关于淤泥地层深基坑支护技术

杨 魁

（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1.工程概况

岳黄高速兆河特大桥主线的起始里程桩号：K38+312.5.5，终止里程桩号：K39+657.5，路线全长1352.06m。中心桩号K38+985。跨兆河主航道应用主跨135m钢箱系杆拱桥，跨越两岸大堤均采用45m简支钢板组合梁桥，其中两侧的引桥应用35m连续钢板组合梁桥。施工内容包括：路基工程、桥梁工程、路面工程和涵洞工程。该项目现场的施工场地条件比较差，要求施工质量相对较高。施工设计应用主跨135m钢箱系杆拱桥，主跨跨越南北贯穿的兆河，其中16、17#主墩布设于兆河主航道的堤岸两侧，桩基础采用12根φ2m的钻孔桩，主桥跨的承台设计16.1×12.6×4.5m，主墩承台与兆河最小直线距离为5m，承台基坑最大挖深达8m。本区地表为2～3m的填筑土层、往下为层厚22～30m的软弱淤泥地层，常年降水量丰富，施工时必须保证安徽岳黄高速路基的安全，且要做好基坑防、排水措施。

2.深基坑支护方案的优化

2.1 原设计指导性方案中建议主墩基坑开挖采用拉森钢板桩支护，钢板桩插打深度为18m（接长方式为12m+6m），围堰的设计施工尺寸17.6×14.1m，共计设置两道钢支撑，垂直间距为5m,第一道为承台底以上7m高度（可拆除）、第二道围囹为承台底以上2m高度（不可拆除），基坑底部设60cm厚度的C15封底砼，基坑底部四周沿钢板桩设1×0.5m（宽度×深度）的汇水沟，沟底铺设20cm厚度垫层，承台混凝土采用一次性浇筑成形。

2.2 根据现场勘查安徽岳黄高速路面标高为7.8m，主墩承台原地表标高为8.1m，为保证岳黄高速路基安全和优化深基坑施工工序拟定调整方案如下：

考虑重车通过时公路路基主要承重基层（0-2m）会对基坑产生较大的侧压力，拟定在钢板桩顶部范围设置两道围囹支撑，即第一道围囹为钢板桩顶以下1m高度、第二道围囹为钢板桩顶以下3m高度，围囹①内圈梁采用双拼型钢（设计尺寸为H400×200×8×13mm），围囹内侧的支撑结构应用φ400×10mm钢管，第一、二道围囹均位于承台顶标高以上，可以拆除循环利用。

②优化原方案中钢板桩采用12+6m焊接接长的工序，将钢板桩插打深度改为12m，围堰尺寸不变，并在承台底标高以下0.2m高度增设第三道围囹支护，以加强钢板桩插打深度减少后基坑底部的支护；第三道围囹是设于基坑底部汇水沟空间内（宽度×深度=1×0.5m），紧贴钢板桩的内圈梁为双拼H400×200×8×13mm型钢，其内支撑是利用在桩基周边设混凝土支墩和可伸缩调节钢构件形成受力支撑，基坑回填前松动调节钢构件即可拆除第三道围囹。优化原方案后工程量对照详见表1，基坑支护横断面详见图1。

表1 原设计与优化后方案基坑支护工程量对照表

图1 基坑支护横断面图

③通过调整优化原方案中围囹支撑的位置，减少了钢板桩支护对承台钢筋、模板施工的影响，节约了成本。

2.3 施工前采用MIDASCiVil软件对优化调整后的钢板桩支护结构建模模拟验算，结构满足要求。

3.施工工艺及主要施工方法

3.1 钢板桩施工工艺流程

钢板桩施工工艺流程图见图2

图2 拉森钢板桩施工工艺流程图

3.2 钢板桩施工

(1)钢板桩进场材料及设备

钢板桩型号采用拉森SP-IV型，根据设计规范要求，单根钢板桩的尺寸长度为12m。施工前，检测人员需要对拉森钢板桩进行外观检验，钢板桩桩身必须完好没有变形、并且无破损、缺角现象，经检测人员检查合格后才能投入使用。一般锁口检查，采用一根长度在1.5m～2m范围的同规格钢板桩做为基本的标准，通过使用卷扬机拉动钢板桩平车，依次桩头到桩尾作锁口通过合格检查处理，检测人员对检查出的锁口变形需要及时进行校正操作处理。

（2）测量放样

平整施工区域内场地，根据设计图纸计算承台四个角点坐标，向外扩大1.5m放样出钢板桩施工边线，挂线撒白灰标示。

(3)插打钢板桩

①钢板桩的打设施工机械采用卡特330C型履带吊车，前臂配带强力高速液压打拔设备。

②为了保证钢板桩捶打的的垂直度及准确度，因此，在施工现场采用设置导向架，导向架支撑结构均应用H400的型钢，型钢加固在钢管桩上，钢板桩顺着测量边线进行插打，桩间距为3m,两面边框之间间距略比钢板桩厚度大10～15mm。

③用履带吊机液压钳口将钢板桩吊至插点处时，及时调整钢板桩的方向，依次从导向架内侧进行插人，一定要两侧对称操作进行，插打过程中必须保证钢板桩的倾斜度及密贴内侧导框，其间隙不应大于15mm。

