張 紅 雨

(遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四0二隊,遼寧 鞍山 114000)

某深水基坑施工與監(jiān)測技術(shù)研究

張 紅 雨

(遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四0二隊,遼寧 鞍山 114000)

以某深水基坑施工及監(jiān)測為研究對象，通過對深水基坑工程的具體分析和現(xiàn)場監(jiān)測信息反饋進行研究，設(shè)計出了鋼板樁與鋼管樁結(jié)合的圍堰方案，針對該方案提出了管樁與管樁對焊、拉森樁與管樁對焊和型鋼與管樁對焊方法,指出隨著施工工序推進樁頂水平位移逐漸增大，直至第五道內(nèi)支撐施加完畢，最大值并不是在樁頂，而是隨著開挖繼續(xù)深入，樁體最大水平位移位置開始下移。

深水基坑，鋼管樁，監(jiān)測，焊接

1 概述

隨著科學技術(shù)發(fā)展,基坑圍護技術(shù)也不斷改進創(chuàng)新,圍護技術(shù)要求越來越高，效果也越來越好。目前基坑圍護手段多種多樣,但都受到技術(shù)、工程條件、經(jīng)濟成本等因素不同程度的制約[1,2]。選取哪一種或者聯(lián)合幾種圍護方案會更加高效、節(jié)約是需要關(guān)注的問題，本研究結(jié)合某深水基坑支護施工及現(xiàn)場監(jiān)測信息反饋，對基坑內(nèi)撐設(shè)計、圍護加固設(shè)計以及構(gòu)件之間焊接技術(shù)進行研究，得出了一些有意義的結(jié)論，可為類似工程提供借鑒。

2 工程概況

某客運專線設(shè)計時速為350 km/h，該客運專線一特大橋跨越三岔河段，橋跨兩孔面寬度為65 m。三岔河枯水期時河寬可達到230 m，水深最大為6 m。橋墩采用圓端形橋墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，其中480號、481號墩均在水中。局部沖刷線與各項安全主通航指標要求，480號、481號主墩需由河面高程垂直下挖17 m～19 m深，屬于超深基坑開挖。墩臺設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 墩臺設(shè)計參數(shù) m

3 鋼管樁與鋼板樁結(jié)合支護

3.1 內(nèi)撐設(shè)計

通過理論計算鋼管樁采用直徑630 mm，拉森樁采用575 mm。480號基坑采用長24 m,481號基坑采用長21 m，壁厚10 mm的鋼管樁加拉森樁支護，φ630 mm管樁上兩邊焊接拉森樁，將全部管樁連接在一起，通過拉森樁來止水。根據(jù)開挖深度自上而下，鋼管樁內(nèi)側(cè)設(shè)置五道支撐體系，第一道支撐設(shè)在樁頂向下2 m，第2道～第5道支撐由上到下分配，分別為3 m,3 m,2.5 m,2.5 m,3.5 m(封底混凝土為2.0 m)，見圖1。采用H40型鋼作為鋼管樁內(nèi)側(cè)圍檁，第一道內(nèi)支撐、第二道內(nèi)支撐和第三道內(nèi)支撐的鋼管采用規(guī)格為φ630 mm×10 mm的Q235A鋼管，第四道內(nèi)支撐和第五道內(nèi)支撐采用φ630 mm×12 mm的無縫鋼管。為了增強內(nèi)支撐與拉森樁之間的穩(wěn)固性，采用內(nèi)支撐兩端增加型鋼斜撐的方法進行設(shè)置，其中斜撐采用40工字鋼，針對于易應力集中和扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的轉(zhuǎn)角處的斜撐采用H40型鋼進行加固，并采用貼焊鋼管的方法進行強化加固。

3.2 加固設(shè)計

采用單根長度為24 m和21 m的鋼管樁，鋼管樁打設(shè)寬度比承臺最大結(jié)構(gòu)尺寸每邊寬至少1.5 m，根據(jù)鋼管樁單根寬度和底承臺最大截面尺寸18.6 m×14.6 m，鋼管樁打設(shè)寬度分別為21.6 m和17.6 m，每邊寬1.5 m，鋼管樁需露出正常水位1 m，以阻擋受潮水影響，河水流向基坑內(nèi)。鋼管樁內(nèi)部設(shè)五道圍檁，圍檁及加固圖如圖2所示。

3.3 鋼管樁、鋼板樁焊接施工

1)φ630管樁的對焊。

接口處先電焊滿焊，焊縫高度10 mm，然后在接頭處焊4塊加強鋼板，尺寸為25 cm×25 cm×1.4 cm，厚度δ=14 mm。

2)575拉森樁與φ630管樁連接焊。

575拉森樁與φ630管樁連接采用雙面全長滿焊，再在拉森樁與鋼管樁上每80 cm一道采用15 cm×15 cm×1.4 cm鋼板進行加強焊。

3)H40型鋼與φ630管樁的焊接。

H40型鋼的對焊。接口處，先進行滿焊，焊縫高度11 mm；再在H鋼兩側(cè)焊加強鋼板，厚度δ=14 mm；拉森樁與鋼管樁的焊接，雙面滿焊，焊縫高度10 mm。

