某特大橋承臺深基坑施工技術研究

竇宏宇

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 前言

隨著我國經濟與技術的發展，為了滿足交通的需求，大跨度橋梁的設計與建造逐漸增多。承臺作為承受、分布由墩身傳遞的荷載，對橋梁的承載能力有直接的影響，尤其對于特大橋而言，對承臺的施工質量和技術要求也就越高。特大橋的深基坑承臺施工具有施工難度大、技術復雜、受環境影響較大的特點，針對這種特殊的工程需要更為具有針對性的、有效的施工方案指導施工。

陳昆等對深基坑周圍土體卸載現象進行了研究，利用監測值驗證了其方法的科學性，并總結了相對應的方法用作基坑計算。艾鴻濤對于基坑在開挖周圍存在地鐵隧道的情況進行了研究，研究結果表明，這種周圍環境的影響不可忽視。汪志強等對基坑開挖對于周邊環境的影響進行了研究，并基于現場監測結果總結其影響規律。史春樂等研究認為，基坑開挖對于建筑群的影響與單一建筑的影響有很大區別。左殿軍、趙笑男采用數值模擬方法對基坑開挖進行了分析。

本文結合工程實際，對深基坑承臺施工這種高難度施工作業的具體施工方案進行闡述，同時，為保證其施工的質量與安全，采用有限元對鋼板樁施工進行有限元模擬。

2 工程概況

哈爾濱某新建快速路工程，地處嚴寒凍脹地段，其中某承臺結構主體外輪廓最大平面尺寸為14.6m×10.6m，深基坑深度為6.2m，承臺采用鋼板樁基坑支護進行開挖施工。承臺尺寸為14.6m×10.6m×3m，地質結構自上而下第一層粉質粘土，約1.5m，承載力60kPa，第二層中砂，約1m，承載力200kPa，第三層細圓粒土2.8m，承載力250kPa，第四層以下為全風化花崗巖，承載力300kPa。

3 施工方案

采用拉森Ⅳ型鋼板樁進行支護，鋼板樁長度為12m，鋼板樁采用履帶式打板機打設，打設完成后挖除部分土方，設置一道布置在距鋼板樁頂面2.0m 處。基坑開挖前要周全的準備好施工前期工作，提前考慮預測開挖過程中可能遇到的問題，例如，人工開挖和機械開挖是否沖突，深基坑不同土層開挖方式。開挖時采用雙鉤機上下同時開挖，基坑成型后如坑內滲水應及時對基坑進行排水，并迅速施工混凝土墊層，原槽澆筑，避免基礎澆筑之前持力層長時間暴露大氣、泥水污染，便于清潔。

3.1 鋼板樁施工

（1）前期準備工作。在施打鋼板樁之前，先用裝載機和挖機配合將表土剝離運至存土場，并將地面整平，然后進行鋼板樁施工。平整施工場地，測量精確放樣出基坑的四個角點外擴1m，打上木樁并撒上石灰線。鋼板樁施工是最關鍵的施工步驟之一，其關系到基坑支護的安全性，施工前要明確所處位置的地下管線情況，打樁過程中，時刻監測鋼板樁的誤差不超過規范值。鋼板樁打設完成后，挖土至牛腿底部，在基坑內壁的鋼板樁上焊接牛腿，牛腿頂面高度設置在同一平面上，在牛腿上設置32a 雙拼工字鋼圍檁，圍檁橫橋向長度為12m，順橋向長度為9m，接口處采用焊接，工字鋼接長處采用滿焊，并在接縫外側設置幫條鋼板，接口處錯開布置，如圖1 所示。

圖1 鋼板樁支護示意圖

采用屏風式打發進行打樁，這樣的方法使得精度更高，將鋼板樁放置在規定位置，輕輕錘擊，使用全站儀對其位移進行監測控制。在打樁方向的鋼板樁鎖口處設卡板，防止板樁偏移。

（2）基坑開挖。挖至原地面至圍檁底土方后，開挖剩余土方，流出20cm 以內的土層，剩下的采用人工挖土的方法進行清除至10cm，清除完畢過后，采用小型夯實機夯至基底。水排至基坑外便道側排水溝中。待基坑水降低后，繼續用挖掘機挖除基坑土，挖除過程中隨時測量承臺底標高，防止超挖。

（3）基坑回填。承臺施工完畢后，必須在承臺混凝土強度達到設計強度的75%，并瀝青渣油等隱蔽工程驗收合格后進行回填。回填前排除基坑內積水，地下水位以下基坑及強風化、弱風化巖石巖面以下基坑釆用粉黏粒含量不小10%的中粗砂或卵礫石回填，余釆用原狀土回填，壓實系數K 不小于0.86。以免形成積水。其回填厚度不大于30cm 并用電動沖擊夯層層夯實，回填過程中，應防止水的侵害。回填高度為原地面高度。

（4）鋼板樁的拔除。在基坑回填完畢后，進行鋼板樁的拔除工作，注意拔除的順序。以免由于拔樁的振動影響與拔樁帶土過多會引起地面沉降和位移，給己施工的地下結構帶來危害。為了減少拔除工程中的“帶土現象”，采用灌水、灌沙的方法進行處理，拔除時，采用拔樁機夾住樁頭進行震動，以震落樁周圍附著的泥土，減小摩擦力，然后輕輕地向上拔除，此時，時刻注意拔樁機的情況，當出現拔樁困難的情況，立刻停止，繼續震動2min 后再嘗試拔除，若還是拔除困難，重復該步驟幾次即可。

