高铁桥梁工程基坑开挖方案比选

刘秀章

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津　300350)



高铁桥梁工程基坑开挖方案比选

刘秀章

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津300350)

津秦客塘沽西跨京津塘高速公路特大桥施工过程中，淤泥质软土地区基坑开挖采用了钢板桩围堰、钢筋混凝土沉井、井点降水、深层搅拌桩等多种开挖方案的典型施工，本文对各项施工方案进行开挖效果及经济指标的比较，从中选择合理方案作为最终基坑开挖方式。

基坑开挖；钢板桩围堰；钢筋混凝土沉井；井点降水；深层搅拌桩

中铁十八局集团承担的津秦客塘沽西跨京津塘高速公路特大桥某段为淤泥质软土区域，地质条件复杂，上部为0.5m厚的耕植土和粉细砂，下部为2m厚细沙和5m左右的中砂。地下水位线在地表以下不到0.5m处。同时该施工段承台施工，基坑需开挖5m深左右，但开挖过程受到征地红线的约束，无法对基坑进行有效的放坡开挖，于是进行钢板桩插打工艺开挖、钢筋混凝土沉井施工工艺开挖、井点降水工艺开挖、深层搅拌桩工艺开挖等典型施工方案的比较，从中选择合理的钢板桩围护开挖方案。

1　工程概况

施工区域概况见图1，该施工段内处于软土区域，承台尺寸如图所示，共3种类型。基坑需开挖至5m深处(地层情况见图2)。施工承台中1087#、1104#、1111#-1116#采用钢板桩支护， 1100#承台采用钢筋混凝土沉井支护，1076#承台采用井点降水开挖，924#承台采用深层搅拌桩支护。

图1 承台、便道相对位置示意图(单位:mm)

图2 承台施工地层断面图

2　承台开挖方案

(1)钢板桩插打工艺开挖方案

钢板桩采用拉森Ⅳ型，角桩采用双片钢板桩拼接而成，钢板桩围堰外形尺寸是根据承台的水平几何尺寸，各边再加上不小于1.0m的操作宽度，高度依据水深，并考虑0.5m的超高和入土深度不小于0.5m来确定其几何尺寸。每个承台所需钢板桩数量约120片，每个承台的使用周期为15天。经该方案的典型施工，钢板桩围堰可达到止砂阻水效果，保证在红线内形成基坑，进行承台施工并保证便道安全。此方案施工图如图3～图6所示。

当承台施工完成后，由于承台埋深较深，拔除钢板桩后上部基坑边缘塌陷至征地边缘线外，仍然影响到了便道及未征地的农田。因此在拔除钢板桩之后必须再砌筑挡土墙进行防护。

图3 钢板桩围堰施工断面图

图4 拔除钢板桩围堰后承台断面图

图5 钢板桩围堰开挖工艺

图6 钢板桩开挖后基坑边缘塌陷情况

(2)钢筋混凝土沉井施工方案

采用钢筋混凝土沉井施工工艺进行典型施工，也可达到止砂阻水效果，保证在红线内形成基坑，保证承台施工和便道安全[1]。钢筋混凝土沉井采用C40混凝土，壁厚0.4m，纵向钢筋为Φ16、横向钢筋为Φ8，间距为0.15m，设内外两层护面筋；沉井几何尺寸较承台每边大10cm，分上下两节，上节3m高、下节2m高。1100#承台沉井所用C40混凝土69.6m3，钢筋7.2t。

由于各方面因素，沉井施工无法形成生产流水线，造成沉井施工工期较长，每个沉井的施工工期约30天，将影响总体施工进度。该方案施工图如图7～8所示。

图7 钢筋混凝土沉井施工断面图

图8 开挖前的钢筋混凝土沉井

(3)井点降水方案

该承台降水井，受征地红线和施工便道的限制，只能在大里程和小里程两个方向布置，每侧均匀布置四个。其中降水井的深度为12m，直径为50cm。

井点降水从开始打井到承台完成总工期为16天。由于施工周期较长，且需要从八个降水井同时抽水，排水量大，渗透水的外运工作十分困难，影响施工进度。井点布置图如图9～10所示。

