基于钢板桩的桥梁施工深基坑支护研究

胡 博（北京高能时代环境技术股份有限公司，北京 100080）

0 引 言

随着全球城市化进程的快速发展，桥梁建设成为现代社会不可或缺的重要基础设施。在桥梁建设过程中，深基坑支护问题一直是一个具有挑战性的难题，特别是在需要越过河流、沟渠或高地等复杂地形时，深基坑支护更是成为桥梁施工的关键环节[1-2]。深基坑支护在桥梁施工中的重要性不言而喻，它不仅能确保施工现场的安全，有效控制地面沉降、周边建筑物变形和水土流失等问题，还能提供稳定的工作平台，确保施工人员能够顺利进行作业。然而，传统的支护方法在大型桥梁施工中的稳定性和效率方面存在局限性，施工时对周边环境也产生一定的影响。钢板桩作为一种常用的基坑支护材料，具备高强度、刚度和稳定性的特点，被广泛应用于深基坑施工中[3]，它不仅能够承受横向力和土压力，还能使支护方式多样化和灵活施工方案。因此，基于钢板桩的桥梁施工深基坑支护研究具有重要的价值和实际意义。本文旨在深入研究基于钢板桩的桥梁施工深基坑支护方法，探索其在提高施工效率、保障施工安全和减小对周边环境影响方面的潜力[4]。

1 深基坑施工及钢板桩支护概述

1.1 基坑施工定义和分类

基坑施工是指在土壤或岩石中以开挖方式形成的深孔，用于容纳建筑物地下部分或其他的工程结构。根据施工方法和特点，基坑施工可以分为开挖式基坑和围护式基坑。开挖式基坑是通过直接对土壤或岩石进行开挖形成的基坑，常见的开挖方法包括挖掘机开挖和爆破开挖。围护式基坑则是通过安装支护结构来围护开挖面，常见的围护结构包括钢板桩、混凝土墙和悬挂墙等[5]。

1.2 钢板桩支护技术

1.2.1 钢板桩支护原理

钢板桩是一种常用的基坑支护材料，具有较高的强度和刚度，形状通常为符合工程要求的U型或Z型。钢板桩支护的原理是通过安装一系列的钢板桩，形成一个连续的墙体，阻挡土体的侧向压力，使基坑保持稳定。

1.2.2 钢板桩支护与其他支护方法的比较分析

钢板桩支护与混凝土围墙、H型钢支护、锚杆支护等其他传统支护方法的分析比较，如表1所示。

表1 不同支护方法的比较分析表

基于表1，可以从以下几个方面探讨钢板桩支护与其他支护方法的差异。

（1）最大抗压强度：表1中，钢板桩的最大抗压强度为350 MPa，显著高于其他方法，说明钢板桩在承受土压力和环境应力方面更为优越，能够提供更强的支撑力，尤其在地质条件复杂或负荷较大的工程中表现显著。

（2）耐久性：钢板桩的耐久性高达50年，远超其他方法。这表明在长期工程项目中，钢板桩能够持续提供稳定的支护效果，减少维护和更换的需求，从而降低长期运营成本。

（3）施工难度：虽然钢板桩的施工难度被评为中等，但相较于混凝土围墙和H型钢支护的高难度施工，它更易于操作和安装。这不仅减少了对专业技术人员的依赖，也降低了施工中出现错误的可能性。

（4）成本效益：与混凝土围墙和锚杆支护相比，钢板桩的成本为1.5万元/m²，因其初始成本较低且可重复使用，降低了长期成本。

钢板桩还具有施工效率高、对土质的适应性强、施工时对周围环境的影响较小等特点，因此，钢板桩是深基坑支护中的理想选择，尤其适用于对安全性、经济性和工期有较高要求的工程项目。

2 钢板桩在桥梁施工支护中的应用

2.1 工程概况

某桥梁工程（以下简称“工程”）位于城市市中心，下方地下管线密集，基坑深度达20 m。根据工程要求和土壤条件，选择了钢板桩作为主要的基坑支护结构。钢板桩施工前，技术人员进行了详细的现场勘查和土壤分析，确定了合适的钢板桩尺寸和排布方案。工程选用尺寸为10 mm厚、400 mm宽，每根长度为8 m的U型钢板桩。

2.2 钢板桩施工流程

（1）基坑清理和准备工作，包括清除地表杂物和测量标志物。

（2）根据设计要求确定钢板桩的尺寸和间距后，将钢板桩经过振动锤驱动沉入土壤中，形成坚固的支撑墙。在施工过程中，监控振动和噪声是关键，以减少对周围环境和地下设施的影响。

