急流松软地质条件下深基坑开挖技术

　　摘要：以马来西亚美里二期供水项目为基础，介绍了急流松软地质条件下钢板桩插打、深基坑开挖施工特点和主要技术性能指标，并对关键技术控制进行分析，有效解决了松软地质条件下，钢板桩施工、深基坑开挖技术及存在问题的预防及解决措施。

　　关键词：急流;松软地质;钢板桩围堰;深基坑开挖;

　　目前国内外钢板桩型围堰发展迅速，特别是在取水口、进水口、码头、船坞、人工岛等工程中应用较多，经验相对比较成熟。但河道区急流中钢板桩施工及钢板桩松软地质下深基开挖在国内尚无使用先例。国内的钢板桩围堰使用主要应用于桥墩和房建等深基坑的使用，桥墩施工用围堰主要是钢板桩围堰外侧挡水，房建等深基坑钢板桩是利用锚索受力挡土，其受力条件与河道急流中钢板桩挡水围堰有较大的区别[2]。对于马来西亚美里二期供水项目，Baram取水口河床位于水下10 m左右，钢板桩内取水口开挖深度将超过10 m, 钢板桩设计深度达到27 m, Baram取水口区域表层3 m地质以沼泽为主，深层地质以泥沙为主，地质中未见岩石。取水口及泵房建筑物底板混凝土下采用ϕ350 mm预制圆桩作为取水口及泵房建筑物受力基础，预制圆桩设计深度36 m。

　　1 工程概况

　　马来西亚美里二期供水项目是由沙捞越政府水务局(简称JBALB)投建的一条约16 km的供水管道项目，该项目的主要背景是将Baram河的河水运输至Bakong储水站然后连接至美里水厂(简称LAKU)净化后输送至美里市区，以满足美里市区及周边地区到2030年的供水需求。其中包含直径1.6 m的主管道和直径1.2 m的河底沉管组成总计约16 km的管道和路面检修通道，15台套水泵及相关设备安装工作。其中机电设备所需电力从马鲁迪城镇275 kV变水工建筑物由一条约16 km的33 kV预埋输电电缆连接至Bakong进水口变水工建筑物，从Bakong进水口变水工建筑物降压至11 kV后，由2条约17 m的预埋输电电缆输送至Baram取水口以满足电力需求。

　　由于Baram取水口深入河中15 m,建筑物基础地面下约10 m,开挖深度约11 m,建筑物深入河中区域平均水深6 m,最大水深10 m,且水流湍急。河中钢板桩定位施工难度很大；水中施工平台很难稳定很难建立；钢板桩施工期间焊接及质量控制很难。进水口及泵房施工段钢板桩围堰设计深度为27 m,围堰施工区河床最大水深超过10 m,围堰地质以泥沙为主，地质中未见岩石，围堰区域地质条件复杂，围堰区域地质2～3 m是沼泽地。围堰在施工和运行期间可能受到雨季涨水冲刷的影响，综合水深较大和运行期间抗冲刷工况需要，因此，采用拉森钢板桩围堰挡水可大大减少围堰体积且能抗雨季涨水冲刷，并保证足够的抗渗稳定性。

　　2 钢板桩及取水口深基坑开挖施工工艺

　　2.1 钢板桩及取水口深基坑开挖施工工艺流程

　　施工准备—测量定位—导向桩制作—钢板桩焊接—打钢板桩—开挖第1层土方—第1道钢板桩内支撑—预制混凝土圆桩及预制混凝土板桩施工—开挖第2层土方并砍掉预制混凝土圆桩—第2道钢板桩内支撑—开挖第3层土方并砍掉预制混凝土圆桩—第3道钢板桩内支撑—开挖第4层土方并砍掉预制混凝土圆桩—第4道钢板桩内支撑—开挖第5层土方并砍掉预制混凝土圆桩—进水口底板钢筋板扎，模板安装，混凝土浇筑—混凝土边墙浇筑—部分钢板桩拆除—进水口闸门安装完成后—剩余钢板桩拆除。

　　2.2 钢板桩施工工艺

　　首先进行钢板桩检查、丈量、分类、编号。两侧锁口做通过试验，采用钢板桩插打拔出方法，当锁口通不过或桩身弯曲、扭曲、死弯等缺陷，均需加以整修。其次振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门检查，确保线路畅通，功能正常。振动锤采用DZ-90型振动打桩锤振动锤，使用电压要达到 380～420 V,夹板牙齿不能有太多磨损。定位桩与导向框的安装：定位桩可采用钢板桩定位，导向框采用H型钢制作，定位桩作为整个围堰施工的基准桩，施工时必须严格控制定位的精确性，打设定位桩时，在岸上用经纬仪同步检测，同时水平尺检查定位桩的垂直度，随时纠偏。定位桩打入完毕后，即可安放导向框，导向框作用在于插打钢板桩是起导向及内部立体支撑作用，导向框直接承受钢板桩传来的土压力、水压力。导向框设内导向框和外导向框。为方便钢板桩插打，内外导向框间距比钢板桩有效厚度大8～10 cm。导向框在岸边拼装制作完毕后转运到现场安装。钢板桩插打前在锁口内涂黄油、填塞锯末等混合物用来止水；并在插打连接的另一侧锁口底部焊好堵头板，防止锁口内止水材料被挤走，造成钢板桩围堰漏水；在桩头处加焊钢板，以保护钢板桩头部。组拼钢板桩，为加快插打速度，除定位钢板桩外，组拼时3块钢板桩为一组，用油灰和棉花捻缝，以防漏水。