3.2 承臺施工

采用水準儀測量樁頂高程，并用紅油漆將樁頂鑿除部分做好標記；樁頭鑿除前，用切割機在測量好的標高位置進行環切，環切深度控制在5cm，環切后人工用風鎬鑿除樁基鋼筋籠主筋外側的混凝土，將樁基鋼筋與樁頭混凝土剝離后，將樁頭在環切處剔除；樁基采用低應變法進行檢測，檢測前將樁基頂面按照等邊三角形打磨3 個碗口大小的平面，由檢測機構對樁基的成樁質量進行檢測，合格后施工承臺；采用全站儀采用極坐標法放樣出承臺的邊線，用水泥釘將邊線點釘在墊層混凝土表面，用墨線彈出承臺鋼筋的擺放邊線；承臺鋼筋在1#鋼筋場地集中加工，運至現場后人工安裝，鋼筋安裝前，先將墊層表面清理干凈，并用尺子排好鋼筋的擺放位置，按照排好的位置將鋼筋按編號依次綁扎成型，并將底部墊好墊塊設置好保護層，在每根樁的主筋上設置一根接地鋼筋，并引至墩身內；承臺模板安裝：模板使用前將表面打磨干凈，涂刷脫模劑，承臺模板采用9015 標模，M12 螺栓對接，接縫處用雙面膠條密封，模板背后采用φ50 鋼管縱橫向加固，對拉筋對拉，立管間距0.6m，橫管間距0.9m，模板加固完成后，測量混凝土頂面高程，并用油漆將混凝土澆筑高度標記在模板四周。

承臺內預埋塔吊基礎預埋件和連續梁支架預埋件，按設計圖紙要求在相應位置埋設，并加固完成后報請監理單位現場檢查驗收，合格后澆筑承臺混凝土；承臺混凝土澆筑：澆筑前在橫橋向設置測溫點4 處，采用φ50mm 鋼管插入承臺底以上0.5m 處，用于養護期間測試溫度，承臺混凝土澆筑選擇在一天中溫度較低的時段進行，作用是降低混凝土水化熱的升溫速率，混凝土在1#拌合站集中拌制，泵車泵送入模，插入式振搗器人工振搗，混凝土澆筑時采取分層澆筑，每層厚度控制在0.3m，澆筑至冷卻管以上時，將冷卻管內注入循環水對混凝土芯部進行降溫，注入的水溫與混凝土的溫度不超過20℃，并確保混凝土的最高溫度不超過65℃，澆筑時現場制作養護試件，標養2 組，同養3 組。

混凝土澆筑完成后，對其表面進行灑水養護，強度＞2.5MPa 后將表面進行覆蓋養護，混凝土測溫每晝夜進行4 次，每次分別測量混凝土底部、中部、上部、表面和環境溫度共5 個值，當混凝土表面溫度與環境溫度差不大于20℃，且能滿足模板拆除后棱角不受損傷，可將模板拆除。模板由人工進行拆除，先將拉筋處螺栓卸下，將模板背部的鋼管卸下后，再逐塊拆除承臺四周的模板，然后切除混凝土表面的拉筋，涂刮瀝青油渣，瀝青油渣厚度為1.0cm。

4 鋼板樁有限元計算

4.1 鋼板樁截面等效

Midas 有限元軟件中板單元截面體現在“厚度”操作上，本項目中由于拉森Ⅳ型的鋼板截面在建模中存在建模煩瑣等問題，因而在建模前根據慣性矩相等的原則將拉森截面等效為矩形截面，具體操作，如圖2 所示。

圖2 拉森截面轉換示意圖

由于拉森截面采用鎖扣連接，因而采用在單位寬度內慣性矩相等的原則。查表得到拉森Ⅳ型的鋼板截面單位寬度（1m）慣性矩I=39600cm4。假設矩形截面的高度h，因而有式：

式中，b=100cm。因而得到h=16.8cm。得到等效截面后，建立板厚度。本項目中的鋼板樁以殼單元形式建立，將單元網格尺寸確定為400mm×500mm，如圖3 所示。

圖3 模型建立

4.2 有限元分析結果

對于鋼板樁強度、圍檁強度、斜撐強度以及鋼板樁的剛度有限元分析結果如圖4 所示。

圖4 鋼板樁有限元分析結果根據分析結果可

得出，鋼板樁最大應力為51.9MPa<271MPa，滿足規范要求；圍檁（雙拼工36a）最大組合應力為187.2MPa<215MPa，最大剪應力為42.8MPa<215MPa，滿足規范要求；斜撐（雙拼工36a）最大組合應力為131.8MPa<215MPa，最大剪應力為0.7MPa<215MPa，滿足規范要求；鋼板樁基坑最大位移為23.2mm<30mm（L/200），滿足規范要求。

5 結語

（1）特大橋的基坑承臺施工是橋梁建設中重要環節，本文結合實際工程基坑承臺施工，對鋼板樁與承臺施工方法進行詳細的闡述。

（2）并采用Midas 有限元軟件對鋼板樁進行模擬，由于拉森鋼板樁在建模過程中的復雜性，采用合理的截面模擬方式，在建模前，根據慣性矩相等的原則將拉森截面等效為矩形截面。

（3）結果發現，鋼板樁最大應力為51.9MPa；圍檁最大組合應力為187.2MPa，最大剪應力為42.8MPa；斜撐最大組合應力為131.8MPa，最大剪應力為0.7MPa，基坑支護結構強度、剛度及穩定性均滿足相關規范要求，為施工安全提供了保障。