公路橋梁深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

文章以某橋梁工程為例，結(jié)合項(xiàng)目地質(zhì)條件、水文環(huán)境，選擇應(yīng)用拉森鋼板樁進(jìn)行圍護(hù)施工，并對(duì)拉森鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)方案與效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明：通過(guò)應(yīng)用拉森鋼板樁圍護(hù)施工技術(shù)，可顯著提升橋梁施工質(zhì)量與安全性，值得推廣應(yīng)用。

深基坑；圍護(hù)；拉森鋼板樁；監(jiān)測(cè)

U445.4A401403

作者簡(jiǎn)介：

劉祖軍（1977—），副教授，研究方向：交通土建工程。

0" 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度持續(xù)加快，公路橋梁工程建設(shè)數(shù)量與規(guī)模均顯著增加。在很多橋梁工程施工中，深基坑體量大，施工環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)隱患較多，為提升現(xiàn)場(chǎng)施工安全與施工質(zhì)量，需對(duì)深基坑圍護(hù)施工技術(shù)措施進(jìn)行創(chuàng)新。橋梁工程深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度一般在7 m以上，基坑兩側(cè)地勢(shì)陡峭，如果在基坑施工中發(fā)生坍塌事故，不僅會(huì)危害項(xiàng)目建設(shè)的順利開(kāi)展，同時(shí)還可能會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡事故。只有加強(qiáng)橋梁深基坑圍護(hù)施工技術(shù)創(chuàng)新與管理，才能夠保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)具備較強(qiáng)的承載能力與穩(wěn)定性，承受周邊土壤結(jié)構(gòu)的載荷應(yīng)力。因此，對(duì)橋梁工程深基坑圍護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行深入研究意義重大。

1" 主橋概況

在某公路橋梁工程施工中，起訖點(diǎn)樁號(hào)為K57+407～K58+619，橋梁建設(shè)總長(zhǎng)度為1 212 m。在該橋梁施工中，13#～16#墩采用“70 m+120 m+70 m”連續(xù)剛構(gòu)橋施工方案，而14#、15#主墩的左右兩幅分別建設(shè)一個(gè)承臺(tái)結(jié)構(gòu)，承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為16.5 m×16.5 m×4 m。通過(guò)對(duì)工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，14#、15#墩承臺(tái)底標(biāo)高分別為10.837 m、10.784 m，見(jiàn)圖1。在該橋梁工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工中，采用樁基礎(chǔ)施工方案，在各個(gè)承臺(tái)下，均需進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，共計(jì)16個(gè)鉆孔灌注樁，樁體直徑為1.8 m，長(zhǎng)度為60 m。另外，在承臺(tái)澆筑施工中，選用C30混凝土，混凝土用量為1 089 m3，鋼筋材料用量為89 t。

2" 橋梁工程地質(zhì)條件

2.1" 地形、地貌及地質(zhì)條件

通過(guò)對(duì)該橋梁工程建設(shè)場(chǎng)地進(jìn)行勘查，地形地勢(shì)平坦，屬于工程地質(zhì)Ⅰ區(qū)，上部覆蓋黏土、礫石、細(xì)砂等，特殊地質(zhì)主要為軟土，主要分布于地層的中部以及上部，屬于平原場(chǎng)地。

在鋼板樁施工中，需入土穿越軟土層，并深入下層黏土層中。通過(guò)對(duì)15#墩周邊地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘查，其地質(zhì)斷面如圖2所示。

2.2" 氣象條件

該橋梁工程建設(shè)場(chǎng)地氣候條件屬于北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，夏季溫度高，冬季氣溫比較低，四季分明。當(dāng)?shù)厝昶骄鶜鉁貫?6.8 ℃～17.5 ℃。結(jié)合近三十年來(lái)氣象資料，每年平均降雨量為1 269 mm，夏季降水量豐富，冬季降水量比較少。

2.3" 水文條件

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，主河槽寬度為77 m，底部高程為10.784 m，河床地面高程為16.2～19.6 m。兩岸防洪堤和河床堤之間的高度差為8～10 m。另外，堤頂?shù)母叱虨?8.24～30.41 m。

