鋼板樁圍堰暨拋石擠淤工藝在女媧補天雕塑樁基承臺施工中的應(yīng)用

唐海平， 周 勇， 周 宇

(成都建工雅安建設(shè)有限責任公司，四川雅安 625100)

在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域，鋼板樁自早期歐洲的開創(chuàng)性應(yīng)用起至今已有100余年歷史[1]。作為現(xiàn)代基礎(chǔ)與地下工程領(lǐng)域的一種重要施工材料，鋼板樁可滿足傳統(tǒng)水利工程、土木工程、道路交通工程、環(huán)境污染整治以及突發(fā)性災(zāi)害控制等眾多工程領(lǐng)域的施工需求。鋼板樁具有節(jié)能、高效、環(huán)保、綠色等諸多特點，主要體現(xiàn)在鋼板樁具有高質(zhì)量、易施工、低造價、長壽命、安全可靠等獨特優(yōu)點，因此備受各類工程青睞[2]。

建筑工程中使用的鋼板樁，按不同成型工藝可分為冷彎鋼板樁和熱軋鋼板樁兩大類。其中，冷彎鋼板樁按產(chǎn)品截面形狀可分為U型、Z型和帽型3類；熱軋鋼板樁按產(chǎn)品截面形狀可分為U型、Z型、直線型和H型4類[3]。目前工程上應(yīng)用最廣泛的當屬U型熱軋鋼板樁(俗稱“拉森鋼板樁”)，它具有適用土層范圍廣泛，接合緊密、不易漏水、施工便捷快速的優(yōu)點，且樁體能夠回收利用，具有較好經(jīng)濟性，因此常用作基坑的止水圍護結(jié)構(gòu)[4]。

1 工程概況

四川雅安熊貓綠島公園位于雨城區(qū)新老城之間的水中壩島上，占地面積為20.36 hm2，整體規(guī)劃為“一軸、一環(huán)、一帶、六片區(qū)”的空間結(jié)構(gòu)。女媧補天雕塑是該公園的一個重要景觀節(jié)點，雕塑屹立于青衣江與周公河相匯處的江中，距水中壩島頭最前端堤岸約30 m。

女媧補天雕塑的高度約28.6 m，重約100 t。雕塑基礎(chǔ)采用9根直徑φ1 500 mm的沖孔灌注樁，樁長約20 m，樁端持力層為中風化泥巖，單樁豎向承載力設(shè)計值為2 500 kN，樁頂承臺尺寸12 m×12 m×2.5 m。由于施工期間承臺基底標高位于江面水位以下2 m左右，為滿足工期要求并確保施工質(zhì)量與安全，故采用拉森鋼板樁設(shè)置防水圍堰。圍堰平面軸線尺寸為15 m×15 m，鋼板樁規(guī)格型號為HRSP-U-2000，樁尖進入強風化泥巖層，平均樁長約為18 m，圍堰內(nèi)采用18號工字鋼沿豎向布置2道內(nèi)支撐，詳見圖1、圖2。

圖1 基礎(chǔ)平面(單位：m)

圖2 基礎(chǔ)剖面(單位：m)

2 工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)本工程巖土詳勘報告，場地地層自上而下的情況為：

①層(粉砂)：黃褐色、青灰色，飽和，呈松散狀態(tài)。以長石、石英、角閃石礦物顆粒為主，含少量云母碎片。該層由于處于河床沖積，局部含泥量稍大。該層在該河段均有分布，平均厚度5.13 m。

②層(塊石)：雜色。母巖成分以花崗巖、閃長巖為主，砂巖、白云巖次之，中—微風化。磨圓度好，呈亞圓形。粒間由粉土及砂土充填。按骨架顆粒含量、排列方式、接觸關(guān)系及N120超重型動力觸探試驗錘擊數(shù)，劃分為松散、稍密2個亞層：

②-1層松散塊石：粒徑在20～80 mm之間，大者150 mm以上。骨架顆粒絕大部分不接觸，排列十分混亂。該層在該河段均有分布，平均厚度2.43 m。

②-2層稍密塊石：粒徑在20～100 mm之間，大者400 mm以上。骨架顆粒大部分不接觸，排列混亂。該層在該河段均有分布，平均厚度2.83 m。

③層(泥巖)：棕紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，以黏土礦物為主，含次生石膏礦物晶體，局部夾薄層泥質(zhì)砂巖。根據(jù)巖石工程性質(zhì)及風化程度分為2個亞層：

③-1層強風化泥巖：節(jié)理、裂隙很發(fā)育，結(jié)構(gòu)面不清晰，含次生石膏礦物。巖芯破碎，呈碎塊狀。遇水易軟化，錘擊無回彈。該層在該河段均有分布，平均厚度2.53 m。

③-2層中風化泥巖：風化裂隙較發(fā)育，結(jié)構(gòu)面清晰，含次生石膏礦物。巖芯多呈中長柱狀，錘擊聲啞，暴曬后可見裂紋。該層未揭穿，最大揭露厚度17.5 m。

2.2 水文地質(zhì)條件

勘察期間測得江水水位標高568.40 m，鉆孔位置江水水深2.00～2.90 m。由于受場地下游大興電站的影響，水位跌漲頻率高，漲落幅度約1.00～2.00 m。場地地下水類型為基巖中的裂隙水，基巖裂隙水賦存于白堊系上統(tǒng)灌口組(K2g)泥巖節(jié)理裂隙中，受青衣江江水補給。

