淺談特大橋深基坑開挖施工技術(shù)

戈 文 武

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 工程概況

本橋主要跨越老萬福河，路線與河道夾角為 65°，采用正交錯孔布置，橋跨布置為左幅：20×30+(80+130+80)+(5×25)+16×30，右幅：16×30+(5×25)+(80+130+80)+20×30，左右幅等寬，橋梁全長 1 502 m。主橋采用懸臂澆筑變截面連續(xù)箱梁，引橋采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，簡支結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)主橋采用空心薄壁墩，引橋采用柱式墩、肋板臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；本橋樁基采用 2.0/1.8/1.6/1.2 m摩擦樁。全橋平面位于R=3 700 m 的左偏圓曲線、左偏緩和曲線、直線段上，墩臺徑向布置，縱斷面位于R=17 000 m 的豎曲線上，縱坡為 1.35/-1.354%，橋面橫坡為單面坡 2%。

2 基坑開挖方案

2.1 基坑支護(hù)及開挖方式

小里程左幅21號、右幅22號墩承臺同時(shí)開挖，大里程左幅22號、右幅23號墩承臺同時(shí)開挖，基坑采用拉森鋼板樁圍堰開挖方式。鋼板樁圍堰布置時(shí)要預(yù)留承臺模板安裝空間，并考慮墩身施工空間，鋼板樁圍堰尺寸設(shè)計(jì)為長30.4 m×寬21.2 m(鋼板樁長度12 m、寬度為0.4 m倍數(shù))，鋼板樁圍堰至承臺外緣距離為1.5 m。

鋼板樁采用圍檁采用HW400×400H型鋼斜撐采用HW400×400H型鋼，Q235材質(zhì)；橫撐采用φ630×12 mm螺旋管。鋼板樁圍堰從上到下共設(shè)二道內(nèi)支撐，第一道內(nèi)支撐布置于鋼板樁頂標(biāo)高下1.0 m處，第二道支撐布置于第一道支撐下2.5 m處。

2.2 工藝流程

施工準(zhǔn)備→測量放樣→樁位清理→打鋼板樁→基坑開挖→開挖、清理基坑→承臺施工。

2.3 測量放樣與定位

測量班利用已布設(shè)好并經(jīng)監(jiān)理認(rèn)可的導(dǎo)線控制網(wǎng)和樁位坐標(biāo)，放樣出承臺位點(diǎn)，并用水準(zhǔn)儀測量承臺位置的地面標(biāo)高，確定開挖深度。鋼板樁施工時(shí)每邊加寬1.5 m，以利于模板安裝及基坑排水。按順序標(biāo)明鋼板樁的具體樁位，灑灰線標(biāo)明。

2.4 鋼板樁的吊裝、堆放

2.4.1 鋼板樁吊運(yùn)

裝卸鋼板樁宜采用兩點(diǎn)吊。吊運(yùn)時(shí)，每次起吊的鋼板樁根數(shù)不宜過多，并應(yīng)注意保護(hù)鎖口免受損傷。

2.4.2 鋼板樁堆放

鋼板樁堆放的地點(diǎn)，要選擇在不會因壓重而發(fā)生較大沉陷變形的平坦而堅(jiān)固的場地上，并便于運(yùn)往打樁施工現(xiàn)場。

2.5 導(dǎo)架的安裝

在鋼板樁施工中，為保證沉樁軸線位置的正確和樁的豎直，要控制樁的打入精度。為防止板樁的屈曲變形和提高樁的貫入能力，需要設(shè)置一定剛度的堅(jiān)固的導(dǎo)架，亦稱“施工圍檁”。導(dǎo)架采用單層雙面形式，通常由導(dǎo)梁和圍檁樁等組成，圍檁樁的間距一般為2.5～3.5 m，雙面圍擦之間的間距不宜過大，一般略比板樁墻厚度大8～15 mm。

2.6 鋼板樁施打

2.6.1 施打要求

鋼板樁施工關(guān)系到施工支護(hù)和安全，是基坑開挖最關(guān)鍵的工序之一，在施工中要注意以下施工有關(guān)要求：

(1)鋼板樁施打前一定要熟悉地下管線、結(jié)構(gòu)物的情況，認(rèn)真放出準(zhǔn)確的支護(hù)樁中線；

(2)打樁前，對鋼板樁逐根檢查，剔除連接鎖口銹蝕、變形嚴(yán)重的鋼板樁，不合格者待修整后才可使用。

(2)打樁前，在鋼板樁的鎖口內(nèi)涂油脂，以方便打入拔出。

(4)在插打過程中隨時(shí)測量監(jiān)控每塊樁的斜度不超過2%，當(dāng)偏斜過大不能用拉齊方法調(diào)正時(shí)，拔起重打。

(5)鋼板樁放線施工和樁頭就位必須正確、垂直。沉樁過程中，要隨時(shí)檢測，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理。基坑開挖后鋼板樁要垂直平順，無嚴(yán)重扭曲、傾斜和劈裂現(xiàn)象，鎖口連接要嚴(yán)密。沉樁施前必須平整清除地下、地面及高空障礙物。基坑土方和結(jié)構(gòu)施工期間，對基坑周圍土體和支護(hù)系統(tǒng)要進(jìn)行動態(tài)觀測，及時(shí)解決被發(fā)現(xiàn)的問題。