图10为井点降水过程中基坑塌陷情况，个别位置的降水机井均已外露。在抽水过程中，基坑仍不断塌陷，需要做相应的围护措施。不但增大了投入，而且施工效率也很低。

(3)深层搅拌桩工艺开挖

以924#承台作为典型施工，深层搅拌桩施工按桩径0.5m，间距0.4m，桩体间相互搭接0.1m(具体见深层搅拌桩相对位置示意图)，以增强整体性和防渗性。桩底深入基坑底面下2 m以上，基坑每侧打一排桩。按在承台边线外扩1.5 m布桩，根据实际的施工情况，一个10.6×7.2×2.5m的承台四周布设深层搅拌桩115根，约520m，全部钻孔需要48小时，深层搅拌桩施工完毕经过七天养护后，即可开挖基坑，不须放坡。该方案布置图如图11～12所示。

图9 井点降水布置图

图10 井点降水过程中基坑塌陷情况

图11 深层搅拌桩相对位置示意图

图12 深层搅拌桩桩位布置示意图

根据现场地质、地下水位的具体情况，实际施工的深层搅拌桩存在底部桩身咬合不完整、特别是地下水位线以下部分桩径无法保证、桩位控制不严等问题，导致止水效果不理想，粉质细砂由桩基缝隙中流出[2]。

深层搅拌桩施工在基坑开挖之后要及时进行堵漏，采用速凝水泥砂浆对搅拌桩桩缝进行及时填补，同时做好首尾桩接缝处的处理。由于受到机械设备施工的影响，施工过程中有可能会由于荷载过大造成搅拌桩突然断裂发生基坑坍塌，因此采用搅拌桩施工必须加设支撑以防止发生脆性破坏[3]。

3　经济指标比较

从以上4种技术方案进行比较中可以得到，采用钢板桩围护进行基坑开挖和钢筋混凝土沉井开挖是四种方案中效果较好的方法。因此对这两种方案进行经济比较，以选择合适的开挖方式。

(1)钢板桩方案

钢板桩采用租赁的形式，钢板桩每天的租金：10元/片，租赁周期为5个月，钢板桩的运输费用：400元/片，钢板桩的打设费用：548元/片。每个承台所需钢板桩数量：120片。每个承台的使用周期为15天，钢板桩循环利用约10次。

每个承台的钢板桩造价：10元/片×120片×15天+548元/片×120片+400元/片×120片/10次=88560元

(2)钢筋混凝土沉井方案

单个沉井主体：69.6m3×402.5元/m3+7.2t×3697.66元/t=54637元

考虑全部下沉到位用时约一个月，机械、人工配合开挖、局部纠偏等不确定因素，费用约为6万以上。

4　方案选择

采用混凝土沉井进行基坑开挖可有效防止基坑塌陷，避免了由于基坑塌陷而侵入农田造成不必要的纠纷和损失，在工期允许的情况下，采用该方法是最为有效的。但由于本工程工期紧张，采用混凝土沉井施工技术势必影响到整体进度，因此决定采用钢板桩围堰支护，承台施工完成拔除钢板桩后砌筑挡土墙以防止基坑的塌陷。

5　总　结

通过对各项基坑开挖方案进行比较，选择满足施工要求、施工进度以及经济合理的方案实施。通过以上各方案的实施比较，总结各开挖方案的优缺点，对今后类似工程施工具有一定的参考意义。

[1]王庆中. 侵入既有行车道的承台基坑回填方案优化研究[J]. 建筑施工，2015(01):47-48.

[2]仇正中,吴启和,牛照. 港珠澳大桥埋置式承台基坑冲淤试验研究[J]. 中国港湾建设，2013(01):34-36.

[3]曾毅. 锚喷竖井在桥墩承台基坑中的应用[J]. 建筑施工，2012(12):12-14.

Comparison and Selection of Foundation Pit Excavation Schemes for High-Speed Rail Bridge

LIU Xiu-zhang

(China Railway 18thBureau Group Fourth Engineering CO., Ltd, Tianjin 300350, China)

In the process of constructing grand bridge from Tanggu across Beijing-Tianjin-Tangshan highway, various excavation schemes of foundation pit are adopted in soft soil area, such as steel sheet pile earth cofferdam, reinforced concrete sunk well, and well-point dewatering and deep mixing pile. The rational scheme is chosen as the final way by comparing the effect and economic indicator of all schemes.

foundation pit excavation; steel sheet pile earth cofferdam; reinforced concrete sunk well; well-point dewatering; deep mixing pile

2016-06-15

刘秀章(1975-)，男，内蒙古赤峰人，工程师，大学，主要从事铁道、土木工程施工与管理工作。

TU94+

B

1673-0496(2016)03-0012-04

10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2016.03.004