高鐵橋梁工程基坑開(kāi)挖方案比選

劉秀章

(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津　300350)

?

高鐵橋梁工程基坑開(kāi)挖方案比選

劉秀章

(中鐵十八局集團(tuán)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橋施工過(guò)程中，淤泥質(zhì)軟土地區(qū)基坑開(kāi)挖采用了鋼板樁圍堰、鋼筋混凝土沉井、井點(diǎn)降水、深層攪拌樁等多種開(kāi)挖方案的典型施工，本文對(duì)各項(xiàng)施工方案進(jìn)行開(kāi)挖效果及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較，從中選擇合理方案作為最終基坑開(kāi)挖方式。

基坑開(kāi)挖；鋼板樁圍堰；鋼筋混凝土沉井；井點(diǎn)降水；深層攪拌樁

中鐵十八局集團(tuán)承擔(dān)的津秦客塘沽西跨京津塘高速公路特大橋某段為淤泥質(zhì)軟土區(qū)域，地質(zhì)條件復(fù)雜，上部為0.5m厚的耕植土和粉細(xì)砂，下部為2m厚細(xì)沙和5m左右的中砂。地下水位線(xiàn)在地表以下不到0.5m處。同時(shí)該施工段承臺(tái)施工，基坑需開(kāi)挖5m深左右，但開(kāi)挖過(guò)程受到征地紅線(xiàn)的約束，無(wú)法對(duì)基坑進(jìn)行有效的放坡開(kāi)挖，于是進(jìn)行鋼板樁插打工藝開(kāi)挖、鋼筋混凝土沉井施工工藝開(kāi)挖、井點(diǎn)降水工藝開(kāi)挖、深層攪拌樁工藝開(kāi)挖等典型施工方案的比較，從中選擇合理的鋼板樁圍護(hù)開(kāi)挖方案。

1　工程概況

施工區(qū)域概況見(jiàn)圖1，該施工段內(nèi)處于軟土區(qū)域，承臺(tái)尺寸如圖所示，共3種類(lèi)型?；有栝_(kāi)挖至5m深處(地層情況見(jiàn)圖2)。施工承臺(tái)中1087#、1104#、1111#-1116#采用鋼板樁支護(hù)， 1100#承臺(tái)采用鋼筋混凝土沉井支護(hù)，1076#承臺(tái)采用井點(diǎn)降水開(kāi)挖，924#承臺(tái)采用深層攪拌樁支護(hù)。

圖1 承臺(tái)、便道相對(duì)位置示意圖(單位:mm)

圖2 承臺(tái)施工地層斷面圖

2　承臺(tái)開(kāi)挖方案

(1)鋼板樁插打工藝開(kāi)挖方案

鋼板樁采用拉森Ⅳ型，角樁采用雙片鋼板樁拼接而成，鋼板樁圍堰外形尺寸是根據(jù)承臺(tái)的水平幾何尺寸，各邊再加上不小于1.0m的操作寬度，高度依據(jù)水深，并考慮0.5m的超高和入土深度不小于0.5m來(lái)確定其幾何尺寸。每個(gè)承臺(tái)所需鋼板樁數(shù)量約120片，每個(gè)承臺(tái)的使用周期為15天。經(jīng)該方案的典型施工，鋼板樁圍堰可達(dá)到止砂阻水效果，保證在紅線(xiàn)內(nèi)形成基坑，進(jìn)行承臺(tái)施工并保證便道安全。此方案施工圖如圖3～圖6所示。

當(dāng)承臺(tái)施工完成后，由于承臺(tái)埋深較深，拔除鋼板樁后上部基坑邊緣塌陷至征地邊緣線(xiàn)外，仍然影響到了便道及未征地的農(nóng)田。因此在拔除鋼板樁之后必須再砌筑擋土墻進(jìn)行防護(hù)。

圖3 鋼板樁圍堰施工斷面圖

圖4 拔除鋼板樁圍堰后承臺(tái)斷面圖

圖5 鋼板樁圍堰開(kāi)挖工藝

圖6 鋼板樁開(kāi)挖后基坑邊緣塌陷情況

(2)鋼筋混凝土沉井施工方案

采用鋼筋混凝土沉井施工工藝進(jìn)行典型施工，也可達(dá)到止砂阻水效果，保證在紅線(xiàn)內(nèi)形成基坑，保證承臺(tái)施工和便道安全[1]。鋼筋混凝土沉井采用C40混凝土，壁厚0.4m，縱向鋼筋為Φ16、橫向鋼筋為Φ8，間距為0.15m，設(shè)內(nèi)外兩層護(hù)面筋；沉井幾何尺寸較承臺(tái)每邊大10cm，分上下兩節(jié)，上節(jié)3m高、下節(jié)2m高。1100#承臺(tái)沉井所用C40混凝土69.6m3，鋼筋7.2t。

由于各方面因素，沉井施工無(wú)法形成生產(chǎn)流水線(xiàn)，造成沉井施工工期較長(zhǎng)，每個(gè)沉井的施工工期約30天，將影響總體施工進(jìn)度。該方案施工圖如圖7～8所示。

圖7 鋼筋混凝土沉井施工斷面圖

圖8 開(kāi)挖前的鋼筋混凝土沉井

(3)井點(diǎn)降水方案

該承臺(tái)降水井，受征地紅線(xiàn)和施工便道的限制，只能在大里程和小里程兩個(gè)方向布置，每側(cè)均勻布置四個(gè)。其中降水井的深度為12m，直徑為50cm。