4 監(jiān)測方法及分析

4.1 具體監(jiān)測方式

將水平位移觀測點布置于基坑頂橫梁上，剛建立監(jiān)測點時即為初始讀數(shù)，檢測頻率為2次/d。在承臺基坑四周距基坑1 m～2 m處各布置一個沉降、位移觀測點，剛建立監(jiān)測點時即為初始讀數(shù)，檢測頻率為2次/d。支護結(jié)構(gòu)的最大水平位移已接近或超過設(shè)計值，或水平位移速率已連續(xù)3 d大于3 mm/d。

基于樁頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在沒有設(shè)置第一道內(nèi)支撐之前，基坑開挖時所導致的最大水平位移在樁頂，隨著開挖深度逐漸增加，樁身最大水平位移的位置開始向下移動。設(shè)置第一道內(nèi)支撐之前，作用在鋼管上的側(cè)向土壓力向樁下移動，當作用在鋼管樁的主、被動土壓力達到平衡時設(shè)置第一道支撐。即：土壓平衡時，設(shè)置第一道支撐，此時的第一道支撐不起作用，因為水平支撐壓力為零。繼續(xù)向下開挖，開始設(shè)置第二道內(nèi)支撐，設(shè)置第二道內(nèi)支撐前，由第一道支撐承受土壓力。此時第二道支撐并沒有承受土壓力，或者剛剛開始承受土壓力，只有繼續(xù)向下開挖，第二道內(nèi)支撐所承受的土壓力才逐漸增大，同時第一道內(nèi)支撐土壓力將有所分擔。如此向下開挖，直至第五道內(nèi)支撐設(shè)置完畢為止。內(nèi)支撐水平位移在10 mm～30 mm范圍內(nèi)，各個內(nèi)支撐軸力均在容許值范圍之內(nèi)，表明該組合支護結(jié)構(gòu)滿足要求。

4.2 監(jiān)測分析

為了按照施工步驟對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，可將深水基坑開挖關(guān)鍵工序分解如下：工序1:挖掉第一層，施工第一道內(nèi)支撐；工序2:挖掉第二層，施工第二道內(nèi)支撐；工序3:挖掉第三層，施工第三道內(nèi)支撐；工序4:挖掉第四層，施工第四道內(nèi)支撐；工序5:挖掉第五層，施工第五道內(nèi)支撐；提取這五種工況下樁頂水平位移對比分析，如圖3所示。

如圖3所示，實測監(jiān)測數(shù)據(jù)樁頂水平位移隨著開挖深度增加，累計位移逐漸增大。曲線趨勢較為平緩，比較客觀的表現(xiàn)了樁頂水平位移的變化規(guī)律，即隨著施工工序推進樁頂水平位移逐漸增大，直至第五道內(nèi)支撐施加完畢。圍護樁結(jié)構(gòu)水平位移均在30 mm以內(nèi)，內(nèi)支撐彎曲正應力均在容許值范圍以內(nèi)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。隨著施工工序推進，樁頂水平位移逐漸增大，直至第五道內(nèi)支撐施加完畢，隨著開挖繼續(xù)深入，樁體最大水平位移位置開始下移。若將數(shù)據(jù)按照時間的推移進行繪制變形曲線，則第五道工序施工完畢后曲線隨著時間的推移趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語

通過對深水基坑工程進行具體分析和現(xiàn)場監(jiān)測信息反饋進行研究，得出如下結(jié)論：

1)經(jīng)過對鋼圍堰、鋼板樁圍堰進行優(yōu)缺點分析，結(jié)合工程實際設(shè)計出了鋼板樁與鋼管樁結(jié)合的圍堰方案，針對該方案提出了詳細施工方法。

2)根據(jù)具體情況，提出了具體的管樁與管樁對焊、拉森樁與管樁對焊和型鋼與管樁對焊方法。

3)通過對樁頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，隨著施工工序推進樁頂水平位移逐漸增大，直至第五道內(nèi)支撐施加完畢，最大值并不是在樁頂，而是隨著開挖繼續(xù)深入，樁體最大水平位移位置開始下移。

[1] 張淑坤，張向東，李永靖，等.深水基礎(chǔ)組合樁圍護體系設(shè)計與應急處理技術(shù)[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2014，10(7):130-134.

[2] 趙金亮.臨近隧道的深基坑施工監(jiān)測分析[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

張紅雨(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0068-02

TU463

A