钢板桩与旋喷桩组合支护在广州市荔湾区西郊水闸、泵站重建工程深基坑开挖中的应用

郑汉森

(福建省水利水电工程局有限公司 泉州 362000)

1 工程概况

广州市荔湾区西郊水闸、泵站重建工程位于广州市荔湾区西郊大坦沙岛。工程主要建筑物为Ⅰ等1级，地震设防裂度为7度。设计防洪标准为200年一遇，排涝标准为20年一遇，24小时暴雨1天排干不成灾。主要建筑物包括水闸、泵站、管理房、厂内绿化景观及道路等。

水闸、泵站基坑平面为长方形，面积为508.69m2(长30.1m，宽16.9m)，开挖最大深度为9.29m(高程4.00～－5.29m)。基础均采用φ550水泥搅拌桩，间距1.2m×1.2m(部分间距为1.5m×1.5m)。

2 工程地质和工程水文条件

根据钻孔揭露，泵站、闸址地基的地层详见比较有代表性的孔位ZK3钻孔柱状图。

工程地点位于广州市珠三角洲，属南方丰水地区，受径流、潮汐共同影响，地下水的主要补给来源为河水，地下水潜水面随涨退潮而升降。施工地段为河床，且地下水位较高，并与下游侧的珠江有一定的水力联系，基坑开挖过程中，极易产生地下水的突涌和基坑管涌等不良现象。工程所在地气候属亚热带季风性气候，雨量集中充沛，集中于4～9月。

ZK3钻孔柱状图

3 问题的提出

公司按照设计边坡1∶1进行基坑土方第一层(高程为4.0～1.0m)开挖后，发现左岸公路路基下沉并开裂，裂缝宽度最大达到15cm，周边民房也多处出现墙体裂缝，公司立即停止开挖并在坡脚处施打两排钢板桩，另外采取削坡卸载的措施后，周边建筑物处于稳定状态。

现场开挖出来的土质情况与地质资料基本相符。为进一步探明高程1.0m以下的地质和地下水状况，公司在基坑的不同位置用挖掘机小面积开挖了两个坑洞进行勘探，深度为2m，发现该地层为含淤泥质、流动性较大的粉细砂层，坑底土隆起，底面不断有水泡冒出，为流砂、管涌。如果继续放坡开挖，无法保证边坡及周边建筑物的安全和稳定。而且左右岸均无放坡位置，左岸道路及整排民房，还有右岸的高压线电杆全部都要拆迁，费用大、工期紧、征地工作相当困难。加上汛期在即，工期又不能拖延，建设单位要求在原征地红线图范围内采取有效支护方式确保按期完成水闸、泵站全部施工任务。

4 基坑支护方案的选择

基坑支护设计的实质是变形控制设计，目的是控制基坑开挖影响范围内边坡土体的变形。另外还要考虑基坑地下水位高，采取有效的止水措施对周边土体地下水进行封闭以利地下工程的施工。支护方案选择的原则是技术上合理、可行，经济上可接受，工期上能满足要求。

据以往经验，基坑支护通常采用灌注桩、深层水泥搅拌桩、地下连续墙、板桩等支护形式，由于深层水泥搅拌桩不适用于粉细砂层，灌注桩、地下连续墙施工期较长，均不予以考虑。

本基坑支护方案在综合考虑了各种因素后，选用钢板桩和高压旋喷桩进行联合支护。根据广州市水利水电勘测设计研究院设计的西郊水闸、泵站基坑支护施工图，基坑四周均采用高压旋喷桩进行封闭式止水，基坑左右岸支护采用钢板桩，上下游侧止水旋喷桩兼作挡土结构。具体设计支护结构如下:

a.钢板桩采用拉森Ⅳ型，长度12m(高程1.0～－11.0m)，在钢板桩上采用φ600×12(Q235)钢管支撑，腰梁用HM309×300×10×16型钢。

b.基坑四周旋喷桩桩长均为22m(高程1.0～－21.0m)，桩径600mm，水灰比为1∶1，单行密排，桩间距450mm，相邻桩间搭接咬合150mm。水泥均采用P.O32.5R普通硅酸盐水泥。

