陸地建橋承臺深基坑圍堰設計驗算與專項施工

李 歡

(中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162)

雁鳴湖大橋修建位置現(xiàn)狀為陸地，采用先修建大橋，后開挖景觀湖——雁鳴湖的施工方式。雁鳴湖大橋主橋橋式為組合鋼箱梁，跨徑為25 m+80 m+35 m的獨塔雙索面無背索混合塔斜拉橋，引橋樁柱式橋墩，樁接蓋梁輕型橋臺，拼裝小箱梁；雁鳴湖大橋孔數(shù)、孔徑為3×25+3×25+(25+80+35)+3×25+2×(4×25)+3×25，橋梁全長646 m，橋梁寬度分別為38.5 m、24 m；雁鳴湖大橋8#-1-2承臺尺寸為15 m×11 m×4 m，原地面標高為27.2 m，承臺設計底標高為19.63 m，基坑開挖深度達8.1 m，屬于深基坑施工，采用拉森FSP-Ⅳ型熱軋鋼板樁圍堰。該文重點介紹橋梁承臺深基坑鋼板樁圍堰的設計驗算與專項施工。

1 鋼板樁的選用

承臺基坑開挖深度8.1 m，采用鋼板樁支護的方式施工。鋼板樁采用拉森FSP-Ⅳ型熱軋鋼板樁，材質(zhì)Q235，截面尺寸400 mm×170 mm，鋼板樁單根長度為15 m。防護鋼板樁樁頂以下1.4 m及3.4 m處各設置一層圍檁，采用雙拼I40a型鋼，內(nèi)撐桿采用φ 400×10 mm 鋼管。

2 工程地質(zhì)

該場地屬淮北河流沖積平原地貌，地勢平坦、開闊，微地貌應為一級階地，第四系覆蓋層厚度>50.00 m。濉溪縣地處安徽淮北平原區(qū)西南部，地勢平坦開闊，地勢從西北向東南傾斜，屬黃淮沖擊平原區(qū)，水系較發(fā)達，河網(wǎng)密布。

3 計算依據(jù)

采用《國家行業(yè)標準—建筑基坑支護技術規(guī)程JGJ120—2012》進行設計計算，并且整體穩(wěn)定驗算采用總應力法。

4 基坑概況

1)土層參數(shù)見表1。

表1 土層參數(shù)表

2)擋墻類型：鋼板樁；嵌入深度：6.7 m；鋼材牌號：Q235；截面高度：0.34 m；截面面積：193.98 cm2；截面慣性矩：30 880 cm4；剪切修正系數(shù)：2；樁間距：0.8 m；被動區(qū)計算寬度：0.8 m。

5 鋼板樁計算

5.1 整體穩(wěn)定驗算

整體穩(wěn)定性驗算見圖1～圖3。

1)挖深1.7m處(圖1):圓心(-0.37,-2.46),半徑17.28m,滑動力308.5kN/m,抗滑力3247.9kN/m。K=3247.9308.5=10.53滿足。2)挖深3.7m處(圖2):圓心(-0.93,-1.29),半徑16.14m,滑動力589.8kN/m,抗滑力2779.8kN/m。K=2779.8589.8=4.71滿足。3)挖深8.1m處(圖3):圓心(-2.3,0),半徑15.03m,滑動力1054.4kN/m,抗滑力2092.2kN/m。K=2092.21054.4=1.98滿足。

5.2 抗傾覆驗算

抗傾覆驗算見圖4～圖6。

1)挖深1.7m處(圖4):挖深H=1.7m時,K應達到1.2。K=4354.2×4.812703.1×4.306=6.92滿足。2)挖深3.7m處(圖5):挖深H=3.7m時,K應達到1.2。K=3063.4×9.675711.6×9.206=4.52滿足。3)挖深8.1m處(圖6):挖深H=8.1m時,K應達到1.2。K=1205.4×9.158711.6×7.206=2.15滿足。