井點(diǎn)降水從開(kāi)始打井到承臺(tái)完成總工期為16天。由于施工周期較長(zhǎng)，且需要從八個(gè)降水井同時(shí)抽水，排水量大，滲透水的外運(yùn)工作十分困難，影響施工進(jìn)度。井點(diǎn)布置圖如圖9～10所示。

圖10為井點(diǎn)降水過(guò)程中基坑塌陷情況，個(gè)別位置的降水機(jī)井均已外露。在抽水過(guò)程中，基坑仍不斷塌陷，需要做相應(yīng)的圍護(hù)措施。不但增大了投入，而且施工效率也很低。

(3)深層攪拌樁工藝開(kāi)挖

以924#承臺(tái)作為典型施工，深層攪拌樁施工按樁徑0.5m，間距0.4m，樁體間相互搭接0.1m(具體見(jiàn)深層攪拌樁相對(duì)位置示意圖)，以增強(qiáng)整體性和防滲性。樁底深入基坑底面下2 m以上，基坑每側(cè)打一排樁。按在承臺(tái)邊線(xiàn)外擴(kuò)1.5 m布樁，根據(jù)實(shí)際的施工情況，一個(gè)10.6×7.2×2.5m的承臺(tái)四周布設(shè)深層攪拌樁115根，約520m，全部鉆孔需要48小時(shí)，深層攪拌樁施工完畢經(jīng)過(guò)七天養(yǎng)護(hù)后，即可開(kāi)挖基坑，不須放坡。該方案布置圖如圖11～12所示。

圖9 井點(diǎn)降水布置圖

圖10 井點(diǎn)降水過(guò)程中基坑塌陷情況

圖11 深層攪拌樁相對(duì)位置示意圖

圖12 深層攪拌樁樁位布置示意圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、地下水位的具體情況，實(shí)際施工的深層攪拌樁存在底部樁身咬合不完整、特別是地下水位線(xiàn)以下部分樁徑無(wú)法保證、樁位控制不嚴(yán)等問(wèn)題，導(dǎo)致止水效果不理想，粉質(zhì)細(xì)砂由樁基縫隙中流出[2]。

深層攪拌樁施工在基坑開(kāi)挖之后要及時(shí)進(jìn)行堵漏，采用速凝水泥砂漿對(duì)攪拌樁樁縫進(jìn)行及時(shí)填補(bǔ)，同時(shí)做好首尾樁接縫處的處理。由于受到機(jī)械設(shè)備施工的影響，施工過(guò)程中有可能會(huì)由于荷載過(guò)大造成攪拌樁突然斷裂發(fā)生基坑坍塌，因此采用攪拌樁施工必須加設(shè)支撐以防止發(fā)生脆性破壞[3]。

3　經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

從以上4種技術(shù)方案進(jìn)行比較中可以得到，采用鋼板樁圍護(hù)進(jìn)行基坑開(kāi)挖和鋼筋混凝土沉井開(kāi)挖是四種方案中效果較好的方法。因此對(duì)這兩種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，以選擇合適的開(kāi)挖方式。

(1)鋼板樁方案

鋼板樁采用租賃的形式，鋼板樁每天的租金：10元/片，租賃周期為5個(gè)月，鋼板樁的運(yùn)輸費(fèi)用：400元/片，鋼板樁的打設(shè)費(fèi)用：548元/片。每個(gè)承臺(tái)所需鋼板樁數(shù)量：120片。每個(gè)承臺(tái)的使用周期為15天，鋼板樁循環(huán)利用約10次。

每個(gè)承臺(tái)的鋼板樁造價(jià)：10元/片×120片×15天+548元/片×120片+400元/片×120片/10次=88560元

(2)鋼筋混凝土沉井方案

單個(gè)沉井主體：69.6m3×402.5元/m3+7.2t×3697.66元/t=54637元

考慮全部下沉到位用時(shí)約一個(gè)月，機(jī)械、人工配合開(kāi)挖、局部糾偏等不確定因素，費(fèi)用約為6萬(wàn)以上。

4　方案選擇

采用混凝土沉井進(jìn)行基坑開(kāi)挖可有效防止基坑塌陷，避免了由于基坑塌陷而侵入農(nóng)田造成不必要的糾紛和損失，在工期允許的情況下，采用該方法是最為有效的。但由于本工程工期緊張，采用混凝土沉井施工技術(shù)勢(shì)必影響到整體進(jìn)度，因此決定采用鋼板樁圍堰支護(hù)，承臺(tái)施工完成拔除鋼板樁后砌筑擋土墻以防止基坑的塌陷。

5　總　結(jié)

通過(guò)對(duì)各項(xiàng)基坑開(kāi)挖方案進(jìn)行比較，選擇滿(mǎn)足施工要求、施工進(jìn)度以及經(jīng)濟(jì)合理的方案實(shí)施。通過(guò)以上各方案的實(shí)施比較，總結(jié)各開(kāi)挖方案的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)今后類(lèi)似工程施工具有一定的參考意義。

[1]王慶中. 侵入既有行車(chē)道的承臺(tái)基坑回填方案優(yōu)化研究[J]. 建筑施工，2015(01):47-48.

[2]仇正中,吳啟和,牛照. 港珠澳大橋埋置式承臺(tái)基坑沖淤試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)港灣建設(shè)，2013(01):34-36.

[3]曾毅. 錨噴豎井在橋墩承臺(tái)基坑中的應(yīng)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

劉秀章(1975-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，大學(xué)，主要從事鐵道、土木工程施工與管理工作。

TU94+

B

1673-0496(2016)03-0012-04

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