某特大桥承台深基坑施工技术研究

窦宏宇

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

1 前言

随着我国经济与技术的发展，为了满足交通的需求，大跨度桥梁的设计与建造逐渐增多。承台作为承受、分布由墩身传递的荷载，对桥梁的承载能力有直接的影响，尤其对于特大桥而言，对承台的施工质量和技术要求也就越高。特大桥的深基坑承台施工具有施工难度大、技术复杂、受环境影响较大的特点，针对这种特殊的工程需要更为具有针对性的、有效的施工方案指导施工。

陈昆等对深基坑周围土体卸载现象进行了研究，利用监测值验证了其方法的科学性，并总结了相对应的方法用作基坑计算。艾鸿涛对于基坑在开挖周围存在地铁隧道的情况进行了研究，研究结果表明，这种周围环境的影响不可忽视。汪志强等对基坑开挖对于周边环境的影响进行了研究，并基于现场监测结果总结其影响规律。史春乐等研究认为，基坑开挖对于建筑群的影响与单一建筑的影响有很大区别。左殿军、赵笑男采用数值模拟方法对基坑开挖进行了分析。

本文结合工程实际，对深基坑承台施工这种高难度施工作业的具体施工方案进行阐述，同时，为保证其施工的质量与安全，采用有限元对钢板桩施工进行有限元模拟。

2 工程概况

哈尔滨某新建快速路工程，地处严寒冻胀地段，其中某承台结构主体外轮廓最大平面尺寸为14.6m×10.6m，深基坑深度为6.2m，承台采用钢板桩基坑支护进行开挖施工。承台尺寸为14.6m×10.6m×3m，地质结构自上而下第一层粉质粘土，约1.5m，承载力60kPa，第二层中砂，约1m，承载力200kPa，第三层细圆粒土2.8m，承载力250kPa，第四层以下为全风化花岗岩，承载力300kPa。

3 施工方案

采用拉森Ⅳ型钢板桩进行支护，钢板桩长度为12m，钢板桩采用履带式打板机打设，打设完成后挖除部分土方，设置一道布置在距钢板桩顶面2.0m 处。基坑开挖前要周全的准备好施工前期工作，提前考虑预测开挖过程中可能遇到的问题，例如，人工开挖和机械开挖是否冲突，深基坑不同土层开挖方式。开挖时采用双钩机上下同时开挖，基坑成型后如坑内渗水应及时对基坑进行排水，并迅速施工混凝土垫层，原槽浇筑，避免基础浇筑之前持力层长时间暴露大气、泥水污染，便于清洁。

3.1 钢板桩施工

（1）前期准备工作。在施打钢板桩之前，先用装载机和挖机配合将表土剥离运至存土场，并将地面整平，然后进行钢板桩施工。平整施工场地，测量精确放样出基坑的四个角点外扩1m，打上木桩并撒上石灰线。钢板桩施工是最关键的施工步骤之一，其关系到基坑支护的安全性，施工前要明确所处位置的地下管线情况，打桩过程中，时刻监测钢板桩的误差不超过规范值。钢板桩打设完成后，挖土至牛腿底部，在基坑内壁的钢板桩上焊接牛腿，牛腿顶面高度设置在同一平面上，在牛腿上设置32a 双拼工字钢围檩，围檩橫桥向长度为12m，顺桥向长度为9m，接口处采用焊接，工字钢接长处采用满焊，并在接缝外侧设置帮条钢板，接口处错开布置，如图1 所示。

图1 钢板桩支护示意图

采用屏风式打发进行打桩，这样的方法使得精度更高，将钢板桩放置在规定位置，轻轻锤击，使用全站仪对其位移进行监测控制。在打桩方向的钢板桩锁口处设卡板，防止板桩偏移。

（2）基坑开挖。挖至原地面至围檩底土方后，开挖剩余土方，流出20cm 以内的土层，剩下的采用人工挖土的方法进行清除至10cm，清除完毕过后，采用小型夯实机夯至基底。水排至基坑外便道侧排水沟中。待基坑水降低后，继续用挖掘机挖除基坑土，挖除过程中随时测量承台底标高，防止超挖。

（3）基坑回填。承台施工完毕后，必须在承台混凝土强度达到设计强度的75%，并沥青渣油等隐蔽工程验收合格后进行回填。回填前排除基坑内积水，地下水位以下基坑及强风化、弱风化岩石岩面以下基坑釆用粉黏粒含量不小10%的中粗砂或卵砾石回填，余釆用原状土回填，压实系数K 不小于0.86。以免形成积水。其回填厚度不大于30cm 并用电动冲击夯层层夯实，回填过程中，应防止水的侵害。回填高度为原地面高度。

（4）钢板桩的拔除。在基坑回填完毕后，进行钢板桩的拔除工作，注意拔除的顺序。以免由于拔桩的振动影响与拔桩带土过多会引起地面沉降和位移，给己施工的地下结构带来危害。为了减少拔除工程中的“带土现象”，采用灌水、灌沙的方法进行处理，拔除时，采用拔桩机夹住桩头进行震动，以震落桩周围附着的泥土，减小摩擦力，然后轻轻地向上拔除，此时，时刻注意拔桩机的情况，当出现拔桩困难的情况，立刻停止，继续震动2min 后再尝试拔除，若还是拔除困难，重复该步骤几次即可。