该方案具有施工速度快、安全性高、造价合理的特点，经过专家组的论证评审认为是可行的。

5 钢板桩及钢结构内支撑的施工

根据工程进度计划安排，从支护到水下工程完成只有30天时间，为了给钢筋混凝土底板腾出施工时间来，公司只能用7天时间来进行基坑支护，钢板桩施工时间为4天。

5.1 钢板桩的施工

钢板桩用挖掘机带振动锤(60kW)施打，采用“单独打入法”，从板桩墙的一角开始逐根打入，直至打桩工程结束。钢板桩的垂直度偏差不得大于0.5%，桩顶标高允许误差为±100mm。对锈蚀严重的钢板桩，应整修矫正。为便于基础施工，在地下结构边缘以外留有宽为2m的支、拆模操作面。

5.2 型钢腰梁、支撑的施工

钢板桩施打完成后，在基坑两侧支护墙上定出围檩轴线及高程，施焊围檩短向水平支撑，安装一道连续的工字钢围檩并焊接牢固，围檩与支护墙间的空隙处用混凝土填充。围檩完成后，沿水流方向每隔5.0～7.0m进行左右岸对撑钢管施工(共4根)，钢管端头设置厚度8mm的钢板作封头端板，端板与支撑杆件满焊。吊装采用50t履带吊进行吊装，钢结构运输均采用汽车运输。

5.3 钢板桩、型钢腰梁、支撑的拆除

在底板钢筋混凝土完成、墙体上升到一定高程并回填土后，即可进行型钢腰梁、支撑、钢板桩拆除工作，仍然采用50t履带吊吊住钢构件，用气割进行拆除，最后用振动锤将钢板桩逐根拔起，拔桩时边拔边灌砂。拔桩轴线允许偏差为±100mm。

6 单管旋喷桩的施工

开挖面底高程1.0m以下采用单管高压旋喷桩，桩长为22m(高程1.0～－21.0m)，桩距调整为0.40m，桩共240根，实际总共成桩5280m。工期为7天。施工设计参数如下:

ⓐ喷浆压力:不小于20MPa;

ⓑ 水灰比:1∶1;

ⓒ喷嘴输浆量:50L/min(单嘴喷);

ⓓ提升速度:不大于10cm/min;

ⓔ垂直度偏差:不大于1/100;

ⓕ 渗透参数不大于1×10－6cm/s。

6.1 单管高压旋喷桩施工

本工程高压旋喷桩拟采用四台SH—30型地质钻机，分别配置一台SYB—50/50I型高压泥浆泵。旋喷桩采用单孔跳孔施工，施工过程如下:

先进行人工平整场地，挖好排水沟、集水井。钻机就位后调整桩机的平整度，使钻头垂直对准设计桩位，确保桩径的准确及成桩的垂直度。启动电机，使之钻进到设计深度，并控制好钻孔偏斜率。

高压喷射注浆的主要材料为P.O 32.5R普通硅酸盐水泥，用量250kg/m，根据需要加入适量的速凝剂等外加剂。喷射注浆由下而上，注浆管分段提升的搭接长度不得小于100mm。

6.2 高压旋喷注浆施工结束后的质量检查

根据上下游侧基坑开挖出露的桩体检查，高压旋喷注浆浆桩的平面位置，墙体垂直度、连续性、均匀性和搭接长度均符合设计要求。进行钻孔取芯、压水试验，强度、透水性均符合YSJ 210—92的规定。

7 深基坑开挖施工

基坑开挖最深处底高程为－5.29m。本工程土方开挖量约为6000m3，土方开挖工期为5天。

全断面法开挖，采用超长前臂PC—320反铲挖掘机一次性开挖到底，基础开挖自上而下进行，可利用回填土体在基坑外、征地线范围内做暂时堆放，余土由15t自卸汽车运至堆放点。开挖前利用ZL—50装载机装运人工杂填土层的砖块、碎石进行路面硬化处理，并做好基坑外的截水沟，将表面径流水引向基坑外，防止地面的雨水流入基坑内，基坑排水利用水泵将集水井中的渗水抽排。施工过程中随时观测边坡情况，遇到埋于地下的各种管、线，及时采取了保护处理措施。

