某深水基坑施工与监测技术研究

张 红 雨

(辽宁省冶金地质勘查局四0二队,辽宁 鞍山 114000)

某深水基坑施工与监测技术研究

张 红 雨

(辽宁省冶金地质勘查局四0二队,辽宁 鞍山 114000)

以某深水基坑施工及监测为研究对象，通过对深水基坑工程的具体分析和现场监测信息反馈进行研究，设计出了钢板桩与钢管桩结合的围堰方案，针对该方案提出了管桩与管桩对焊、拉森桩与管桩对焊和型钢与管桩对焊方法,指出随着施工工序推进桩顶水平位移逐渐增大，直至第五道内支撑施加完毕，最大值并不是在桩顶，而是随着开挖继续深入，桩体最大水平位移位置开始下移。

深水基坑，钢管桩，监测，焊接

1 概述

随着科学技术发展,基坑围护技术也不断改进创新,围护技术要求越来越高，效果也越来越好。目前基坑围护手段多种多样,但都受到技术、工程条件、经济成本等因素不同程度的制约[1,2]。选取哪一种或者联合几种围护方案会更加高效、节约是需要关注的问题，本研究结合某深水基坑支护施工及现场监测信息反馈，对基坑内撑设计、围护加固设计以及构件之间焊接技术进行研究，得出了一些有意义的结论，可为类似工程提供借鉴。

2 工程概况

某客运专线设计时速为350 km/h，该客运专线一特大桥跨越三岔河段，桥跨两孔面宽度为65 m。三岔河枯水期时河宽可达到230 m，水深最大为6 m。桥墩采用圆端形桥墩，基础采用钻孔灌注桩，其中480号、481号墩均在水中。局部冲刷线与各项安全主通航指标要求，480号、481号主墩需由河面高程垂直下挖17 m～19 m深，属于超深基坑开挖。墩台设计参数见表1。

表1 墩台设计参数 m

3 钢管桩与钢板桩结合支护

3.1 内撑设计

通过理论计算钢管桩采用直径630 mm，拉森桩采用575 mm。480号基坑采用长24 m,481号基坑采用长21 m，壁厚10 mm的钢管桩加拉森桩支护，φ630 mm管桩上两边焊接拉森桩，将全部管桩连接在一起，通过拉森桩来止水。根据开挖深度自上而下，钢管桩内侧设置五道支撑体系，第一道支撑设在桩顶向下2 m，第2道～第5道支撑由上到下分配，分别为3 m,3 m,2.5 m,2.5 m,3.5 m(封底混凝土为2.0 m)，见图1。采用H40型钢作为钢管桩内侧围檩，第一道内支撑、第二道内支撑和第三道内支撑的钢管采用规格为φ630 mm×10 mm的Q235A钢管，第四道内支撑和第五道内支撑采用φ630 mm×12 mm的无缝钢管。为了增强内支撑与拉森桩之间的稳固性，采用内支撑两端增加型钢斜撑的方法进行设置，其中斜撑采用40工字钢，针对于易应力集中和扭转失稳的转角处的斜撑采用H40型钢进行加固，并采用贴焊钢管的方法进行强化加固。

3.2 加固设计

采用单根长度为24 m和21 m的钢管桩，钢管桩打设宽度比承台最大结构尺寸每边宽至少1.5 m，根据钢管桩单根宽度和底承台最大截面尺寸18.6 m×14.6 m，钢管桩打设宽度分别为21.6 m和17.6 m，每边宽1.5 m，钢管桩需露出正常水位1 m，以阻挡受潮水影响，河水流向基坑内。钢管桩内部设五道围檩，围檩及加固图如图2所示。

3.3 钢管桩、钢板桩焊接施工

1)φ630管桩的对焊。

接口处先电焊满焊，焊缝高度10 mm，然后在接头处焊4块加强钢板，尺寸为25 cm×25 cm×1.4 cm，厚度δ=14 mm。

2)575拉森桩与φ630管桩连接焊。

575拉森桩与φ630管桩连接采用双面全长满焊，再在拉森桩与钢管桩上每80 cm一道采用15 cm×15 cm×1.4 cm钢板进行加强焊。

3)H40型钢与φ630管桩的焊接。

H40型钢的对焊。接口处，先进行满焊，焊缝高度11 mm；再在H钢两侧焊加强钢板，厚度δ=14 mm；拉森桩与钢管桩的焊接，双面满焊，焊缝高度10 mm。

4 监测方法及分析

4.1 具体监测方式

将水平位移观测点布置于基坑顶横梁上，刚建立监测点时即为初始读数，检测频率为2次/d。在承台基坑四周距基坑1 m～2 m处各布置一个沉降、位移观测点，刚建立监测点时即为初始读数，检测频率为2次/d。支护结构的最大水平位移已接近或超过设计值，或水平位移速率已连续3 d大于3 mm/d。

