HUW施工技術在橋墩深基坑圍護工程中的應用

匡志新，方曉亮，魯輝龍 （中國建筑第八工程局有限公司上海分公司，上海 200125）

1 引言

近年來，隨著我國道路橋梁等基礎設施的大規模建設，建筑物深基坑工程越來越普遍。HUW（型鋼鋼板連續墻）施工技術憑借安全、環保、節能、高效、高止水性等優良特性已在陸地、水上基坑圍護工程的實際施工、大樓基礎、下穿通道、管廊、地鐵、高鐵、大橋等各種環境下的深基坑圍護工程中得到了廣泛運用，但當實際現場基坑較深，地質較差，且對止水要求較高時，施工難度較大[1～5]。本文以102 省道潁泉周棚至李長營段改建工程為背景，對潁河特大橋主橋墩26#墩、27#墩HUW 施工技術基坑圍護的設計、施工組織、施工過程等進行研究，對該工藝的重點和關鍵節點進行具體的分析，為該工藝在類似工程環境下的基坑支護工程提供實踐依據。

2 工程概況

102 省道潁泉周棚至李長營段改建工程潁河特大橋主橋墩26#墩、27#墩都位于潁河邊，一半在河里，另一半在岸上。兩橋墩基坑外形尺寸，長約26m，寬約21m，基坑開挖深度為15m，屬于超深超大基坑。HUW 施工技術樁組合形式采用帶止口的700×300×13×24×L27mH 型鋼與帶止口的865×215×14×L24mU 型板樁組合間距1.2m，形成具有止水功能的型鋼鋼板連續墻即HUW施工技術。內設置4 層鋼支撐，第1、第4鋼支撐采用609×16，鋼圍檁采用雙拼H700×300 型鋼，第2、第3道鋼支撐采用609×16，鋼圍檁采用三拼H700×300型鋼，基坑采用明挖順作施工。

兩橋墩分布河流兩側，橋墩迎水面采用筑島法填筑作業平臺。根據以往潁河一帶橋墩基坑圍護打樁的施工經驗，該河段地質存在“老黏土”的說法，即當樁遇到“老黏土”很難繼續向下推進，由于潁河水流較大，因此對基坑止水要求較高。HUW 施工技術擁有環保、節能、高效的特點，并且采用700×300×13×24H 型鋼和U 型板樁組合剛度較大。HUW 施工技術采用無縫鋼管銑槽，插入圓鋼，基坑開挖時，且U 型板樁張拉時，無縫鋼管管壁和圓鋼弧凸面緊密貼合，獲得了良好的止水效果。本文以上述工程為背景，探討HUW 施工技術在斜拉特大橋橋墩超深超大深基坑圍護工程中的應用。

3 施工方案

3.1 方案確定

由于潁河豐水期水位達+33.620m～35.140m，經設計計算HUW工藝圍護無法滿足豐水期高水位工況計算要求，故建議承臺圍堰及承臺結構施工時間在潁河枯水期低水位情況下施工，施工期水位應低于設計計算水位+28.39m（絕對標高）。而HUW 施工技術是建立在利用定位架確保樁體垂直的一種工藝，H 型鋼和U 型板樁的排序是根據基坑的基本概況，并通過數據計算以及定位架結構來選定最佳組合排序的，確定該施工方案具體排列尺寸，如圖1所示。

圖1 HUW施工技術型鋼組合排序布置圖

3.2 HUW技術的優越性

①該技術施工過程環保、節能、高效。

②采用700×300×13×24 H 型鋼和U型板樁組合剛度較大，維護效果較好。

③止水效果好，HUW 施工技術采用無縫鋼管銑槽，插入圓鋼，基坑開挖時，U 型板樁張拉時，無縫鋼管管壁和圓鋼弧凸面緊密吻合，具備了良好的止水效果。

④HUW 施工技術的基礎數據與基坑設計安全系數驗算較為便捷。

4 HUW技術施工要點

4.1 打樁

根據本工程設計要求，采用H 型鋼長度為27m，U 型板樁長度為24m。接樁焊接采用二氧化碳保護焊，焊接口采用“X”破口雙面焊接，焊縫均勻飽滿，無裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑等缺陷。接樁完成后，整根型鋼彎曲最大撓度不應超過1/500。根據施工現場地質及樁長情況，進行溝槽開挖深度2m 左右。定位架擺放后，通過定位架4 個角設置的液壓油缸調節水平。