（3）连接与支撑：钢板桩之间通过专用连接件相连，以增强整体结构的稳定性。连接的稳固性对于支撑整个基坑至关重要，特别是在深基坑和复杂地质条件下，连接件的设计需要考虑到各种负载和土压力。

（4）确保钢板桩的垂直度和水平度，通过调整连接件或使用垂直支架和水平支撑进行校正。

（5）完善基坑支护结构，包括设置加固件、加装支护板和预埋管线等。

（6）进行基坑开挖，同时根据需要进行排水处理。

（7）完成基坑开挖后，进行基坑边坡的处理和施工现场的清理。

（8）验收检查：对钢板桩的尺寸、水平度、垂直度等进行综合评估，并与设计要求进行比对，同时，对连接件、加固件和支护板的安装质量也应进行验收。

此外，在施工过程中，要对钢板桩的位置、深度和垂直度进行实时监测，确保按照设计方案准确执行。任何偏差都应立即纠正，以避免后续工程中的潜在问题。

2.3 施工效果评价

基坑挖掘完成后，进行了验收检查，结果显示钢板桩的安装质量和整体工程合格。为了全面评估钢板桩在提高施工效率、保障施工安全和减小对周边环境影响方面的有效性，本文选择了施工效率、安全性和环境影响3项关键指标进行检测，并与常规支护施工方法作比较，结果如表2所示。由表2可知，钢板桩在施工效率、安全性和对环境的影响方面均优于常规方法，说明通过合理的设计和施工，钢板桩可以有效满足桥梁施工中基坑支护的需求，具有较高的稳定性和承载能力。

表2 施工评价指标表

2.4 影响因素分析与应对措施

（1）土体类型对钢板桩支护效果有较大影响，不同的土体类型具有不同的力学特性和稳定性，因此需要针对具体的土体类型选择合适的钢板桩尺寸、间距和施工方式。

（2）水位条件也会影响钢板桩支护的效果。高水位情况下，可能会增加土体的液化和侵蚀风险，需要采取相应的防护措施，如使用抗水渗透的钢板桩，进行有效地排水和加固等。

（3）钢板桩的间距对支护效果具有重要影响，适当的间距可以保持钢板桩的稳定性和整体刚度，提供足够的支护效果。建议建立数值模型和进行现场试验，优化支护结构的间距，以提供最佳的支护效果。

（4）施工质量对于钢板桩支护的效果至关重要，如施工中的土体压实度、钢板桩的垂直度等都会直接影响支护结构的稳定性和承载能力，因此需要进行严格的质量控制。结合现代技术手段，如信息化管理系统和智能监测设备，进行支护施工的实时监测和数据分析，及时调整施工方案，优化施工效率和质量。

2.5 改进与创新方向

钢板桩施工在桥梁工程领域优势明显，但仍有改进和创新的空间。

2.5.1 改进方向

（1）施工工艺优化：针对特定桥梁工程的条件和要求，优化钢板桩的施工工艺，如考虑地质条件、水文状况等因素，以提高施工的准确性和安全性。

（2）结构设计改进：钢板桩的设计应更多地考虑桥梁的具体需求，例如在承载力、稳定性和耐久性方面的优化。

（3）合作与培训：加强与桥梁设计和施工团队的合作，提供专门的培训，确保施工人员能够充分理解和正确应用钢板桩技术。

（4）成本效益分析：对钢板桩的经济性进行深入分析，确保其在提供技术优势的同时，也是成本效益合理的选择。

2.5.2 技术创新方向

（1）智能化监控系统：利用先进的传感器和实时监控技术，对钢板桩施工过程进行实时监控，能够及时检测和调整施工中的问题，确保施工质量和安全。

（2）环保型材料开发：研发用于钢板桩的新型环保材料，如使用回收材料或具有更高环境适应性的合金，以减少环境影响。

（3）自动化施工设备：开发自动化设备以提高钢板桩的安装效率，减少人力需求和施工时间。

（4）模块化设计：通过模块化设计的钢板桩，可以在不同的桥梁施工项目中灵活使用，提高材料的通用性和施工的灵活性。

通过上述改进和技术创新，钢板桩施工在桥梁工程中的应用将更加高效、环保和安全。这不仅提高了施工效率和质量，也推动了桥梁施工技术的整体进步。

3 结 语

（1）钢板桩支护具有施工速度快、成本相对低廉以及可重复利用等优点；

（2）在设计钢板桩支护时，需要考虑土体类型、水位条件和荷载要求等因素；

（3）应合理选择钢板桩的尺寸和间距，以满足工程的支撑和承载要求；

（4）在施工过程中，质量控制是关键，要确保钢板桩的垂直度、水平度和连接质量符合标准。