软弱地基承台开挖支护

摘要：在高速铁路建设过程中，能否正确使用软基开挖支护方案，对于在软基上施工高等级道路具有十分重要的意义。文章结合高速铁路现场的实际施工情况，对施工方案进行对比研究优化，采取最为合理的施工方法，以期为高速铁路软弱地基施工提供一个可行的参考，为以后的类似的铁路桥梁施工起到指导作用。

关键词：软弱地基；承台开挖支护；高速铁路施工；铁路桥梁

中图分类号：U443 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）01-0091-03

一、概述

随着我国基本建设的发展，在软土地区建高速铁路日益增加。但在软土地基上修建各种工程结构物时，由于软土地基具有含水量大，孔隙比大，压缩性高，渗透性差，承载力低，流动性大，开挖土体不稳定的工程性质，所以软基承台开挖滑坡，坍塌现象最为显著，土体发生病害的情况随时都会发生，危害发生的概率大，延续时间也较长，相应地对软基开挖支护的研究也就成了工程中的主要问题。因此在软土地基上修建高速铁路除了要保证稳定及控制变形外，还必须限制不均匀沉降。因各方面原因引起的过大的不均匀沉降，将会严重影响上部结构的正常使用。因此，采取有效的开挖和支护方案对施工安全有着重大的意义。现有的软基开挖支护有采用C20混凝土支挡和打入钢板桩及其他类型，其中采用C20混凝土支挡的方法进行承台开挖防护方法复杂，工作量大，施工选用困难，且有待完善。以此工程中通常采用打入钢板桩法。这类方法具有施工简便、安全稳定，且造价较低，能够重复利用等优点，以下是结合现场情况对如何进行软弱地基承台开挖防护施工的一个概述。

二、工程概况

厦深高铁圭景特大桥里程DK422+390.93～ DK424+560.65，中心里程DK423+475.79，全长2169.72m，包括桩基、承台、墩台身和现浇连续梁、简支梁。承台尺寸最大为12.0m*8.1m*2.0m,最小为9.5m*7.5m*2.0m。

该桥岩溶分部广泛,根据地质勘察，岩溶发育强度属中等发育，主要岩溶形态为容隙、中小型溶洞及串珠状溶洞等。岩溶发育可使周围作为基础持力层的岩土体强度及稳定性大为降低，引起基础失效乃至上部结构破坏，土颗粒亦随地下水搬运而流失，形成土洞，当土洞发育至一定规模时，在机械振动和真空吸蚀作用下，容易引发地面塌陷。场地平原地带存在的特殊岩土-淤泥及淤泥质黏土等软土，属软弱地基土层，其分布范围广，厚度大，为冲击、海积或混合型成因，岩性以淤泥、淤泥质黏性土、黏土、粉质黏土、粉细砂、中粗砂、卵砾石为主。具有高压缩性和欠固结性、低承载力等特点，尤其是31#墩至54#墩地处农田之中，淤泥厚度达8～10m，承台开挖时极易发生边坡坍塌等现象。针对这种地质构造的特殊性，同时考虑到圭景特大桥是全线的控制性工程，时间紧迫，在承台开挖上必须选取一种可靠的、省时的、经济的方案施工。

三、方案比选

根据设计方案，该桥承台开挖防护采用C20钢筋混凝土支挡，C20混凝土22810m3，Q235钢筋410.6t，仅物资耗费就达760万元。经过认真分析地质资料，结合前期桩基施工的实际情况，混凝土支挡方案实施难度非常大，而且耗时费工，每个承台从大约需要3天时间才能达到开挖条件。另外，广东地区雨水较多，圭景特大桥工地原来是海滩，三面环山，地势低洼，根据历史水文资料反映，该区域平均降雨量可达到100多毫升，为了防止海水倒灌，雨季时该区域唯一水闸必须在海水退潮时才开启，该区域会形成长时间的内涝，这样将严重影响施工进度。从施工方法及施工条件来说，钢板桩支护施工简单，可以不受天气条件的制约，从打钢板桩开始到承台开挖2天内可以完成，从而能保证工程进度甚至缩短工期。使用钢板桩的过程中，能简化检查材料或系统性能的复杂程序，并且互换性良好，可以重复使用，成本较低，施工费用可以控制在300万元以内。从施工计划和成本方面着手进行对比分析，选择使用锁口拉森钢板桩进行承台防护是较优方案。

四、承台开挖主要施工方法及要求

（一）施工工序

承台基坑开挖、防护的主要施工工序为：测量放样→钢板桩试拼→钢板桩插打施工→挖掘机垂直开挖→人工清底、修整→桩头凿除→基底找平→垫层及承台主体结构施工→钢板桩拔除、清理→路面恢复。