首先，起吊H 型樁進入定位架H 型樁槽口內，先靠型鋼自身的重力沉樁，依次插滿H 型樁，喂樁具體步驟為采用兩根Φ20×1.5m 鋼絲繩，25t 自動卸扣起吊喂樁，當樁體進入定位架后，吊車小溝松力后，用力拉自動卸扣繩索，兩根起吊鋼絲繩自動脫落。起吊振動錘夾緊H 型鋼樁樁頂端部并振動型鋼，振動下沉過程中，H 型樁的下沉速度不能過快，應勻速下沉。當H 型鋼樁振動至定位架頂層上方80cm～100cm 時，停止振動，開始下一個H 型樁的施工。每一個H 型樁預留的高度應高低不等，形成上下錯位，有利于U 型板樁的施工和方便保險扣解除。然后將24m 的U 型板樁喂入型鋼的止口內，并利用其重力降至基槽內，再用液壓振動錘依次植入至定位架頂層平面80cm～100cm 處。緊接著將定位架吊走，開始用液壓振動錘送樁。

本工程26#、27#墩承臺HUW 施工技術基坑圍護樁，均采用“高壓旋噴膨潤土參入法”，即采用高壓旋噴引孔，然后在水中摻入一定比例的膨潤土，接著再噴射引孔，克服了“老黏土”施工的難題，順利地完成了打樁任務，為類似工程提供參考依據。型鋼插入具體形式如圖2所示。

圖2 型鋼插入施工圖

4.2 安裝鋼支撐及土方開挖

根據“先支撐，后開挖”的原則，按設計標高安裝圍檁、鋼支撐，接著開始土方開挖，但是在土方開挖至第2道支撐以下，在對27#墩巡察時發現，該基坑中心偏東南角靠近護筒處呈現涌水現象。隨后立即按預案采取應急措施，用7 床棉絮在長挖機的配合下，堵住涌水點。根據此施工疑點和難點，經過嚴密論證，決定先安裝好鋼圍檁，然后對角局部小規模土方開挖，開挖完畢及時將開挖部位的角部鋼支撐安裝到位。按照有角到面邊挖邊支撐的方法，順利地完成了27#墩的4 道鋼支撐安裝及土方開挖至設計標高的疑難任務，具體支撐形式如圖3所示。

圖3 四道鋼支撐安裝施工圖

4.3 止水

HUW 施工技術憑借其結構的獨特性，當基坑土方向下開挖時，基坑外側和基坑里側形成了壓力差，基坑外側土壓力作用在U 型板樁上，迫使U 型板樁向兩側伸張，從而使U 型板樁兩邊的止口（圓鋼）與H 型鋼的止口（60×10 的無縫鋼管）緊緊貼牢，形成了初步的自然止水，實現了HUW 施工技術的止水功能。在施工過程中，有以下止水方式。

①在U 型板樁拉伸后，當圓鋼和無縫鋼管管壁存在微小的間隙時，開挖后，土壤里的水會從縫隙中滲入基坑里側，隨著土壤里的土顆粒或其他微小顆粒逐漸堆積，慢慢地把該縫隙堵住，縫隙滲水也會不治而愈；

②在U 型板樁拉伸后，當圓鋼和無縫鋼管管壁存在較大的間隙時，使土壤里的土顆粒或其他微小顆粒無法堆積，形成了漏水，且通常水壓力較大，可用橡膠皮條卡入縫隙處，或膨脹止水條卡入外加固定，從而達到止水的目的；

