复杂地质大型承台深基坑钢板桩围堰施工技术

李光均

（中铁上海工程局集团第一工程有限公司，安徽芜湖 241000）

1 引言

由于桥梁承台基础所在的地质条件和周边环境各不相同，桥梁承台基坑围护结构的形式越来越多，如放坡开挖法、钢板桩围堰、钢管桩围堰、双壁钢围堰、咬合桩围护结构等。承台基坑围护结构形式必须从技术、经济、安全等方面进行比选后确定。当大型承台深基坑位于细圆砾土和粉砂岩层时，由于基坑深度较大，水流湍急，承台施工受河水水位影响极大，常规基坑支护结构容易透水，而钢板桩插打难度大，应尽可能减少基坑暴露的时间，加快施工进度，防止基坑出现安全隐患。

本文以新建杭州至温州铁路义乌至温州段站前及相关工程HWZQ-3 标工程仙居特大桥56 号墩深基坑支护结构施工为例，介绍复杂地质大型承台深基坑钢板桩围堰施工技术，可为同类型地质条件下的深基坑支护结构提供一种实用而有效的施工方法。

2 工程概况

新建杭州至温州铁路义乌至温州段站前及相关工程HWZQ-3 标工程仙居特大桥（84+5×150+84）m 预应力混凝土连续箱梁56#主墩承台位于永安溪河道中，永安溪位于仙居县中部，为椒江流域上游源头溪流，流域面积2 704 km2。永安溪属于典型的山溪性河流，河床比降较大、流速快、水深浅，河道宽度约550 m，常水位时水深约2 m，夏季河道水位主要受上游水库泄洪的影响较大，最高洪水水位约67 m，水流速度为2.21 m/s。

56#主墩承台的地勘资料显示，56#承台范围内自上而下地层分布情况为：河床上采用2 m 厚的素填土进行筑岛，粉砂岩层中局部夹杂浅层凝灰岩。

承台尺寸为20.1 m×14.6 m×5.5 m，承台底标高为53.556 m，施工水位标高61 m，考虑到钻孔桩施工因素，主墩采用筑岛后施工桩基承台基础，筑岛后地面标高为62 m，承台下方垫层厚度为0.3 m，基坑开挖深度为8.744 m。

3 围堰的方案设计

由于永安溪河流水深较浅，并且只有受到上游水库泄洪以及突降暴雨时，水位才有上涨的趋势，洪水涨退的时间较短。施工期间若遇到洪水来临，将停止承台施工。综合连续梁56#主墩承台位置的地质水文特征以及工期成本的影响，56#主墩承台深基坑围堰最终选择拉森钢板桩围堰进行施工，围堰钢板桩的插打技术措施是施工控制的重点和难点。

围堰钢板桩采用拉森IV 型钢板桩，桩长15 m，钢板桩锚固至封底混凝土底部5.956 m。围堰内部设置2 层圈梁和内支撑，其中，圈梁采用双拼H400×400 mm 型钢制成，第一层圈梁设置在原地面以下2 m，圈梁下方每隔3 m 设置1 道型钢三角托架支撑，型钢三角托架采用[10 槽钢制作而成，并焊接在钢板桩侧面；第二层圈梁与第一层圈梁相隔3.5 m。围堰内支撑采用φ630 mm×8 mm 螺旋钢管，每层内支撑分为斜撑和对角撑两种结构形式，每层均设置1 根对角支撑，围堰四个角分别设置2 根斜撑，内支撑与圈梁之间采用焊接连成整体，确保围堰整体稳定性。56#墩承台拉森钢板桩围堰平面图如图1 所示。

图1 56#墩承台拉森钢板桩围堰平面图

4 拉森钢板桩围堰的施工方法

拉森钢板桩围堰的施工顺序为：围堰筑岛→桩位引孔置换土→钢板桩插打→基坑开挖→圈梁内支撑安装→封底混凝土浇筑→承台第一次混凝土浇筑→基坑回填至下层内支撑→拆除下层圈梁内支撑→承台第二次混凝土浇筑→基坑回填至承台顶→拆除上层圈梁内支撑→钢板桩拔出。

4.1 围堰筑岛

由于56#主墩位置在河道中，水深约2 m，拉森钢板桩施工前需对承台周边进行筑岛，给围堰钢板桩插打提供良好的工作平台。筑岛的宽度原则上是以承台边外放6 m，利于后期桩位引孔以及钢板桩插打施工，筑岛平台顶面标高设计为62 m，高于洪水位1 m，迎水面坡率按1∶2.5 设置，坡面防护采用钢筋石笼防护，厚80 cm。筑岛所用材料为优质黏土，施工期间采用推土机和装载机将黏土分层碾压。筑岛时由岸边向河道中央进行推进，由河道上游向下游进行填筑。

4.2 桩位引孔

由于56#墩承台位置下方分布有深厚的粉砂岩，钢板桩无法按照常规工艺顺利插打至设计高程。施工期间，通过旋挖钻引孔置换土的方案辅助钢板桩插打施工，采用直径1.2 m 的旋挖钻隔桩跳打的方式进行引孔，孔间距0.8 m，孔位咬合重叠0.4 m，确保后期钢板桩能够顺利打入设计土层中。待每个孔位钻到设计标高后采用黏土回填至孔口，完成孔位处的土方置换，接着继续隔桩引下一个孔位，如此反复循环直至所有孔位引孔完毕。