2.6.2 打入方法

為保證鋼板樁打設(shè)精度采用屏風(fēng)式打入法。先用吊車將鋼板樁吊至插樁點(diǎn)處進(jìn)行插樁，插樁時(shí)鎖口要對準(zhǔn)，每插入一塊即套上樁帽輕輕錘擊。在打樁過程中，為保證垂直度，用兩臺全站儀在兩個(gè)方向加以控制。為防止鎖口中心平面位移，在打樁進(jìn)行方向的鋼板樁鎖口處設(shè)卡板，阻止板樁位移。同時(shí)在施工圍檁上預(yù)先算出每塊板塊的位置，以便隨時(shí)檢查校正。沉樁中鋼樁下沉速度突然減小，應(yīng)停止沉樁，并將鋼樁向上拔起0.6～1.0 m然后重新快速下沉，如仍不能下沉，就要采取其他措施。

鋼板樁要分幾次打入，第一次由12 m打至8 m，第二次打至4 m，第三次待導(dǎo)架拆除后打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。打樁時(shí)，開始打設(shè)第一、二塊鋼板的打入位置和方向要確保精度，每打入1 m測量一次。

2.7 支撐施工

為加強(qiáng)鋼板樁墻的整體剛度，沿鋼板樁墻全長均設(shè)置圍檁，圍檁用H400型鋼組成，通過焊接固定于鋼板樁上，在兩承臺中間使用φ30鋼管樁進(jìn)行支撐。兩層內(nèi)支撐布置須形式一致，支撐圍檁邊梁采用HW 400×400型鋼臥放。為優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力，鋼板樁圍堰四角各設(shè)置兩道斜撐，HW400×400型鋼臥放,并在兩道橫撐間用HW100×100H型鋼進(jìn)行連接。

實(shí)測目前河道水位高程為32.19 m，大里程主墩工作平臺高程為35.69 m，左幅22墩承臺底標(biāo)高為27.69 m(4個(gè)承臺底標(biāo)高最低的)，深基開挖深度為8 m。為確保基坑整體穩(wěn)定，鋼板樁圍堰從上到下共設(shè)二道內(nèi)支撐。內(nèi)支撐的布置盡量采用等彎矩布置原則，并考慮施工時(shí)承臺基坑開挖的可實(shí)施性，第一道內(nèi)支撐布置于鋼板樁頂標(biāo)高下1.0 m處，第二道支撐布置于第一道支撐下2.5 m處。

2.8 土方開挖

2.8.1 水泵降水

鋼板樁搭設(shè)完畢后，在鋼板樁內(nèi)布置6個(gè)15 m深，使用水泵降水，待井內(nèi)水位降至8 m深時(shí)，開始開挖基坑，但在開挖過程中，仍需不間斷降水。

2.8.2 分層開挖

基坑土方開挖采取分層開挖作業(yè)，先機(jī)械開挖上部土方，嚴(yán)禁開挖設(shè)備碰撞支撐結(jié)構(gòu)。開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后避免超挖擾動基底原狀土，最后采用人工挖除基底的暫留層(100 mm)的土方和基坑槽剩余土方。同時(shí)并在基礎(chǔ)邊線外開挖排水溝及集水井，用水泵排水，防止基坑積水，影響基底承載力。在開挖過程中如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即停止挖土，并應(yīng)立即查清原因和采取措施，方能繼續(xù)施工。

2.8.3 端頭挖土法

本工程土方開挖使用反鏟挖掘機(jī)，采用端頭挖土法：挖土機(jī)從基坑(槽)的端頭倒退行駛進(jìn)行開挖。運(yùn)土自卸車配置在挖土機(jī)的兩側(cè)。挖掘機(jī)沿挖方邊緣移動時(shí)，機(jī)械距離邊坡上緣的寬度不得小于1.2 m。在機(jī)械施工挖不到的土方，應(yīng)配合人工隨時(shí)進(jìn)行挖掘，并用手推車把土運(yùn)到機(jī)械挖到的地方，以便在抄平后，由人工挖出。挖基坑的土方，在場地有條件堆放時(shí)，一定留足回填用土；多余的土方，應(yīng)一次運(yùn)走。

2.8.4 澆筑混凝土墊層

基坑開挖至墊層底標(biāo)后，及時(shí)澆筑混凝土墊層，避免基底長時(shí)間暴曬或遭受雨水浸泡。基坑邊設(shè)置擋水壩，防止地表水和雨水流入基坑。并在基坑周圍做好施工防護(hù)圍擋，保證人員及車輛通行安全。基坑內(nèi)的人員上下口應(yīng)設(shè)置爬梯。