8 深基坑监测成果分析

为了基坑工程施工的安全，必须对基坑工程全过程进行系统监测。在施工过程中，随时掌握基坑围护结构的位移、沉降、受力水平及周围建筑物的动态(沉降或倾斜)，以科学数据为依据，做到信息指导施工，防患于未然。本工程基坑监测由广东省地震工程勘测中心承担，基坑施工监测成果如下:

a.基坑水平位移观测5个水平位移标志，监测结果水平位移最大值为26.3mm，累计位移量最大值为52.6mm，P5点(钢板桩端头)位移量略超出设计报警值4mm/天和40mm，其余各点均未超出报警值。

b.基坑顶部沉降观测5个沉降点，监测结果桩顶沉降最大沉降速率为－1.15mm/天，累计沉降量最大值为－11.15mm，各点均未超出设计报警值3mm/天和25mm。

c.基坑周边沉降观测20个沉降点，监测结果周边沉降最大沉降速率为－2.37mm/天，累计沉降量最大值－21.01mm，各点均未超出设计报警值 3mm/天和25mm。

d.基坑测斜4个倾斜方向，监测结果基坑最大位移速率为3.2mm/天，累计位移量最大值为25.1mm，各点均未超出设计报警值4mm/天和40mm。

e.水位观测3个孔，监测结果最大变化速率为－0.33m/天，累计变化量最大值为－1.32m，各点均未超出设计报警值0.5m/天和1.5m。

监测结果表明，支护桩的水平位移量及沉降量基本上在监控指标范围内，基坑周边的建筑物下沉量较小，地下水位以及倾斜率始终未变，基坑及周边环境处于相对安全、稳定状态。说明支护体系的设计是成功的，施工是顺利的。

9 施工中应注意的问题和采取的措施

a.尽管12m钢板桩打下去，桩底仍处于含淤泥质的粉细砂层当中，本工程中利用已施工完成并达到强度的主体结构φ550水泥搅拌桩基础来提高被动区的土压力。在软土地区可考虑对基坑底沿钢板桩周边用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少支护结构的变形。

b.本工程中钢板桩内支撑只在桩顶位置设置一层钢管支撑(共4根)，在开挖过程中视开挖情况内支撑可以在不同的高度增设几层。内支撑可在基坑开挖至标高，跟着逐根加设焊接，以确保基坑的安全。

c.旋喷桩应在钢板桩施工之后方可进行，以防止钢板桩施工时旋喷桩结构遭到破坏。本工程中由于地层复杂，对旋喷桩间距进行了加密，桩距由0.45m调整为0.40m，确保桩间咬合良好，形成止水帷幕。根据需要还可采用双排桩错位排列，可增加支护能力和止水效果。

d.基坑的开挖、回填应连续、紧凑，基坑开挖后不宜长时间暴露，应及时进行水下工程的施工。本工程中从基坑开挖完成到钢筋混凝土底板浇筑只用了5天时间，因此，金结、机电设备、电气、水机、土压计、渗压计等预埋要及时，准备工作要充分。

e.基坑开挖前做好边坡平台的硬化和坡角处的排水沟，防止地表水流入基坑内或渗入土体造成地面下沉开裂。本工程在施工期间有一处边坡平台因暴雨积水，土体含水量增大，地面出现下沉开裂，公司及时采取了用砂袋回填并用彩条布进行遮盖的措施以加强表面排水。

f.本工程土方机械开挖受水平钢管支撑(共4根)的影响，采用一次性全断面开挖的方法，造成个别点基坑水平位移值略超出报警值的情况，经采取加固措施后得以消除。对直立的边坡，施工中必须控制开挖面的长度与深度，尽量分层分段开挖并支护。

g.基坑开挖后钢板桩侧壁出现两三处渗漏水，均用袋装混凝土进行了封堵，水量大的用插管导流。若基坑地下水量大，可考虑采用井点深层降水等措施，以满足基础施工对降水排水的要求。

10 结语

a.在钢板桩与旋喷桩联合支护施工中，采取了调整钢板桩和旋喷桩的施工顺序、加密旋喷桩咬合间距等综合技术措施。整个施工过程中经历过多场暴雨的考验，基坑整体支护工况完好，确保了水下工程施工顺利进行，达到了预期的支护效果。

b.钢板桩施工简单而应用广泛。但钢板桩的施工以及在地下工程施工结束后拔出时，可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制。而且钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于7m时，不宜采用。

c.钢板桩与旋喷桩联合支护方式对地质条件差、含水层水量丰富且存在流砂、管涌现象的深基坑开挖工程具有实用性，在赶工期以及抢险工程中适用，同时在沿海地区水下工程和地下室工程中同样适用。但毕竟造价较高，在选择时要慎重考虑。

1 中华人民共和国建设部，等.建筑地基基础设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

2 中华人民共和国建设部.建筑地基处理技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

3 中华人民共和国建设部，等.建筑基坑支护技术规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

4 中华人民共和国建设部.钢结构设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

5 中华人民共和国建设部.钢结构工程施工质量验收规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2001.