3.2 承台施工

采用水准仪测量桩顶高程，并用红油漆将桩顶凿除部分做好标记；桩头凿除前，用切割机在测量好的标高位置进行环切，环切深度控制在5cm，环切后人工用风镐凿除桩基钢筋笼主筋外侧的混凝土，将桩基钢筋与桩头混凝土剥离后，将桩头在环切处剔除；桩基采用低应变法进行检测，检测前将桩基顶面按照等边三角形打磨3 个碗口大小的平面，由检测机构对桩基的成桩质量进行检测，合格后施工承台；采用全站仪采用极坐标法放样出承台的边线，用水泥钉将边线点钉在垫层混凝土表面，用墨线弹出承台钢筋的摆放边线；承台钢筋在1#钢筋场地集中加工，运至现场后人工安装，钢筋安装前，先将垫层表面清理干净，并用尺子排好钢筋的摆放位置，按照排好的位置将钢筋按编号依次绑扎成型，并将底部垫好垫块设置好保护层，在每根桩的主筋上设置一根接地钢筋，并引至墩身内；承台模板安装：模板使用前将表面打磨干净，涂刷脱模剂，承台模板采用9015 标模，M12 螺栓对接，接缝处用双面胶条密封，模板背后采用φ50 钢管纵横向加固，对拉筋对拉，立管间距0.6m，横管间距0.9m，模板加固完成后，测量混凝土顶面高程，并用油漆将混凝土浇筑高度标记在模板四周。

承台内预埋塔吊基础预埋件和连续梁支架预埋件，按设计图纸要求在相应位置埋设，并加固完成后报请监理单位现场检查验收，合格后浇筑承台混凝土；承台混凝土浇筑：浇筑前在橫桥向设置测温点4 处，采用φ50mm 钢管插入承台底以上0.5m 处，用于养护期间测试温度，承台混凝土浇筑选择在一天中温度较低的时段进行，作用是降低混凝土水化热的升温速率，混凝土在1#拌合站集中拌制，泵车泵送入模，插入式振捣器人工振捣，混凝土浇筑时采取分层浇筑，每层厚度控制在0.3m，浇筑至冷却管以上时，将冷却管内注入循环水对混凝土芯部进行降温，注入的水温与混凝土的温度不超过20℃，并确保混凝土的最高温度不超过65℃，浇筑时现场制作养护试件，标养2 组，同养3 组。

混凝土浇筑完成后，对其表面进行洒水养护，强度＞2.5MPa 后将表面进行覆盖养护，混凝土测温每昼夜进行4 次，每次分别测量混凝土底部、中部、上部、表面和环境温度共5 个值，当混凝土表面温度与环境温度差不大于20℃，且能满足模板拆除后棱角不受损伤，可将模板拆除。模板由人工进行拆除，先将拉筋处螺栓卸下，将模板背部的钢管卸下后，再逐块拆除承台四周的模板，然后切除混凝土表面的拉筋，涂刮沥青油渣，沥青油渣厚度为1.0cm。

4 钢板桩有限元计算

4.1 钢板桩截面等效

Midas 有限元软件中板单元截面体现在“厚度”操作上，本项目中由于拉森Ⅳ型的钢板截面在建模中存在建模烦琐等问题，因而在建模前根据惯性矩相等的原则将拉森截面等效为矩形截面，具体操作，如图2 所示。

图2 拉森截面转换示意图

由于拉森截面采用锁扣连接，因而采用在单位宽度内惯性矩相等的原则。查表得到拉森Ⅳ型的钢板截面单位宽度（1m）惯性矩I=39600cm4。假设矩形截面的高度h，因而有式：

式中，b=100cm。因而得到h=16.8cm。得到等效截面后，建立板厚度。本项目中的钢板桩以壳单元形式建立，将单元网格尺寸确定为400mm×500mm，如图3 所示。

图3 模型建立

4.2 有限元分析结果

对于钢板桩强度、围檩强度、斜撑强度以及钢板桩的刚度有限元分析结果如图4 所示。

图4 钢板桩有限元分析结果根据分析结果可

得出，钢板桩最大应力为51.9MPa<271MPa，满足规范要求；围檩（双拼工36a）最大组合应力为187.2MPa<215MPa，最大剪应力为42.8MPa<215MPa，满足规范要求；斜撑（双拼工36a）最大组合应力为131.8MPa<215MPa，最大剪应力为0.7MPa<215MPa，满足规范要求；钢板桩基坑最大位移为23.2mm<30mm（L/200），满足规范要求。

5 结语

（1）特大桥的基坑承台施工是桥梁建设中重要环节，本文结合实际工程基坑承台施工，对钢板桩与承台施工方法进行详细的阐述。

（2）并采用Midas 有限元软件对钢板桩进行模拟，由于拉森钢板桩在建模过程中的复杂性，采用合理的截面模拟方式，在建模前，根据惯性矩相等的原则将拉森截面等效为矩形截面。

（3）结果发现，钢板桩最大应力为51.9MPa；围檩最大组合应力为187.2MPa，最大剪应力为42.8MPa；斜撑最大组合应力为131.8MPa，最大剪应力为0.7MPa，基坑支护结构强度、刚度及稳定性均满足相关规范要求，为施工安全提供了保障。