3 工藝流程及操作要點

本工程灌注樁施工前，已從江岸向基礎(chǔ)施工區(qū)域搭設(shè)了鋼棧橋，并沿基礎(chǔ)四周搭設(shè)了棧橋平臺，鋼板樁圍堰及拋石擠淤施工作業(yè)主要在棧橋平臺面上完成。由于本工程承臺基底為粉砂層，且呈飽和淤泥質(zhì)狀態(tài)，故采用拋石擠淤方案對地基進行處理，石料采用直徑30～40 cm的塊石，塊石最底層送達稍密卵石土層上方，處理厚度約5 m。拋石采用人工和挖掘機配合作業(yè)，從基底中部開始向四周展開，拋石過程中利用挖掘機鏟斗將拋入的塊石向下按壓，同時將擠出的淤泥從基坑中鏟出。當軟土、淤泥被強行擠出后，土體顆粒結(jié)構(gòu)重新調(diào)整，孔隙水通過石材排出，空隙壓力逐漸減弱消失，使淤泥質(zhì)土體性質(zhì)得以改善。通過塊石的置換和擠密，軟土地基得到處理，地基承載力顯著提高，極大地改善了承臺地基土的性能。

3.1 工藝流程

本工程基礎(chǔ)承臺施工工藝流程為：施工準備—放設(shè)沉樁定位線—鋼板樁插入和預(yù)打—鋼板樁施工—抽水—圍堰加固—拋石擠淤—清除擠出淤泥—混凝土封底—承臺結(jié)構(gòu)施工—拆除加固支撐—拔除鋼板樁。

3.2 操作要點

3.2.1 施工機械

為確保本工程順利推進，配備了卡特336D和加藤1430打樁機各1臺、PC220-8長臂挖掘機1臺、混凝土泵車1臺、自卸式汽車若干。

3.2.2 施工放樣與定位

(1)向施工區(qū)域內(nèi)引入控制點，經(jīng)復(fù)核無誤后加以有效保護。

(2)定樁位：按順序標明鋼板樁的具體樁位。

3.2.3 鋼板樁的吊運

裝卸鋼板樁宜采用兩點吊，吊運方式有成捆起吊和單根起吊。吊運時，每次起吊的鋼板樁根數(shù)不宜過多，并注意保護鎖口免受損傷。

3.2.4 鋼板樁堆放

鋼板樁堆放的地點，要選擇在不會因壓重而發(fā)生較大沉陷變形的平坦而堅固的場地上，且便于運往打樁施工現(xiàn)場。堆放時應(yīng)注意：

(1)堆放的順序、位置、方向和平面布置等應(yīng)方便后續(xù)施工。

(2)鋼板樁按型號、規(guī)格、長度分別堆放，并設(shè)置標牌說明。

(3)鋼板樁分層堆放，每層堆放數(shù)量一般不超過5根，各層間墊枕木，墊木間距為3～4 m，且上、下層墊木應(yīng)在同一垂直線上，堆放的總高度不宜超過2 m。

3.2.5 鋼板樁打設(shè)

根據(jù)現(xiàn)場施工條件，本工程采用單獨打入法。即從圍堰一角開始，逐塊插打，每塊鋼板樁自起打到結(jié)束中途不停頓。板樁墻面應(yīng)平直，以滿足后續(xù)基礎(chǔ)承臺施工要求，且本工程要形成圍堰，因此還要求鋼板樁能封閉合攏。

單獨打入法樁機行走路線短，施工簡便，打設(shè)速度快。但是，由于單塊打入，鋼板樁易向一邊傾斜，當樁的傾斜度超過1.5%時，應(yīng)拔起重打。因此，在插打過程中要隨時測量，監(jiān)控每塊樁的斜度，同時需嚴格注意樁頂高程不宜相差太大，以便于后期使用。

3.2.6 抽水與加固

鋼板樁插打完畢后，采用水泵進行抽水，隨抽水進程在鋼圍堰內(nèi)設(shè)置加固支撐，以防水壓過大破壞鋼圍堰。加固支撐采用18號工字鋼繞圍堰內(nèi)圈拉通布置，本工程共設(shè)置2道，第1道支撐設(shè)于圍堰頂標高以下1.0 m，向下間距2.5 m設(shè)置第2道。

3.2.7 拋石擠淤

采用塊石進行拋填，并利用挖掘機鏟斗將塊石擠壓嚴實， 并嚴格根據(jù)設(shè)計文件控制基底標高。當拋石擠淤完成后，及時采用C30水下混凝土進行封底，封底墊層厚度約1.0 m。

4 結(jié)束語

本工程位于青衣江中，樁基承臺處于江面水位以下，采用拉森鋼板樁設(shè)置圍堰，并對承臺基底軟弱土質(zhì)采用拋石擠淤進行地基處理，確保了樁基承臺及上部雕塑主體結(jié)構(gòu)的順利施工，體現(xiàn)特點：

(1)本工程采用的機械設(shè)備均為常用設(shè)備，且圍堰原位拼裝下沉占用地較少。鋼板樁施工速度非?？?，防水性能好，并且沒有齡期限制，打完鋼板樁抽水后就能馬上作業(yè)，圍堰內(nèi)作業(yè)完工后，可以將鋼板樁拔出進行重復(fù)利用。

(2)本工程自鋼板樁拼裝到下沉至設(shè)計高程，再經(jīng)拋石擠淤至封底結(jié)束，僅歷時5天，比采用鋼筋混凝土板樁圍堰或土石圍堰并清淤換填等施工方法，至少可節(jié)省1個月工期。

(3)本工程采用的施工工藝與傳統(tǒng)施工方法相比較，極大地節(jié)省了施工成本，降低了工程造價。