3" 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方案

對(duì)該橋梁工程建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)條件、水文條件以及氣候環(huán)境資料進(jìn)行全面分析發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)條件較為復(fù)雜。綜合考慮施工環(huán)境、技術(shù)條件等，在橋梁柱墩承臺(tái)深基坑施工中，選用拉森鋼板樁圍護(hù)施工技術(shù)方案，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，

初步確定鋼板樁的長(zhǎng)度為21 m。

在深基坑施工中搭設(shè)鋼套筒圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可顯著提升施工現(xiàn)場(chǎng)安全性［1］。然而，該橋梁工程主橋橋墩所處位置河床高度比較大，在枯水期，河床裸露在外。另外，橋墩間距在100 m以上，可在橋墩之間構(gòu)筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不會(huì)對(duì)正常通航造成不良影響。與鋼套筒圍護(hù)結(jié)構(gòu)相比，施工成本比較低。因此在本次橋梁工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑施工中，采用“填土筑島+鋼板樁支護(hù)”圍護(hù)施工方案。

3.1" 導(dǎo)向安裝

對(duì)該橋梁工程14#、15#墩鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)選擇在枯水期開(kāi)展施工，可充分利用筑島平臺(tái)作為安裝平臺(tái)，首先插入兩個(gè)鋼板樁發(fā)揮定位作用，隨后在鋼板樁的兩側(cè)，需安裝HN700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼，發(fā)揮導(dǎo)向作用，便于在鋼板樁安裝中對(duì)垂直度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)保證平面位置準(zhǔn)確性。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)布置方案如圖3所示。

3.2" 鋼板樁插打

3.2.1" 鋼板樁的插打及定位

在上述準(zhǔn)備工作完成后，采用平板車沿棧橋?qū)摪鍢哆\(yùn)輸至橋墩周邊，再利用吊車進(jìn)行吊運(yùn)，根據(jù)工程設(shè)計(jì)方案中所規(guī)定的順序堆碼。該工程基坑圍護(hù)使用中選用超長(zhǎng)拉森鋼板樁，由于長(zhǎng)度偏大，跨中撓度較大，在安裝與施工中容易發(fā)生變形，需對(duì)短邊方向進(jìn)行吊裝，避免對(duì)鋼板樁結(jié)構(gòu)整體造成破壞。對(duì)于鋼板樁堆碼層數(shù)，需控制在4層以內(nèi)，在各層之間采用木墊間隔［2］。

對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線，確定溝槽開(kāi)挖位置，并應(yīng)用定位導(dǎo)向，對(duì)鋼板樁插打位置進(jìn)行控制。河灘為軟土地層，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載能力較差，需采用履帶運(yùn)輸車輛，避免在鋼板樁運(yùn)輸與吊裝中發(fā)生塌陷。鋼板樁長(zhǎng)度為21 m，吊裝半徑大，綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況，選用80 t履帶吊，保證插打施工的順利進(jìn)行。

第一片鋼板樁是圍巖施工質(zhì)量控制的重要依據(jù)，起吊鋼板樁，隨后現(xiàn)場(chǎng)施工人員做好調(diào)控，將樁背與導(dǎo)向架緊密貼合，再利用鋼管抵觸樁面，將鋼板樁緩慢打入1 m深度，然后松開(kāi)鋼管。在鋼板樁插打控制方面，可在導(dǎo)向上安裝限位卡，避免鋼板樁發(fā)生位移，如圖4所示。

3.2.2" 合龍施工

將邊角樁作為合龍點(diǎn)，避免在合龍過(guò)程中出現(xiàn)偏差；同時(shí)，便于對(duì)兩側(cè)鋼板樁間距進(jìn)行調(diào)控。在合龍操作之前，合龍每一側(cè)需預(yù)留3片鋼板樁，在合龍前無(wú)須插打，根據(jù)鋼板樁寬度以及模數(shù)，對(duì)合龍樁進(jìn)行測(cè)量與放線，確定合龍方向。