基于桩顶水平位移监测数据分析发现，在没有设置第一道内支撑之前，基坑开挖时所导致的最大水平位移在桩顶，随着开挖深度逐渐增加，桩身最大水平位移的位置开始向下移动。设置第一道内支撑之前，作用在钢管上的侧向土压力向桩下移动，当作用在钢管桩的主、被动土压力达到平衡时设置第一道支撑。即：土压平衡时，设置第一道支撑，此时的第一道支撑不起作用，因为水平支撑压力为零。继续向下开挖，开始设置第二道内支撑，设置第二道内支撑前，由第一道支撑承受土压力。此时第二道支撑并没有承受土压力，或者刚刚开始承受土压力，只有继续向下开挖，第二道内支撑所承受的土压力才逐渐增大，同时第一道内支撑土压力将有所分担。如此向下开挖，直至第五道内支撑设置完毕为止。内支撑水平位移在10 mm～30 mm范围内，各个内支撑轴力均在容许值范围之内，表明该组合支护结构满足要求。

4.2 监测分析

为了按照施工步骤对监测数据进行分析，可将深水基坑开挖关键工序分解如下：工序1:挖掉第一层，施工第一道内支撑；工序2:挖掉第二层，施工第二道内支撑；工序3:挖掉第三层，施工第三道内支撑；工序4:挖掉第四层，施工第四道内支撑；工序5:挖掉第五层，施工第五道内支撑；提取这五种工况下桩顶水平位移对比分析，如图3所示。

如图3所示，实测监测数据桩顶水平位移随着开挖深度增加，累计位移逐渐增大。曲线趋势较为平缓，比较客观的表现了桩顶水平位移的变化规律，即随着施工工序推进桩顶水平位移逐渐增大，直至第五道内支撑施加完毕。围护桩结构水平位移均在30 mm以内，内支撑弯曲正应力均在容许值范围以内，结构稳定。随着施工工序推进，桩顶水平位移逐渐增大，直至第五道内支撑施加完毕，随着开挖继续深入，桩体最大水平位移位置开始下移。若将数据按照时间的推移进行绘制变形曲线，则第五道工序施工完毕后曲线随着时间的推移趋于稳定。

5 结语

通过对深水基坑工程进行具体分析和现场监测信息反馈进行研究，得出如下结论：

1)经过对钢围堰、钢板桩围堰进行优缺点分析，结合工程实际设计出了钢板桩与钢管桩结合的围堰方案，针对该方案提出了详细施工方法。

2)根据具体情况，提出了具体的管桩与管桩对焊、拉森桩与管桩对焊和型钢与管桩对焊方法。

3)通过对桩顶水平位移监测数据分析发现，随着施工工序推进桩顶水平位移逐渐增大，直至第五道内支撑施加完毕，最大值并不是在桩顶，而是随着开挖继续深入，桩体最大水平位移位置开始下移。

[1] 张淑坤，张向东，李永靖，等.深水基础组合桩围护体系设计与应急处理技术[J].中国安全生产科学技术，2014，10(7):130-134.

[2] 赵金亮.临近隧道的深基坑施工监测分析[J].山西建筑，2014，40(29)：90-91.

Deep water foundation pit construction technology and monitoring research

Zhang Hongyu

(LiaoningMetallurgicalGeologicalExplorationBureau402Team,Anshan114000,China)

To study a deep water foundation pit construction and monitoring, through the study of specific feedback analysis and field monitoring information, steel sheet pile cofferdam scheme combined with steel pipe piles, according to the plan with the construction method, put forward the concrete pipe pile and pile, pile and pile butt welding of Larson steel and pipe butt welding method, and point out with the construction process to promote the displacement of pile top level increases gradually, applying finished until the fifth inner supporting, the maximum value is not at the top of the pile, but with the further excavation, pile position began to move down the maximum horizontal displacement.

deep water foundation pit, steel pipe pile, monitoring, weld

2014-11-27

张红雨(1982- )，男，工程师

1009-6825(2015)04-0068-02

TU463

A