④打桩应从一角逐块插打，每块钢板桩插打作业不宜中途停顿。当钢板桩剩余量为2m的时候，及时进行调整钢板桩插打时的水平角度，最终使钢板桩的异型角钢插入闭合为止，再逐根打到设计深度。

⑤由于多种条件的影响和制约，钢板桩的闭合圈口不可能与设计尺寸完全丝毫不差，由于误差不大时及时采取千斤顶互顶的办法调整闭合圈口。

(4)基坑开挖及支护

①现场采用长臂挖掘机和普通挖掘机配合作业，遵循分层、分区、对称开挖的原则，开挖土方应该随挖随装车，运输到指定位置，严禁堆放在基坑附近,避免造成基坑坍塌。

②在土方开挖至钢板桩顶1m以下时，必须及时安装第一道围囹支护结构。具体做法是：根据圈梁位置在钢板桩内壁上焊三角托架，吊人H400圈梁型钢和Φ400内支撑钢管焊接加固，即四角分别设向支撑、中部设对撑钢管1根，基坑支护平面布置详见图3。

图3 基坑支护平面图

③继续开挖至钢板桩顶以下3m，按此方法完成第二道围囹支护的安装。

④当基坑开挖至钢板桩顶以下7m时，调整开挖方式，采用随支护随开挖的方法，同步进行第三层围囹支护的安装，具体操作步骤如下：

a.用长臂挖机将基坑左侧2m范围先行开挖至承台底标高的深度，沿桩基正对钢板桩的范围人工下挖1×0.8×1.2m（长×宽×高）的基坑，将外露桩基砼面清理干净、且用风动凿毛机凿毛处理，放人预先制作好的钢筋骨架至基坑内，抽除积水后灌注C30混凝土，振捣密实、凝固后形成方形支撑墩。

b.将基坑左侧支撑方墩与钢板桩之间的淤泥层挖除，顺桥向沿钢板桩侧通长开挖1×0.7m（长度×深度）、铺设20cm砼垫层以形成左侧汇水沟。

c.在左侧汇水沟内吊人2H400圈梁型钢就位，圈梁与支撑方墩之间设置可伸缩调节钢构件连接，其中钢构件底座与圈梁型钢焊接，调整钢构件上精轧螺纹杆的支撑长度，使前端伸出支顶于方墩混凝土，利用桩基混凝土支护钢板桩。调节钢构件由20mm厚钢板组焊而成，分前顶、后座两个盒型结构、长度均为50Cm,前顶构件为封闭盒型，后座为敞口盒型构件，前顶构件略比后座构件内净空小，可套人其中，利用在后座构件两侧面焊接精轧螺母、前顶构件焊支撑挡板，穿人φ32精轧螺杆，正反旋转螺杆可调节钢构件的长度。调节钢构件结构详见图4。

图4 调节钢构件结构示意图

d.按此方法顺次完成小里程侧、右侧、大里程侧围囹支护，并及时在内圈梁角点处焊接三角铁板加固。

e.采用长臂挖机清除基坑中部淤泥层至承台底以下60CIn,及时完成封底混凝土铺筑，封底混凝土范围是除汇水沟以外所有区域。第三道围囹支护平面图详见图5、第三道围囹支撑方墩详见图6。

图5 第三道围囹支护平面布置图

图6 第三道围囹支撑方墩示意图置图

⑤在基坑汇水沟内安设水泵一台，以便抽除基坑积水。

(5)承台主体施工

凿破桩头顺利通过桩基质量检测后，按照设计施工图纸规范进行绑扎承台钢筋，进行承台模板支护及加固处理，现场施工技术人员报监理合格后，才可进行承台混凝土浇筑施工。

(6)基坑回填、拆除围囹

承台施工完成后，应拆除最底部一层的围囹及支撑结构，具体做法是：用扳手旋转调节钢构件上的精轧螺杆，使构件前端与支撑方墩分离，切断调节钢构件底座与内圈梁的焊缝，取出调节钢构件后吊出内圈梁型钢，再逐层回填、分层夯实，回填至第一、二道围囹以下时，依次解除围囹支护后继续回填，基坑回填至标高8.1m。

(7)拔除钢板桩

基坑回填完成后，用打拔桩机液压钳口夹住钢板桩顶部振动上提，拔桩起点应离开角桩5根以上，为避免拔桩带土过多会影响岳黄高速路基稳定，现场采用灌砂、灌水填充措施。

4.深基施工安全措施

(1)深基坑开挖完成后，要及时对钢板桩的支护结构进行变形监测，此外还需加强岳黄高速路基的监测，在钢板桩与岳黄高速路基之间横桥向每间隔5m布设一个位移监测点，观测方法和频率与钢板桩支护相同。

(2)基坑顶部四周施作排水沟，以便于排出基坑周边的积水，防止地表积水倒灌基坑。

(3)基坑四周8m范围内，严禁堆放物料、重物、泥土，基坑开挖的泥土要及时装车运走。

(4)安排专人对基坑支护进行巡查，发现异常响声或开裂等情况必须立即上报，并通知基坑内或周边施工人员撤离避险。

(5)基坑顶部设置1.2m高度的防护围栏，并挂设“深基坑危险”的标牌，防止闲人误人。

5.结语

以兆河特大桥承台深基坑支护施工为例，通过调整围囹支护位置、增加支护结构等优化措施，顺利安全地完成了深基坑支护的施工任务，大大提高了钢板桩材料的利用率，有效降低了工程造价。