2.9 鋼板樁的拔除

承臺施工完畢基坑回填后，要拔除鋼板樁，以便重復(fù)使用，拔除鋼板樁前，應(yīng)仔細(xì)研究拔樁方法、順序、時(shí)間及土孔處理。先用打拔樁機(jī)夾住鋼板樁頭部振動1 min～2 min，使鋼板樁周圍的土松動，產(chǎn)生“液化” ，減少土對樁的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔樁時(shí)注意樁機(jī)的負(fù)荷情況，發(fā)現(xiàn)上拔困難 或拔不上來時(shí)，應(yīng)停止拔樁，先振動1 min～2 min后再往下錘0.5 m～1.0 m再往上振拔。

2.9.1 拔樁方法

本工程拔樁采用振動錘拔樁：利用振動錘產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動，擾動土質(zhì)，破壞鋼板樁周圍土的粘聚力以克服拔樁阻力，依靠附加起吊力的作用將樁拔除。

2.9.2 拔樁注意事項(xiàng)

(1)拔樁起點(diǎn)和順序：對封閉式鋼板樁墻，拔樁起點(diǎn)應(yīng)離開角樁5根以上。可根據(jù)沉樁時(shí)的情況確定拔樁起點(diǎn)，必要時(shí)也可用跳拔的方法。拔樁的順序最好與打樁時(shí)相反。

(2)振打與振拔：拔樁時(shí)，可先用振動錘將板樁鎖口振活以減小土的粘附，然后邊振邊拔。對較難拔除的板樁可先用振動錘將樁振下100～300 mm，再交替振拔、振打。

(3)起重機(jī)應(yīng)隨振動錘的啟動而逐漸加荷，起吊力一般略小于減振器彈簧的壓縮極限。

(4)供振動錘使用的電源為振動錘本身額定功率的1.2～2.0倍。

(5)對引拔阻力較大的鋼板樁，采用間歇振動的方法，每次振動15 min，振動錘連續(xù)不超過1.5 h。

3 基坑開挖專項(xiàng)措施

3.1 降水措施

3.1.1 降水井

擬在主墩承臺布置6個(gè)降水井，降水井內(nèi)徑為500 mm，深度為15 m。降水井在承臺開挖之前鉆成，鉆機(jī)成孔清空后，使用透水水泥管作為井管，使用5.5 kW水泵進(jìn)行進(jìn)行24 h不間斷降水。

3.1.2 觀測記錄

應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確地記錄觀測井水位，已確定基坑開挖的時(shí)間。

3.2 監(jiān)控措施

因該承臺位于老萬福河二灘地上，所以基坑開挖后在基坑四周及河堤上設(shè)置變形監(jiān)控點(diǎn)。基坑施工期間每天觀測不少于1次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，應(yīng)及時(shí)通報(bào)監(jiān)理、業(yè)主和設(shè)計(jì)單位，并立即采取相應(yīng)的加固補(bǔ)強(qiáng)措施，在確保安全的情況下方可繼續(xù)施工。

3.2.1 鋼板樁基坑支護(hù)變形觀測

基坑開挖過程變形觀測是在基坑第一道圍檁支撐施工完畢后進(jìn)行，分別在鋼板樁、圍檁支撐及河提道路上各布置2個(gè)點(diǎn)，作為觀測點(diǎn)。

3.2.2 初始值觀測

基坑開挖前應(yīng)測得初始值，且不應(yīng)少于兩次。在基坑開挖過程中每隔4小時(shí)觀測一次變形，并及時(shí)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行觀測成果的匯總，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，變形大于2 cm時(shí)應(yīng)停止作業(yè)，查明原因后及時(shí)進(jìn)行加固后方可繼續(xù)開挖施工。

3.2.3 變形觀測

基坑施工完畢后進(jìn)行承臺施工，在承臺施工過程中安排專門測量人員對支護(hù)鋼板樁的變形進(jìn)行觀測，每天測量一次，及時(shí)處理測量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)變形量，發(fā)現(xiàn)變形后及時(shí)通知現(xiàn)場施工人員停止作業(yè)，查明原因并及時(shí)處理后方可繼續(xù)施工。

3.2.4 基坑穩(wěn)定性檢測

對基坑及周邊地下水進(jìn)行監(jiān)測，觀測其是否有管涌、漏水現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)位移量過大、出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，應(yīng)立即停止開挖，并用編織袋裝滿砂或土堆壓坡腳，以控制變形；如出現(xiàn)涌水等現(xiàn)象時(shí)立即查明涌水位置并用挖機(jī)回填反壓。并在在位移沉降過大區(qū)域根據(jù)產(chǎn)生原因，進(jìn)行加固處理。出現(xiàn)邊坡局部漏水時(shí)，可采取在該部位打豎向錨管并在管內(nèi)進(jìn)行注漿封堵的方法。

4 結(jié) 語

橋梁基坑開挖具有安全性高、風(fēng)險(xiǎn)性大，施工難度增加居多因素，因此，基坑開挖也是橋梁施工一項(xiàng)重點(diǎn)部分。通過以上施工方法的探索，在老萬福河特橋梁施工較為成功。在基坑開挖的施工實(shí)踐中，通過跟蹤觀察和積極探索，總結(jié)出了可供參考的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對今后類似橋梁基坑開挖過程起到借鑒的意義。