　　2.3 取水口深基坑开挖工艺

　　基本参数：取水口深基坑土方开挖尺寸40 m×36.1 m,开挖深度约10.2 m,开挖方量约14 440 m3。地层揭露主要为沼泽，黏土、中砂等。投入小松PC360挖掘机1台，CAT325L(18 m加长臂)挖掘机2台，小松PC-120挖掘机2台，8寸抽水泵3台(1台备用)。第一阶段：采用开槽法开挖到设计标高，方向从中间向两侧开挖，开挖深度2 m,单层一次性开挖完毕。挖掘机置于钢围堰基坑外侧2 m处，由长臂挖掘机开挖远处土方，短臂挖掘机开挖近处土方，小松PC360挖机布置于顺水流方向，3台挖机从不同方向出土，同时开挖好基坑四周水沟。第二阶段：等第1层内部支撑施工完毕后在开始预制混凝土圆桩及预制混凝土板桩打桩工作，打桩完成后，开挖第2层土方。从高程3 m开挖至高程1 m,开挖深度为2 m;分2层开挖，第1层开挖深度为1 m,第2层开挖深度为1 m,设备布置位置同第一阶段相同，远处由长臂挖掘机进行开挖。第三阶段：等第2层内部支撑施工完毕后在开挖第3层土方并砍预制混凝土圆桩。从高程1 m开挖至高程-1 m,开挖深度为2 m;分2层开挖，第1层开挖深度为1 m,第2层开挖深度为1 m,顺水流布置长臂挖掘机2台，基坑内四周采用小松PC-120挖掘开挖土方至长臂料斗内，长臂挖机起吊至渣土倒运车内。第四阶段：等第3层内部支撑施工完毕后在开挖第3层土方并砍预制混凝土圆桩。从高程-1 m开挖至高程-3 m,开挖深度为2 m;分2层开挖，第1层开挖深度为1 m,第2层开挖深度为1 m,顺水流布置长臂挖掘机2台，基坑内四周采用小松PC-120挖掘开挖土方至长臂料斗内，长臂挖机起吊至渣土倒运车内。第五阶段：等第4层内部支撑施工完毕后在开挖第4层土方并砍预制混凝土圆桩。从高程-3 m开挖至高程-4.3 m,开挖深度为1.3 m;分2层开挖，第1层开挖深度为0.8 m,第2层开挖深度为0.5 m,顺水流布置长臂挖掘机2台，基坑内四周采用小松PC-120挖掘开挖土方至长臂料斗内，长臂挖机起吊至渣土倒运车内。

　　2.4 钢板桩围堰设计与钢板桩围堰止水

　　钢板桩采用有限元分析法进行钢板桩设计，地质勘测分析，深度每5 m分析地质数据一次。临时钢板桩有限元分析及确定：将建筑物开挖深度、地质抗剪强度、河水深度，最大洪水位及外界荷载压力等输入PLAXIS软件，并利用PLAXIS软件进行支撑有限元分析计算，依此确定钢板桩设计深度。钢板桩拐角及锁口接头能否牢固是钢板桩施工中的一个难题。同时也是钢板桩围堰止水的关键因素。所以，拼制角桩时，将1块钢板桩纵向割开，中间用角钢或钢板满焊接、铆接或螺栓连接成角桩，打入钢板桩前，锁口必须涂上黄油、罐粉等混合料(重量混合比为沥青、黄油、滑石粉、锯末4∶6∶10∶1),以防止钢板桩漏水。如果从钢板桩锁扣处发现漏水，可使用板条、棉毛、麻毛等塞入锁口内侧，或将煤灰、锯末扔进漏水处外的水中，使其流入缝隙从而完成封堵。