在拉森鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工中，需多片鋼板樁拼接合龍，如果在鋼板樁插打過(guò)程中出現(xiàn)偏差，則無(wú)法順利完成合龍。因此，在鋼板樁插打過(guò)程中，必須嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)方案加強(qiáng)鋼板樁打設(shè)位置控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差并糾正。如果在鋼板樁合龍過(guò)程中，鋼板樁插打位置出現(xiàn)偏差，并無(wú)法糾正，則可聯(lián)合應(yīng)用特制楔形樁，對(duì)樁模數(shù)、長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，如圖5所示。

3.2.3" 鋼圍檁及內(nèi)支撐施工

在該橋梁工程鋼圍堰內(nèi)撐體系施工中，需根據(jù)鋼板樁豎向方向設(shè)置三道，在頂層鋼圍檁制作中，采用2HN700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼，而對(duì)于第二層以及底層鋼圍檁，需采用3HN700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)為609 mm×16 mm鋼管［3］。

對(duì)于基坑回填作業(yè)時(shí)間，必須控制在豐水期到來(lái)之前。為加快施工進(jìn)度，對(duì)于圍檁以及內(nèi)撐體系，可在工廠生產(chǎn)加工，然后分段運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)安裝。安裝施工前，在鋼板樁表面需明確標(biāo)注標(biāo)高控制線，便于安裝質(zhì)量控制。

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部土體開(kāi)挖或者抽水施工中，當(dāng)達(dá)到各層內(nèi)支撐以下50～100 cm后，需及時(shí)安裝鋼圍檁，并設(shè)置內(nèi)支撐。對(duì)于鋼圍檁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)壁之間的縫隙，可采用木楔或者鋼板塞緊，避免對(duì)鋼圍檁受力狀態(tài)造成不良影響。

3.2.4" 圍堰內(nèi)挖土、吸泥

3.2.4.1" 透水層以上土體開(kāi)挖

在鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，對(duì)于透水層以上土體結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用挖掘機(jī)開(kāi)挖，采用分段、分層開(kāi)挖方式，再利用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)將開(kāi)挖土體運(yùn)輸至圍護(hù)結(jié)構(gòu)以外。對(duì)于邊角區(qū)域，組織施工人員開(kāi)挖。

3.2.4.2" 透水層以下土體開(kāi)挖

橋梁工程建設(shè)區(qū)域，河床軟土地質(zhì)較為常見(jiàn)，在土體開(kāi)挖施工中，滲水問(wèn)題比較嚴(yán)重。對(duì)此，在深基坑開(kāi)挖施工中，需及時(shí)應(yīng)用吸泥機(jī)，從基坑四周向中間部位移動(dòng)并吸泥，在達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將泥沙運(yùn)輸至河岸的沉淀池中處理。

3.2.5" 圍堰封底

3.2.5.1" 封底施工平臺(tái)搭設(shè)

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)封底混凝土澆筑施工中，需搭設(shè)施工平臺(tái)，可應(yīng)用頂層鋼圍檁。同時(shí)，在橫橋向可利用2根橫梁搭設(shè)，封底平臺(tái)以及混凝土灌注導(dǎo)管的布置形勢(shì)如圖6所示，而封底平臺(tái)的立面結(jié)構(gòu)如圖7所示。對(duì)于新增橫梁和下部支撐結(jié)構(gòu)之間，可應(yīng)用焊接施工方式進(jìn)行連接。在平臺(tái)頂面，采用工字鋼，并搭設(shè)腳手板，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)封底施工中，即可作為施工人員走道［4］。

3.2.5.2" 導(dǎo)管及測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)封底混凝土灌注施工中，應(yīng)用垂直提升導(dǎo)管灌注施工方案，所需設(shè)備與材料包括混凝土儲(chǔ)料斗、絲口式剛性導(dǎo)管等。導(dǎo)管的壁厚為12 mm，直徑為300 mm。在導(dǎo)管拼接中，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的長(zhǎng)度為3 m。在灌注施工前，首先需開(kāi)展水密承壓試驗(yàn)、導(dǎo)管接頭抗拉試驗(yàn)等，在經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員檢測(cè)合格后，即可下放導(dǎo)管，為后續(xù)混凝土灌注施工提供保障。

