淺談特大橋深基坑開挖施工技術

戈 文 武

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司,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箱梁，引橋采用裝配式預應力混凝土小箱梁，簡支結構。下部結構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；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 基坑支護及開挖方式

小里程左幅21號、右幅22號墩承臺同時開挖，大里程左幅22號、右幅23號墩承臺同時開挖，基坑采用拉森鋼板樁圍堰開挖方式。鋼板樁圍堰布置時要預留承臺模板安裝空間，并考慮墩身施工空間，鋼板樁圍堰尺寸設計為長30.4 m×寬21.2 m(鋼板樁長度12 m、寬度為0.4 m倍數)，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；橫撐采用φ630×12 mm螺旋管。鋼板樁圍堰從上到下共設二道內支撐，第一道內支撐布置于鋼板樁頂標高下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

測量班利用已布設好并經監理認可的導線控制網和樁位坐標，放樣出承臺位點，并用水準儀測量承臺位置的地面標高，確定開挖深度。鋼板樁施工時每邊加寬1.5 m，以利于模板安裝及基坑排水。按順序標明鋼板樁的具體樁位，灑灰線標明。

2.4 鋼板樁的吊裝、堆放

2.4.1 鋼板樁吊運

裝卸鋼板樁宜采用兩點吊。吊運時，每次起吊的鋼板樁根數不宜過多，并應注意保護鎖口免受損傷。

2.4.2 鋼板樁堆放

鋼板樁堆放的地點，要選擇在不會因壓重而發生較大沉陷變形的平坦而堅固的場地上，并便于運往打樁施工現場。

2.5 導架的安裝

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，需要設置一定剛度的堅固的導架，亦稱“施工圍檁”。導架采用單層雙面形式，通常由導梁和圍檁樁等組成，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

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

(1)鋼板樁施打前一定要熟悉地下管線、結構物的情況，認真放出準確的支護樁中線；

(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，在鋼板樁的鎖口內涂油脂，以方便打入拔出。

(4)在插打過程中隨時測量監控每塊樁的斜度不超過2%，當偏斜過大不能用拉齊方法調正時，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，要隨時檢測，發現問題，及時處理。基坑開挖后鋼板樁要垂直平順，無嚴重扭曲、傾斜和劈裂現象，鎖口連接要嚴密。沉樁施前必須平整清除地下、地面及高空障礙物。基坑土方和結構施工期間，對基坑周圍土體和支護系統要進行動態觀測，及時解決被發現的問題。

2.6.2 打入方法

為保證鋼板樁打設精度采用屏風式打入法。先用吊車將鋼板樁吊至插樁點處進行插樁，插樁時鎖口要對準，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方向加以控制。為防止鎖口中心平面位移，在打樁進行方向的鋼板樁鎖口處設卡板，阻止板樁位移。同時在施工圍檁上預先算出每塊板塊的位置，以便隨時檢查校正。沉樁中鋼樁下沉速度突然減小，應停止沉樁，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，第三次待導架拆除后打至設計標高。打樁時，開始打設第一、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

為加強鋼板樁墻的整體剛度，沿鋼板樁墻全長均設置圍檁，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鋼管樁進行支撐。兩層內支撐布置須形式一致，支撐圍檁邊梁采用HW 400×400型鋼臥放。為優化結構受力，鋼板樁圍堰四角各設置兩道斜撐，HW400×400型鋼臥放,并在兩道橫撐間用HW100×100H型鋼進行連接。

實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墩承臺底標高為27.69 m(4個承臺底標高最低的)，深基開挖深度為8 m。為確保基坑整體穩定，鋼板樁圍堰從上到下共設二道內支撐。內支撐的布置盡量采用等彎矩布置原則，并考慮施工時承臺基坑開挖的可實施性，第一道內支撐布置于鋼板樁頂標高下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

鋼板樁搭設完畢后，在鋼板樁內布置6個15 m深，使用水泵降水，待井內水位降至8 m深時，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，先機械開挖上部土方，嚴禁開挖設備碰撞支撐結構。開挖至設計標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。同時并在基礎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。在開挖過程中如發現異常情況，應立即停止挖土，并應立即查清原因和采取措施，方能繼續施工。

2.8.3 端頭挖土法

本工程土方開挖使用反鏟挖掘機，采用端頭挖土法：挖土機從基坑(槽)的端頭倒退行駛進行開挖。運土自卸車配置在挖土機的兩側。挖掘機沿挖方邊緣移動時，機械距離邊坡上緣的寬度不得小于1.2 m。在機械施工挖不到的土方，應配合人工隨時進行挖掘，并用手推車把土運到機械挖到的地方，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，一定留足回填用土；多余的土方，應一次運走。

2.8.4 澆筑混凝土墊層

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

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，以便重復使用，拔除鋼板樁前，應仔細研究拔樁方法、順序、時間及土孔處理。先用打拔樁機夾住鋼板樁頭部振動1 min～2 min，使鋼板樁周圍的土松動，產生“液化” ，減少土對樁的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔樁時注意樁機的負荷情況，發現上拔困難 或拔不上來時，應停止拔樁，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：利用振動錘產生的強迫振動，擾動土質，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

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

(2)振打與振拔：拔樁時，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)起重機應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，振動錘連續不超過1.5 h。

3 基坑開挖專項措施

3.1 降水措施

3.1.1 降水井

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

3.1.2 觀測記錄

應及時、準確地記錄觀測井水位，已確定基坑開挖的時間。

3.2 監控措施

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置變形監控點。基坑施工期間每天觀測不少于1次，當發現有危險事故征兆時，應及時通報監理、業主和設計單位，并立即采取相應的加固補強措施，在確保安全的情況下方可繼續施工。

3.2.1 鋼板樁基坑支護變形觀測

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行，分別在鋼板樁、圍檁支撐及河提道路上各布置2個點，作為觀測點。

3.2.2 初始值觀測

基坑開挖前應測得初始值，且不應少于兩次。在基坑開挖過程中每隔4小時觀測一次變形，并及時統計進行觀測成果的匯總，根據《鋼結構設計規范》，變形大于2 cm時應停止作業，查明原因后及時進行加固后方可繼續開挖施工。

3.2.3 變形觀測

基坑施工完畢后進行承臺施工，在承臺施工過程中安排專門測量人員對支護鋼板樁的變形進行觀測，每天測量一次，及時處理測量數據，統計變形量，發現變形后及時通知現場施工人員停止作業，查明原因并及時處理后方可繼續施工。

3.2.4 基坑穩定性檢測

對基坑及周邊地下水進行監測，觀測其是否有管涌、漏水現象。發現位移量過大、出現險情時，應立即停止開挖，并用編織袋裝滿砂或土堆壓坡腳，以控制變形；如出現涌水等現象時立即查明涌水位置并用挖機回填反壓。并在在位移沉降過大區域根據產生原因，進行加固處理。出現邊坡局部漏水時，可采取在該部位打豎向錨管并在管內進行注漿封堵的方法。

4 結 語

橋梁基坑開挖具有安全性高、風險性大，施工難度增加居多因素，因此，基坑開挖也是橋梁施工一項重點部分。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踐中，通過跟蹤觀察和積極探索，總結出了可供參考的實踐經驗，對今后類似橋梁基坑開挖過程起到借鑒的意義。