海域大型钢板桩围堰基坑开挖实践

邓 前 锋

(上海市基础工程集团有限公司，上海 200002)

1 概述

1.1 工程概况

三门核电一期工程排水口结构采用双层钢板桩内填芯土的围堰型式，围堰形成后在内侧施工水泥土搅拌桩，形成围堰基坑的基本围护体系，然后进行基坑开挖，施工排水口底板及扶壁挡墙。排水口呈喇叭口状，出口段宽67 m，末端宽171 m，整个围堰东西向长168 m，中心线周长约535.4 m。从排水箱涵端口至喇叭口纵向延长152 m。

围堰形式为双排钢板桩内填芯土筑成。钢板桩采用拉森WRU26型，围堰宽度为10 m，周长535.4 m。外排钢板桩顶标高为+6.0 m，最大桩长28.5 m；内排钢板桩顶标高为+3.0 m，最大桩长为25.5 m。钢拉杆采用φ40 mm Q345圆钢对拉，间距2.6 m，围檩采用32b型槽钢双拼。围堰内侧采用格栅型水泥土搅拌桩作为基坑围护，宽度4 m～9 m。

1.2 施工工艺流程

基坑开挖由海域向岸侧分段进行基坑开挖，拟将基坑开挖分为五段，由东向西平均约24 m～36 m为一段(以两段扶壁挡墙长度为界)。为减少坑底的暴露时间，每段先开挖扶壁挡墙位置的土方，同步施工扶壁挡墙结构部分，然后由扶壁挡墙位置向基坑中央推进开挖，同步进行底板结构施工(见图1)。

1.3 环境条件

1)地质情况。

排水口西侧为基岩区，向东逐步过渡到海域，海域地貌为海涂滩地，滩地表面地形较为平坦，平均高程在-0.5 m～-1.0 m左右，退潮时露出水面。

施工涉及到的地层主要为：

①-3流泥，厚度3.5 m～6.3 m，强度低，压缩性高，该层土遍布围堰区域。

②淤泥，厚度7.85 m～17.3 m，强度低，压缩性高，该层土遍布围堰区域。

③粘土，厚度0.9 m～14.0 m，强度较低，压缩性较高，该层土分布于围堰北侧、东侧靠北1/3区域。

2)水文条件。

该海域的平均高潮位为2.41 m，平均低潮位为-1.86 m，最高高潮位为4.1 m。主导风向NW出现频率18.8%，次主导风向SE出现频率15.4%。水流速度：V=5 m/s。

本海域每天2次高低潮，每月2次大潮汛。平均高潮位为2.41 m，5%高潮位4.59 m，平均低潮位为-1.86 m，平均潮差4.25 m。受主导风向影响，本海域涌浪较大。

2 围堰基坑开挖重难点及变形

2.1 围堰基坑开挖重难点

1)基坑局部位置薄弱。围堰南侧部分整体南高北低，岩面倾向基坑内侧，对基坑开挖不利。

2)围堰变形影响因素大。本基坑呈喇叭口状，岸侧低海侧高。围堰基坑部分已变形，对变形控制要求高，开挖难度大。

3)现场作业条件差。钢板桩围堰形成后，进场道路只能先利用沿海边的临时道路，从北侧连接墙处通过，该处为基坑内表层土①-4流泥层，承载力较低(35 kPa)。

本基坑三面环海，长度方向上从岸侧向海域延伸超过150 m。基坑的北侧面主要受海浪的冲刷和掏蚀；东侧段为迎浪面，受海浪的冲击较大；南侧段为背浪面，受海浪影响较小。

2.2 围堰变形

通过数值模拟分析及现场统计，围堰变形主要包括以下几方面：

1)围堰钢板桩之间的回填芯土开挖时产生土体沉降达54 cm，可能导致围堰渗漏。

2)围堰整体产生向基坑内的变形，在由东向西的开挖过程中，北、东、南侧的钢板桩变形逐渐增大，最大达到105 cm。

3)在一段扶壁挡墙基础开挖好后，该段对应扶壁挡墙向坑内变形量最大；再进行下一段土方开挖时，前段扶壁挡墙的变形也会增加，但增加速率逐渐减小。

4)围堰每边最大变形的位置均位于中部，两端位移很小。双排钢板桩围堰变形具有明显的三维空间效应。针对长边中点区域，应重点加强结构的整体性。

5)影响钢板变形的水文条件中，波浪力影响最大，其次为动水流力，最后为静水流力。在海域施工，围堰基坑开挖宜避开涨潮和大风浪天气，在落潮和小潮汛期间下进行施工。

3 基坑开挖流程

由海域向岸侧、由两边向中间进行基坑开挖。为减少坑底的暴露时间，基坑应分层分段开挖[1]，拟将基坑开挖分为五段，平均每段在30 m左右，以扶壁挡墙为界。每段开挖完成后，首先开挖扶壁挡墙，然后向中间开挖排水口底板。其中最后一段的北侧扶壁挡墙位置为基坑施工的临时通道，该段扶壁挡墙需待基坑内其他所有结构完成后才能施工。

在每段开挖时分区开挖，按30 m～40 m为一个区域。由于挖土厚度较大，开挖时分层开挖，按3 m～4 m为一层，基坑开挖顺序如图2所示。

4 实施效果

基坑开挖施工阶段最大的变形位置在围堰的中段，下面就以南侧中段的监测数据来归结实施的效果。

围堰南侧中段区域的S5扶壁挡墙相对围堰的位置以及对应的深搅桩挡土墙内测斜孔CX2-6的位置情况如图3所示。S4～S7区域钢板桩处均设置了锚索及嵌岩桩。

由测斜孔位移变形可见，采用了锚索以及嵌岩桩锁脚的挡土墙位移变化很小，待扶壁挡墙上部结构施工完成后，墙顶最大变形小于4 mm。S5扶壁挡墙结构完成后对S6进行开挖，开挖至坑底时，挡土墙变形略有增加，最大变形如图4所示接近10 mm；而S6扶壁挡墙施工期间，挡土墙的变形基本保持稳定，甚至略有减少，在后续几个月中基本保持不变。

从测斜孔不同深度的变形情况来看，最大变形位置位于测斜孔顶部(如图5所示)。在基岩层以上，挡土墙的位移随深度增大略有减小。参考地质勘察报告上ZK59(距离CX2-6测斜孔约20 m)的剖面图，该钻孔显示在基岩层上均为软弱土。由于测斜孔进入基岩后可认为底端为固定点，因此整个挡土墙在基岩层以上为主要变形区，且其变形沿深度近似线性变化。

5 结语

本文对海域工况软弱土地质条件下大型双排钢板桩围堰的基坑开挖从以下几个方面进行总结：

1)海域双排钢板桩围堰，主要影响因素是水流荷载的作用，随着水位的增大，钢板桩的变形也随之增大。在高潮及大风浪荷载作用下外侧钢板桩的变形最大。在海域施工，受潮涨潮落因素影响，建议在落潮和低水位下进行施工。2)围堰的变形具有整体的三维空间和时空效应。采用分段分层开挖方式，对已施工好的区域及时回填，能有效的减缓和控制围堰的变形。3)尤其受地层变化的影响较大，要针对局部或个别位置设计专项应对技术措施。4)由于海域钢板桩围堰体型较大，在施工过程中应对围堰进行全方位、全过程监测；及时获取围堰变形数据，与理论进行对比分析，及时采取相应措施。