　　2.5 钢板桩变形及深基坑开挖安全措施

　　防基坑坍塌滑坡安全措施：严格按设计文件和技术交底施工、严格控制基坑开挖坡度。如果遇到特殊情况，需要基坑停工较长时间，应在平台、基坑边和坡脚设置排水明沟和积水坑，并派专人抽水值班，并对基坑边坡面进行喷射素混凝土保护。在进度允许的条件下尽量采用少开工作面的形式，避免暴露太多的基坑工作面。 坡顶严禁堆积荷载，基坑四周设置砖砌或混凝土排水沟；分层开挖，层间设台阶，每层开挖边坡坡率根据地质情况按规定放坡，必要时坡面喷射混凝土保证稳定。防支护桩侧向位移安全措施：基坑开挖过程中，边开挖边架设钢支撑，支撑连接处要可靠，每层开挖深度不超过设计深度，确保支撑体系稳定。施工时严格控制钢支撑各支点的竖向标高及横向位置，确保钢支撑轴力方向与轴线方向一致。在基坑开挖期间要加强对支撑的观察、每班要有专人巡察、当支撑轴力超过警戒值时，立即停止开挖，分析原因，制定对策。开挖期间加强监测频率，对监测报表中的数据要进行认真的分析。支撑施工要严格按设计要求架设。对支撑材料要严格把关，杜绝使用有缺陷的支撑材料。防基坑坑底隆起安全措施：基坑开挖过程中加强基底隆起监测，对监测报表中的数据要进行认真的分析。地基加固，周边设降水井降水等措施严格按设计要求施工。基坑周边防止过多的超载。开挖前对围护质量摸底、祥查，对可能会发生渗漏的部位进行注浆封堵处理。防涌砂涌水安全措施：开挖过程中对围护结构桩间等薄弱部位设专人监视。若发现出现少量渗漏，应及时处理，先堵漏后开挖，防止渗漏点扩大。加强量控监测、对量测数据进行审查对比，密切关注围桩的变形情况。监测信息围护结构变形超过允许范围时，必须立即加密支撑，防止变形进一步扩大，遇薄弱环节错位开裂，出现渗水通道时，及时处理。

　　2.6 混凝土的浇注

　　由于深基坑基础开挖后相对较软，以防止钢板桩在泵送后向内滑动，并防止泵送后底板提升，因此必须进行水下混凝土封底，并进行底板混凝土浇筑。混凝土采用空气泵直接由端浇筑到相对端。取水口建筑物底板防水混凝土分层浇筑。每层浇筑厚度限制在30 cm之内，而上层混凝土则采用振捣器浇筑更加密实。上层钢筋必须在下层钢筋第一次凝固以前完成。混凝土浇筑平台建立在圈柱的底层内基础上，用以确定混凝土施工过程中的表面平面。高度要按设计标高，及时联系实验室控制混凝土侵入。当混凝土浇筑基本完成时，必须进行浇筑混凝土高度测量，以保证混凝土表面的高度满足设计要求。由于浇筑封底底板时，混凝土表面不能满足相对平坦表面的要求，混凝土浇筑时，开挖基础松软、泥泞，故首先需要进行垫层混凝土浇筑，垫层混凝土浇筑高程10 cm,垫层浇筑完成后进行建筑物基础圆桩桩头处理，桩头与结构封底混凝土 连接，连接完成后进行取水口结构底板 钢筋绑扎，模板安装、验收合格后进行底板封底混凝土浇筑，浇筑完成后注意养护，及时养护。

　　2.7 钢板桩围堰的拆除

　　Baram取水口底板浇筑完成后即可进行最底层钢板桩支撑拆除，边墙混凝土浇筑按照施工规范进行高程分仓浇筑，每施工完一仓后进行下一道支撑拆除，以此类推，待混凝土边墙施工完成后，即可进行河流区域外侧钢板桩拆除。待闸门安装完成后即可进行河流区域钢板桩拆除。拔出的钢板桩应清刷干净、修整、涂刷防锈油。在运输堆放时，不得碰撞，防止弯曲变形，堆放场地应坚实平整，堆放时应按板桩类型、长度分别编号、登记、堆放整齐。钢板桩的拆卸方式：先用打桩设备和拔桩机夹住钢板的桩头，振捣1～2 min,使钢板桩附近的土层疏松，形成土壤“液化”,从而减少土对桩的摩擦阻力，然后再缓慢每点和拔出。拔桩时要考虑桩机的重量。如很困难或根本不能拔出，就停止拔桩，先向下一点，再重新拔出，如此操作，桩才能反复拔出。

　　3 结束语

　　急流松软地质条件下深基坑开挖技术具有施工工艺简便、安全系数高、可控性强等优点；钢板桩围堰运行期间更加安全，深基坑开挖步骤及施工工艺控制能够有效防止钢板桩的变形，从而使人员受伤的安全风险大幅降低，尤其是对开挖底部封底混凝土浇筑期间，钢板桩外侧混凝土运输车辆的摆放，基坑内人员的操作及基坑内封底混凝土的浇筑的安全系数大大提高。所以，急流松软地质条件下深基坑开挖技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。能明显减少施工时间，合理管理和节省建造成本费用，在工程造价方面也有着突出优势。