③在打樁過程中，由于地質不均勻造成基坑較深處有少量的樁體脫離槽口（U 型板樁的止口與H 型鋼的止口分離）形成叉口，在開叉處用棉絮塞填堵漏，然后再加附鋼板點焊覆蓋。

綜上，本工程26#、27#基坑支護主要依靠HUW 施工技術止水功能，即自然止水和縫隙止水基本上能確保基坑的干施工。基坑內局部出現漏水、叉口等現象，采用以上止水方法均達到了很好的止水效果。

4.4 基坑降水

由于HUW 施工技術有著良好的止水功能，故基坑降水也較為簡單，本工程26#、27#墩基坑采用明排水，均能滿足土方開挖和基坑內其他作業的施工要求。

4.5 封底

土方開挖至基坑底部設計標高后，首先清除圍護壁粘附的泥土，然后用防水卷材貼在圍護壁四周，高度與封底等高。用C25 混凝土澆筑搗實至設計標高，封底完成。

4.6 拆除第4、第3道鋼支撐

由于承臺頂標高超出第3 道鋼支撐80mm，故按照常規施工方案，先拆除第4 道鋼支撐，無法滿足承臺綁扎鋼筋及混凝土澆筑一次性完成。遂考慮第4、第3 道鋼支撐全部拆除，也就是說封底頂標高至第2 道鋼支撐中心軸線懸空約8m。

為了確保基坑的安全，針對上述方案，利用上海同濟啟明星軟件進行驗算，數據結果表明懸空8m，HUW 施工技術剛度能滿足。

在理論數據的指導下，順利地拆除第4 道、第3 道鋼支撐，HUW 施工技術鋼支撐懸空8m，依然堅挺，如圖4所示。

圖4 第4道、第3道鋼支撐拆除后基坑圖

4.7 拆除第2道鋼支撐

承臺澆筑完畢，如直接在裙邊（工作面）圍填土或沙，土或沙圍填沉降后的密實度不足以抵抗圍護結構樁體的變形，導致樁體無法拔除,故在第2道鋼支撐拆除前須設置換撐（傳力帶）。

實際工程在基坑底部圍填土4.5m沉降密實后，再用C30 混凝土裙邊滿槽澆筑厚度30cm，以該混凝土結構用作換撐（傳力帶），經上海同濟啟明星軟件進行驗算，數據結果表明，第2 道鋼支撐拆除后，HUW 施工技術圍護結構樁體的變形度能滿足拔樁要求。

待該基坑裙邊混凝土達到一定的強度（50%以上，形成傳力帶）后，拆除第2道鋼支撐的中間水平撐及第2 道鋼支撐的其他斜支撐，待結構施工形成障礙時，逐一拆除。

4.8 拆除第1道鋼支撐

隨著墩身澆筑至地坪標高以上，基坑的裙邊處進行回填土，回填土大約至第1道支撐和第2道支撐中點處，經過土體密實和沉降后，即可拆除第1 道所有的鋼支撐及鋼圍檁。

4.9 拔樁

第1 道鋼支撐拆除后，已經基本上具備了拔樁條件，然后平整場地、拆除腳手架等，滿足75t 履帶吊正常作業的空間，即可開始拔樁，準備下一工程使用。

5 結語

HUW 施工技術基坑圍護新工藝通過多年的施工實踐，從大樓基礎、下穿通道、管廊、高鐵、地鐵、大橋等各類深基坑支護工程，不論是水上工程，還是陸地工程都是較為適宜的止水施工工藝。尤其是通過本工程斜拉特大橋工程的施工實踐，充分地突顯出了HUW 施工技術的各種優越性，為我國深基坑支護工程優先選用HUW 施工技術基坑圍護，提供了理論和實踐的新篇章。