（二）开挖尺寸

根据现场实际施工情况，在施工初期基坑开挖平面尺寸按承台大小每边加宽0.8m设计，结果基坑周围部分钢板桩被淤泥挤压产生变形情况较为严重，不能满足正常施工。最终将基坑开挖平面尺寸按承台大小每边加宽1.0m设计，能够满足承台钢筋及模板安装的正常施工。

（三）基坑支护

结合本桥地质情况及施工要求，基坑拟采用锁口拉森钢板桩进行防护施工，钢板桩长度为9m，宽度为0.4m，厚度为0.1m。所有内围檩均采用28b工字钢制作，节点采用焊接（施工中严格执行钢结构施工规范）。为确保整个围檩的刚度和稳定性，对每层中间一道工字钢上面加焊型钢并将上下一道工字钢用18#槽钢焊接连接。在施工期间安排专人值班以防吊物碰撞。基坑开挖前在承台顶面对钢板桩设置内支撑以保证土体稳定。

1．钢板桩的检验与矫正。用于基坑支护的钢板桩，均进行外观表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端头矩形比、平直度和锁口形状等检验、对桩上影响核打设的焊接件割除（有割孔、断面缺损应补强）。有严重锈蚀，量测断面实际厚度，予以折减。

矫正方法有：

（1）表面缺陷矫正。先清洗缺陷附近表面的锈蚀和油污，然后用焊接修补方法补平，再用砂轮

磨平。

（2）端部矩形比矫正。用氧乙炔切割桩端，使其与轴线保持垂直，然后再用砂轮对切割面进行磨平修复。当修整量不大时，直接用砂轮进行修理。

（3）桩体挠曲矫正。腹向弯曲矫正，是将钢板桩弯曲段的两端固定在支承点上，用设在龙门式顶梁架上的千斤顶在钢板桩凸处进行冷弯矫正；侧向弯曲矫正在专门的矫正平台上，将钢板桩弯曲段两端固定在矫正平台支座上，在钢板桩弯曲段侧面矫正平台上间隔一定距离设置千斤顶，用千斤顶顶压钢板桩凸处进行冷弯矫正。

（4）桩体扭曲矫正。视扭曲情况，可采用上一种方法矫正。

（5）桩体截面局部变形矫正。局部变形处用千斤顶顶压、大锤敲击与氧乙炔焰热烘结合方法进行矫正。

（6）锁口变形矫正。用标准钢板桩作为锁口整形胎具，采用慢速卷扬机牵拉调整处理或用氧乙炔焰热烘和大锤敲击胎具推进方法进行调直处理。

2．钢板桩打设。为保证钢板桩的打设精度，我们在施工中采用屏风式打入法。先用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽轻轻锤击。在打桩过程中，为保证垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制。为防止锁口中心平面位移，在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板块的位置，以便随时检查校正。

通过检算和现场实际施工情况，我们将钢板桩打入深度定为9m，根据桥位处地质勘探资料分析，持力层中无承压水，各道支撑的受力均能满足要求。

选用振动沉桩法钢板桩分三次打入，第一次由9m高打至7m，第二次打至5m，第三次打至设计标高。打桩时，开始打设第一、二块钢板的打入位置和方向时要确保精度，每打入1m测量一次。

3．振动沉桩施工要点。

（1）振动锤振动频率大于钢桩的自振频率。振桩前，振动锤的桩夹应夹紧钢桩上端，并使振动锤与钢桩重心在同一直线上。

（2）振动锤夹紧钢桩吊起，使工字钢桩垂直就位或钢板桩锁口插入相邻桩锁口内，待桩稳定、位置正确并垂直后，再振动下沉。钢桩每下沉1～2㎜左右，停振检测桩的垂直度，发现偏差，及时纠正。

（3）振动沉没钢板桩试桩数量不小于10根。

（4）沉桩中钢桩下沉速度突然减小，应停止沉桩，并钢桩向上拔起0.6～1.0m，然后重新快速下沉，如仍不能下沉，采取其他措施。

五、结语

圭景特大桥软弱地基层承台施工，原设计采用C20混凝土支挡的方法进行承台开挖防护，后经结合现场实际情况对原方案进行了优化，优化后在软基上开挖承台防护采取钢板桩围护的方式，不仅节约了工程费用，保证了施工进度，而且成功地解决了因地质条件差所带来的施工困难，在确保安全质量的情况下，顺利地将全桥65个承台施工完毕，取得了显著的

成果。

参考文献

[1]中国人民共和国铁路部.铁路桥涵设计基本规范[S].北京：中国铁道出版社，2000.

[2]人民交通出版社.公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，1989.

作者简介：陈剑（1977-），男，湖南永州人，中铁二十三局集团第七工程有限公司工程师，研究方向：工程管理。

（责任编辑：赵秀娟）