3.2.5.3" 澆注順序

混凝土灌注中，在縱橋向，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)向中間澆筑，而在橫橋向，從下游逐漸向上游灌注，保證一次澆筑完成。在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用大料斗，對(duì)于第一排管道，需從兩側(cè)向中間拔球并封底，隨后再將大料斗轉(zhuǎn)移至其他排逐層封底。在澆筑至設(shè)計(jì)封底頂面標(biāo)高后，即可拔出第一排導(dǎo)管，當(dāng)多個(gè)斷面混凝土澆筑厚度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，即可依次拔出各排導(dǎo)管。

3.2.5.4" 圍護(hù)內(nèi)抽水

在混凝土灌注完成后，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的75%后，即可應(yīng)用水泵，抽出深基坑中的積水。如圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)依然有少量積水，可采用導(dǎo)流方式引入至施工現(xiàn)場(chǎng)集水坑中。

4" 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測(cè)

4.1" 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50497-2009），在橋梁工程基坑施工完成后，需加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，判斷施工效果。綜合考慮各項(xiàng)技術(shù)條件，在該工程施工完成后，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系軸力進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)［5］。

4.2" 支撐軸力監(jiān)測(cè)方法

對(duì)于每一道支撐結(jié)構(gòu)，可布置三個(gè)鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)于第一道以及第二道支撐監(jiān)測(cè)點(diǎn)，要求布置在相同位置，而對(duì)于第三道支撐，可根據(jù)圖8所示設(shè)置，共包含9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為ZL1～ZL9。

在放置軸力計(jì)之前，需在監(jiān)測(cè)區(qū)域預(yù)埋安裝架，與鋼板焊接，隨后在內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)以及圍檁接觸部位端部，設(shè)置軸力計(jì)。如圖9所示。

4.3" 軸力監(jiān)測(cè)

在本次軸力監(jiān)測(cè)中，依據(jù)對(duì)稱性原則，在第一層，選擇ZL1點(diǎn)和ZL2點(diǎn)；在第二層，選擇ZL4點(diǎn)和ZL5點(diǎn)；在第三層，選擇ZL7點(diǎn)和ZL8點(diǎn)。根據(jù)監(jiān)測(cè)所得結(jié)果繪制軸力變化曲線如圖10所示。

通過(guò)對(duì)圖10進(jìn)行分析，在第二道撐安裝完成后，第一道撐ZL1以及ZL2兩點(diǎn)的軸力逐漸增加，在完成第三道撐安裝時(shí)，軸力達(dá)到最大值，ZL1點(diǎn)為674 kN，而ZL2點(diǎn)為539 kN，隨后均逐漸降低，并趨于穩(wěn)定。

在封底后，第二道撐ZL4以及ZL5兩點(diǎn)的軸力顯著增加，并達(dá)到最大值，ZL4點(diǎn)為1 236 kN，而ZL5點(diǎn)為1 123 kN，隨后均逐漸降低，并趨于穩(wěn)定。

上述現(xiàn)象的原因在于，在下一層撐施工完成后，還需進(jìn)行基坑土體開(kāi)挖，在土體開(kāi)挖施工中，土壓力逐漸下移，下層撐承受軸力，隨后上層撐軸力逐漸降低，并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

5" 結(jié)語(yǔ)

綜上，本文選擇某橋梁工程作為研究對(duì)象，對(duì)橋梁深基坑圍護(hù)施工技術(shù)方案進(jìn)行分析，結(jié)合本工程地質(zhì)勘查所得結(jié)果、施工技術(shù)條件，選用超長(zhǎng)拉森鋼板樁進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、安全性要求，制定21 m超長(zhǎng)拉森鋼板樁圍護(hù)施工方案。在深基坑開(kāi)挖施工中，支撐軸力不斷增加，在開(kāi)挖至深基坑底部后，底部支撐軸力達(dá)到最大值。根據(jù)本文實(shí)踐研究，鋼板樁技術(shù)在橋梁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工中所發(fā)揮的效果顯著，值得推廣。

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20240320