開挖，安裝第二道圍檁與支撐，第二道圍檁與支撐安裝完畢后，有PC70挖機(jī)配合長(zhǎng)臂挖機(jī)開挖至基底上30 cm 位置，然后人工配合小挖機(jī)撿底，土方由長(zhǎng)臂挖機(jī)帶出。

2.3.8 分層施作結(jié)構(gòu)主體

基坑開挖完成后進(jìn)行樁帽、墊層、底板防水層施工，底板防水施工完成后按照變形縫位置及分段情況施作結(jié)構(gòu)底板，底板完成后澆筑兩側(cè)回填混凝土，回填混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除第二道支撐與圍檁，之后進(jìn)行側(cè)墻施工，側(cè)墻施工完成后進(jìn)行頂板施工［10］，頂板施工完成后采用石粉回填結(jié)構(gòu)兩側(cè)空隙。

2.3.9 拆撐回填

主體結(jié)構(gòu)施工完成后，拆除支撐與圍檁，回填開挖前標(biāo)高，拔樁。

2.4 施工質(zhì)量控制及保證措施

⑴施工前，進(jìn)行場(chǎng)地平整，檢測(cè)地基承載力，需要滿足150 t 履帶吊正常施工，避免施工中發(fā)生履帶吊傾覆。

⑵鋼管樁需求量大，精確規(guī)范加工區(qū)，盡量做到當(dāng)天加工、當(dāng)天打入。

⑶本項(xiàng)目所需鋼管樁均超過18 m，采用9∕12 m基本樁焊接而成，為提高焊接質(zhì)量，避免燒傷樁體，采用二氧化碳保護(hù)焊加工為成品。

⑷焊縫為薄弱區(qū)，打入樁體時(shí)，相鄰樁焊縫不得在同一平面上，且盡量將焊接縫隙放入基底以下。

⑸鋼管樁施工數(shù)量多，長(zhǎng)期吊裝樁體存在以外脫落傾倒現(xiàn)象，打樁前每根樁必選安裝樁體防傾覆裝置，本項(xiàng)目樁體防墜落鋼絲繩要求，樁底離地最大距離為80 cm，為確保安全，現(xiàn)場(chǎng)控制在50 cm以內(nèi)，否則樁體脫落后，沖擊力將沖斷鋼絲繩或卡扣，在安全高度內(nèi)，樁底首先接觸地面，接觸地面后樁體自由落體沖擊力將抵消，鋼絲繩作用僅為在樁體傾斜后，拉住樁體不使樁傾倒。

⑹本項(xiàng)目樁體必須穿透軟土層，樁底直到粉質(zhì)黏土或粉細(xì)砂，否則開挖基坑時(shí)樁底土體易發(fā)生擾流，導(dǎo)致基底隆起，施工中采用雙控，一控制樁底標(biāo)高，二控制樁體貫入度，貫入度控制標(biāo)準(zhǔn)，以150 kW振動(dòng)錘錘擊10 min不沉樁為準(zhǔn)。

⑺嚴(yán)格控制開挖面與打樁位置距離，確保振動(dòng)錘打樁產(chǎn)生的振動(dòng)不影響開挖面，現(xiàn)場(chǎng)按100 m控制。

⑻開挖是嚴(yán)格按照縱向分段、豎向分層，分段一般控制在1 根圍檁長(zhǎng)度，第一層可適當(dāng)放寬至兩個(gè)圍檁長(zhǎng)度，第二層一下必須控制在1根圍檁長(zhǎng)度范圍，每層土方均控制在支撐下50 cm左右。

⑼采用人工配合PC70挖機(jī)撿底，禁止超挖。

⑽開挖過程中必須認(rèn)真分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，特別是基坑深層位移，如果達(dá)到預(yù)警值，必須停止開挖，要求專家分析原因，處理完成后繼續(xù)施工。

⑾底板施工完成且底板兩側(cè)混凝土回填完成，并達(dá)到強(qiáng)度后，方可拆除第二道支撐。

3 施工監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容、方法及點(diǎn)位布置

為確?；娱_挖安全，按設(shè)計(jì)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，影響范圍以距離基坑邊線3倍開挖深度的平面范圍作為界定標(biāo)準(zhǔn)，本基坑主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、布置位置、測(cè)點(diǎn)布置原則、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的最大值如表1所示，本項(xiàng)目按照三級(jí)環(huán)境控制。

表1 主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、布置位置、測(cè)點(diǎn)布置原則、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目最大值Tab.1 Main Monitoring Items，Layout Location，Principle of Measuring Point Layout，Maximum Value of Monitoring Items

3.2 基坑監(jiān)測(cè)情況

鋼管樁為軟性樁，基坑開挖中必須嚴(yán)格落實(shí)“縱向分段、豎向分層”措施，縱向分段不得過大，一般以一條圍檁長(zhǎng)度為準(zhǔn)，每層控制在支撐下50 cm位置，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，鋼管樁對(duì)開挖反應(yīng)明顯，只要向下開挖基坑，鋼管樁就會(huì)有相應(yīng)的變形，停止開挖，鋼管樁變形明顯減小或收斂，樁頂水平位移及豎向位移均在控制值之內(nèi)，土體及樁體側(cè)向變形開挖中每天變化在5～8 mm 之間，累計(jì)變形30～50 mm 左右，地下水位、地面沉降、支撐軸力均在控制范圍之內(nèi)。

4 結(jié)語

廣州市南沙區(qū)某綜合管廊項(xiàng)目建設(shè)地周邊較空曠、地質(zhì)條件差、工程規(guī)模大，為提高富水深厚淤泥地質(zhì)區(qū)域深基坑支護(hù)樁的施工效率、降低工程造價(jià)，在確?；影踩闆r下，采用超長(zhǎng)鋼管樁施工，施工完成后得到以下結(jié)論：

⑴超長(zhǎng)鋼管樁作為富水深厚淤泥地質(zhì)區(qū)域基坑支護(hù)樁方案可行，基坑深度宜控制在7～10 m，樁長(zhǎng)不宜超40 m，樁身必須穿透軟土層，樁底達(dá)到粉質(zhì)粘土或中粗砂，否則施工中有基坑外土體擾流引起基底隆起風(fēng)險(xiǎn)。

⑵防傾鋼絲繩簡(jiǎn)單適用，安全可靠，施工時(shí)注意控制樁底距離地面高度。⑶開挖中嚴(yán)格落實(shí)“縱向分段、豎向分層”原則，一般采用鋼管樁做支護(hù)樁開挖中每天變形在5～8 mm 之間，累計(jì)變形30～50 mm 左右，地下水位、地面沉降、支撐軸力均在控制范圍之內(nèi)。

以上結(jié)果分析對(duì)今后類似工程具有一定參考價(jià)值。