4.3 钢板桩插打

钢板桩采用委外租赁厂家既有的拉森IV 型钢板桩，钢板桩插打前由测量人员提前放样出钢板桩围堰的4 个角点，然后利用石灰线做标识，将拉森钢板桩围堰的4 条边定位准确。施工时首先打入钢板桩围堰的定位桩，钢板桩插打前利用围堰的圈梁作为导向系统，确保钢板桩插打的精度。钢板桩采用ZX470 型液压打拔桩机进行插打，插打时由技术人员重点控制钢板桩的垂直度，插打过程中采用两台全站仪沿两个正交方向分别观测钢板桩的垂直度情况。围堰4 个角点位置的钢板桩设计时根据现场实际情况采用异形钢板桩，确保钢板桩能够顺利合龙。

4.4 围堰土石方开挖

钢板桩插打合龙后进行基坑的开挖施工。基坑开挖遵循“分层开挖，先撑后挖，对称开挖”的原则[1]。基坑开挖时，必须注意及时安装圈梁和内支撑，减小基坑边形，保证基坑安全。基坑开挖采用1 台长臂挖机和1 台普通挖掘机配合进行开挖，其中，普通挖掘机停留在基坑内部，长臂挖机停放在原地面进行开挖。为加快施工进度，河床筑岛时的素填土和河床下部的细圆砾土采用普通挖掘机直接进行开挖。基坑下部的深厚粉砂岩层无法利用普通挖掘机直接开挖，必须采用炮锤提前将硬岩破除后，再用挖掘机开挖。基坑开挖期间应及时对基坑的变形进行监测，在围堰钢板桩顶部以及圈梁上弯矩较大位置设置水平位移观测点，围堰每边平均设置3 个观测点。基坑向下开挖期间，平均每天进行一次监测，直至开挖停止后连续3 d 的监测数据稳定[2]。

4.5 圈梁、内支撑安装

基坑开挖至圈梁、内支撑以下50 cm 时，应立即安装圈梁和内支撑，严禁超挖。圈梁和内支撑均采用500 kN（50 t）履带吊吊装安装。围堰圈梁和内支撑均在型钢加工厂提前加工好，然后由平板车运输至基坑边的平台上，由履带吊吊装至设计位置安装到位。其中，围堰长边圈梁长度达22.1 m，圈梁的接头加工应设置在剪力较小位置，结合型钢长度的限制，接头一般设置在跨中位置，接头加工注意设置加强钢板。由于钢板桩插打过程中存在一定的误差，因此，圈梁与部分钢板桩之间存在不密贴的情况，此时应在圈梁与钢板桩之间填塞钢板，确保圈梁与钢板桩之间密贴，受力均匀后方可进行下一道工序施工。圈梁下方采用[10 槽钢三角托架进行支撑，[10 槽钢与钢板桩之间采用焊接连接[3，4]。为防止拉森钢板桩围堰施工期间，钢管内支撑发生脱落现象，将钢管内支撑与钢板桩之间采用直径16 mm 的钢丝绳进行拉结固定。围堰内支撑由500 kN（50 t）履带吊吊装至设计位置与圈梁进行对位焊接连接成整体。圈梁内支撑下方与牛腿连接的大样图如图3 所示。

图3 圈梁内支撑与牛腿连接大样图

4.6 钢板桩围堰的拆除

拉森钢板桩围堰拆除的顺序与安装顺序相反，先拆除圈梁和内支撑，然后拆除钢板桩，由500 kN（50 t）履带吊吊装进行拆除。根据56#主墩承台钢板桩围堰的结构受力体系，结合承台大体积混凝土施工的要求，承台混凝土分两次浇筑成型，围堰圈梁和内支撑对应的也分两次进行拆除[5]。56#主墩承台高度为5.5 m，承台第一次混凝土浇筑高度为2.5 m，第二次混凝土浇筑至承台顶。待承台第一次混凝土浇筑完毕后，对承台基坑进行回填，回填标高至下层圈梁和内支撑底部，然后利用500 kN（50 t）履带吊吊装拆除下层圈梁和内支撑。待承台第二次混凝土浇筑完毕后，将承台基坑回填至承台顶部，然后利用履带吊吊装拆除上层圈梁和内支撑。承台基坑回填时利用基坑开挖时的细圆砾土分层进行回填，采用打夯机分层夯实。钢板桩采用ZX470 型液压打拔桩机逐根进行拔出。钢板桩围堰拆除后的有关材料由平板车拉出场地指定地点堆放。

5 结语

通过在水中墩承台位置进行筑岛，在筑岛平台上利用旋挖钻机进行引孔将拉森钢板桩插打至深厚的粉砂岩层中，完成拉森钢板桩围堰的施工，另外，根据承台混凝土浇筑的顺序结合大型承台拉森钢板桩围堰的受力体系分层拆除拉森钢板桩围堰圈梁和内支撑，以上施工方法在新建杭州至温州铁路义乌至温州段站前及相关工程HWZQ-3 标工程仙居特大桥56#主墩承台深基坑支护结构中成功应用，有效地保障了复杂地质大型承台深基坑的施工安全，也取得了良好的社会经济效益，为类似工程施工提供了宝贵的经验。