排桩围堰在深基坑支护中的应用

卢治国

(湖南路桥建设集团公司,湖南长沙 410004)

1 工程概况

湖南某跨河大桥主墩10号墩承台设计尺寸为10.2m×10.2m×4.0m,承台顶标高为23.0m,底标高19.0 m。墩位处于河滩之上,地面标高平均为27.0m,承台底低于地面8.0m,开挖深度＞9m,覆盖层由上向下依次为填筑土、淤泥质亚粘土、较为松散卵石、强风化粉砂质板岩。主墩桩基为9Φ150 cm群桩,采用冲击钻成孔。

施工单位在图纸会审中希望提高承台标高,避免深基坑施工以降低造价、加快进度,但各方考虑水流冲刷、通航要求等因素,维持原设计。属典型的深埋低桩承台,需进行深基坑支护。

2 方案提出

深基坑工程在国外称为“深开挖工程”(Deep Excavation),是一种特殊的工程构筑物,它具有复杂性、可变性、临时性、高风险的特点,支护是深基坑工程中的核心问题之一。经过理论探索与工程实践的筛选,现已形成了多种适合于不同地质条件和基坑深度的经济合理的支护结构体系。通常支护形式分为加固型和支挡型支护两大类,常见类型如图1。

其中排桩支护(又称护壁桩)通常用于坑深7～15m的基坑工程,通过连排灌注桩方式在基坑四周形成排桩挡墙,顶部浇筑混凝土圈梁,必要时顶部进行钢筋混凝土或钢管支撑,它具有刚度大、抗弯能力强、变形相对较小,施工时无振动、噪音小,无挤土现象,对周围环境影响小等特点。当承台工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而有利于施工组织、工期短。当开挖影响深度内地下水位高且存在强透水层时,可采取与高压旋喷组合施工措施以解决渗水问题。

图1 深基坑支护类型

针对本工程具体特点,工位处于河滩筑岛上,淤泥质亚粘土厚,卵石层渗水较多,开挖深度大,有较大施工难度,经综合比较分析,最终确定采取“排桩支护+高压旋喷止水”组合方案进行深基坑施工,以确保承台基坑开挖、钢筋安装、装模、混凝土浇注等工序顺利进行。

3 排桩支护施工方案

3.1 施工平台填筑

护壁桩施工前须将场地进行平整,考虑到10号墩地面标高(标高为27.0m)较低,为安全渡汛,取外运土方将整个施工场地进行填高,并筑岛压实,平均填筑标高达到28.5 m,填筑面积为25m×35m。

3.2 排桩设计

根据地质勘察资料,在承台开挖以后,护壁桩需承受将近8～9m高的主动土侧压力,护壁桩嵌入岩层后,要求桩身刚度较大,抗弯能力强。护壁桩结构设计如下:桩径1.20 m,沿承台周围间距1.80m布置,如图2。每墩承台施工共设计护壁桩46根,护壁桩距承台边线1.2 m,护壁桩混凝土设计标号选用C30,10号墩护壁桩设计桩顶标高27.0m,桩底标高10.0 m,桩长17.0 m,嵌入岩层约8m;护壁桩孔内安放钢筋笼,以加强护壁桩承受的土侧压力及抗弯能力。同时将所有护壁桩利用圈梁连接在一起,形成一个大体积的混凝土刚体围堰。基坑开挖时及时观测桩顶位移变形,如有必要,可在圈梁上设置钢筋混凝土或钢管支撑。

3.3 护壁桩施工

因工期要求紧,10号墩左右幅两个承台同步施工,护壁桩距承台边线1.2m。测量放线后,每墩各安排3台冲击钻机分3个断面按同一方向跳孔钻进。每个孔成孔后即刻安放桩基钢筋笼,然后进行水下混凝土的浇注,具体施工方法同钻孔桩施工工艺,不再赘述。护壁桩钢筋笼在加工车间制作,然后转运到现场安放;护壁桩混凝土按水下混凝土浇注的施工工艺进行施工,以确保混凝土浇注质量。其工艺流程为:复测孔深和沉渣厚度→吊放钢筋笼并固定→搭设灌注支架和平台→清孔及检查沉渣厚度→安装水下混凝土导管→进行混凝土的浇注。

3.4 圈梁施工方案

为了加强护壁桩抵抗承受的四周土侧压力,桩顶设置宽1.4m、高1.2m的圈梁,圈梁顶标高与桩顶标高齐平,圈梁混凝土设计标号为C30。施工时,圈梁钢筋与护壁桩钢筋笼连接在一起,圈梁混凝土与1.2m高桩头一起浇注,将承台周围护壁桩串连接成一整体,以加强护壁桩的整体抗弯能力。同时在两个承台之间设置圈梁将左右幅护壁桩连在一起,作为对两边护壁桩支撑骨架,起到抵抗土侧压力的作用。

图2 排桩+高压旋喷深基坑支护施工方案图(单位:cm)

4 高压旋喷止水帷幕施工

为了确保承台基坑的顺利开挖,有效达到封水、止水的效果,特拟定采用旋喷桩的施工方案。旋喷桩设计孔径Φ80 cm,桩底低于承台底1 m并嵌入岩层0.50 cm,在每相邻护壁桩之间布置一根,根据护壁桩的排列进行布置,并与护壁桩进行紧密接合。

4.1 高压旋喷桩设计要求

高压旋喷桩帷幕部位砂层和黏土层渗透系数为K≤1×10-7cm/s,桩体无侧限抗压强度取3MPa。设备钻机采用型号:XPZ-50,高压泵型号:ZJB-30。

4.2 施工工艺流程

钻机就位→钻孔到设计高程→封堵垂向喷嘴→搅浆→由下向上旋喷作业到设计桩顶→冲洗钻杆→钻机移位。

4.3 施工顺序

先打3根试桩,了解施工工艺及旋喷效果,确定施工参数。再进行旋喷桩的施工,为确保桩与桩之间能很好地咬合,宜采用打一跳一法。

4.4 施工参数选择

①泵压:20 MPa;②喷嘴直径及数量:2.3mm×1～2.4 mm×1;③流量:37～40 L/min;④钻杆升速:黏性土30 cm/min,砂性土15 cm/min;⑤钻杆转速:黏性土30 r/m in,砂性土15 r/min;⑥水灰比:1.1～1.2。

5 结语

护壁桩、高压旋喷桩和圈梁施工完后,即着手进行承台基坑的开挖。在基坑土方开挖之前,进行详细的施工准备工作,在开挖施工过程中采取人工开挖和机械开挖相配合进行,加强排桩护壁桩顶位移与变形监测。开挖施工中,尽管有高压悬喷桩的封水,但依然存在一定的渗水。根据工程地质和地下水文情况,采取集水坑排水法,使基坑开挖和施工达到无水状态,并浇注50 cm厚封底混凝土以保证施工顺利进行。

通过实践,“排桩+高压旋喷”组合支护方式的应用,有效解决了复杂地质条件下深埋低桩承台施工的难题,可在同类型桥梁和其他建筑物深基坑工程施工中进一步使用和总结推广。

[1]刘布阳.高压旋喷桩在桥梁深基坑支护中的应用[J].资源环境与工程,2006(6):59-61.

[2]冯博慧.浅谈深基坑支护结构的类型及选型[J].山东建材,2006(4):61-62.

[3]原孔雀.浅谈深基坑支护的结构类型与设计[J].山西建筑,2006(8):73-74.