5.3 鋼材強度驗算

6 圍堰施工工藝

6.1 鋼板樁支護開挖承臺基坑施工流程

1)降水井施工；2)鋼板樁位置測量放線；3)插打鋼板樁至合攏；4)開挖基坑土方至圍檁以下50 cm處；5)在鋼板樁上焊接牛腿，安裝圍檁、內(nèi)支撐；6)基坑內(nèi)土方采用分層開挖，每層的開挖深度控制在2 m以內(nèi)；7)對基坑進行監(jiān)測；8)承臺施工；9)基坑土方回填；10)拆除內(nèi)支撐、圍檁，拔出鋼板樁。

6.2 承臺基坑的施工方法

6.2.1 鋼板樁的插打

1)鋼板樁插打施工

鋼板樁應先插打定位角樁，再插打其余中樁。定位角樁插打后，在樁上焊接一道內(nèi)支撐，作為鋼板樁導向架[1]，并設置工字鋼外導向架。

2)鋼板樁合攏

鋼板樁合攏是鋼板樁圍堰施工成敗的關鍵。鋼板樁合攏位置兩側(cè)各剩下幾組時，即應考慮合攏情況，測量合攏段兩端的鋼板樁的傾斜度、樁頂?shù)钠矫嫖恢闷睢俄敻叱唐睢?/p>

6.2.2 圍檁和鋼支撐安裝

鋼板樁插打施工完成后，開挖基坑內(nèi)土方至圍檁底面以下50 cm 處，安裝圍檁及內(nèi)角撐[2]。圍檁及內(nèi)角撐在實際安裝前應在地面進行試拼裝，以保證圍檁及內(nèi)角撐的安裝精度。

6.2.3 承臺基坑開挖

1)鋼板樁防護施工完畢后，挖掘機分層開挖，自卸車往外運輸。基坑開挖過程中需掌握“五個要點”遵循“四個原則”，即“分層、分步、對稱、平衡、限時”[3]、“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”[4]。

2)承臺基坑分層進行開挖，自卸車配合挖機，隨挖隨裝隨運，棄至棄土場，每層開挖深度控制在2 m以內(nèi)。待開挖到承臺墊層設計底標高以上15 cm時，改為人工開挖整平。

3)掏挖樁間土時，由人工配合挖機進行施工，并由專人指揮機械進行操作，以免碰傷樁基。

4)清底：在土方挖掘到位后，在距坡腳50 cm處，抄出水平線，設置水平控制樁，同時由兩端水平控制樁拉通線(用小線或鉛絲)，檢查坑底標高，標高欠挖處進行修整，最后清除槽底土方。

5)基坑底面按承臺基礎設計尺寸各邊擴大不小于100 cm；并滿足基坑周邊設置的排水溝與集水井的需要。當承臺基坑開挖過程中有地下水滲出時，坑底設置300 mm寬300 mm深的排水溝和400 mm×400 mm×500 mm的集水井。在集水井內(nèi)設置污水泵抽排至地面排水溝中。

6.2.4 基坑鋼板樁拔除

采用鋼板樁支護開挖的承臺基坑，回填至低于內(nèi)支撐20 cm時，拆除內(nèi)支撐和圍檁。先用鋼絲繩綁扎固定內(nèi)撐圍檁，再用氣割解除內(nèi)角撐、圍檁和鋼板樁的細部連接，并逐步吊出內(nèi)撐和圍檁。割除內(nèi)支撐的細部連接前，檢查鋼絲繩綁扎鋼管的可靠性，避免內(nèi)撐桿件脫落對作業(yè)人員造成傷害。承臺基坑回填至原地面標高后，使用DZ90振動錘逐根拔除鋼板樁。鋼板樁完全拔除后，用平板車運輸至平整的場地上堆放。

7 結(jié) 論

經(jīng)計算，雁鳴湖大橋圍堰所采用的拉森IV型鋼板樁加內(nèi)支撐的結(jié)構形式受力及變形滿足要求，支撐結(jié)構能夠滿足基坑周邊復雜環(huán)境條件下的施工要求。圍檁和鋼支撐施工過程中需要嚴格控制連接及對接部位的焊接質(zhì)量，內(nèi)支撐體系中的加勁肋板對結(jié)構局部受力有著較大的影響，施工中需密切關注。