基于鋼板樁的橋梁施工深基坑支護研究

胡 博（北京高能時代環(huán)境技術股份有限公司，北京 100080）

0 引 言

隨著全球城市化進程的快速發(fā)展，橋梁建設成為現(xiàn)代社會不可或缺的重要基礎設施。在橋梁建設過程中，深基坑支護問題一直是一個具有挑戰(zhàn)性的難題，特別是在需要越過河流、溝渠或高地等復雜地形時，深基坑支護更是成為橋梁施工的關鍵環(huán)節(jié)[1-2]。深基坑支護在橋梁施工中的重要性不言而喻，它不僅能確保施工現(xiàn)場的安全，有效控制地面沉降、周邊建筑物變形和水土流失等問題，還能提供穩(wěn)定的工作平臺，確保施工人員能夠順利進行作業(yè)。然而，傳統(tǒng)的支護方法在大型橋梁施工中的穩(wěn)定性和效率方面存在局限性，施工時對周邊環(huán)境也產(chǎn)生一定的影響。鋼板樁作為一種常用的基坑支護材料，具備高強度、剛度和穩(wěn)定性的特點，被廣泛應用于深基坑施工中[3]，它不僅能夠承受橫向力和土壓力，還能使支護方式多樣化和靈活施工方案。因此，基于鋼板樁的橋梁施工深基坑支護研究具有重要的價值和實際意義。本文旨在深入研究基于鋼板樁的橋梁施工深基坑支護方法，探索其在提高施工效率、保障施工安全和減小對周邊環(huán)境影響方面的潛力[4]。

1 深基坑施工及鋼板樁支護概述

1.1 基坑施工定義和分類

基坑施工是指在土壤或巖石中以開挖方式形成的深孔，用于容納建筑物地下部分或其他的工程結構。根據(jù)施工方法和特點，基坑施工可以分為開挖式基坑和圍護式基坑。開挖式基坑是通過直接對土壤或巖石進行開挖形成的基坑，常見的開挖方法包括挖掘機開挖和爆破開挖。圍護式基坑則是通過安裝支護結構來圍護開挖面，常見的圍護結構包括鋼板樁、混凝土墻和懸掛墻等[5]。

1.2 鋼板樁支護技術

1.2.1 鋼板樁支護原理

鋼板樁是一種常用的基坑支護材料，具有較高的強度和剛度，形狀通常為符合工程要求的U型或Z型。鋼板樁支護的原理是通過安裝一系列的鋼板樁，形成一個連續(xù)的墻體，阻擋土體的側向壓力，使基坑保持穩(wěn)定。

1.2.2 鋼板樁支護與其他支護方法的比較分析

鋼板樁支護與混凝土圍墻、H型鋼支護、錨桿支護等其他傳統(tǒng)支護方法的分析比較，如表1所示。

表1 不同支護方法的比較分析表

基于表1，可以從以下幾個方面探討鋼板樁支護與其他支護方法的差異。

（1）最大抗壓強度：表1中，鋼板樁的最大抗壓強度為350 MPa，顯著高于其他方法，說明鋼板樁在承受土壓力和環(huán)境應力方面更為優(yōu)越，能夠提供更強的支撐力，尤其在地質(zhì)條件復雜或負荷較大的工程中表現(xiàn)顯著。

（2）耐久性：鋼板樁的耐久性高達50年，遠超其他方法。這表明在長期工程項目中，鋼板樁能夠持續(xù)提供穩(wěn)定的支護效果，減少維護和更換的需求，從而降低長期運營成本。

（3）施工難度：雖然鋼板樁的施工難度被評為中等，但相較于混凝土圍墻和H型鋼支護的高難度施工，它更易于操作和安裝。這不僅減少了對專業(yè)技術人員的依賴，也降低了施工中出現(xiàn)錯誤的可能性。

（4）成本效益：與混凝土圍墻和錨桿支護相比，鋼板樁的成本為1.5萬元/m2，因其初始成本較低且可重復使用，降低了長期成本。

鋼板樁還具有施工效率高、對土質(zhì)的適應性強、施工時對周圍環(huán)境的影響較小等特點，因此，鋼板樁是深基坑支護中的理想選擇，尤其適用于對安全性、經(jīng)濟性和工期有較高要求的工程項目。

2 鋼板樁在橋梁施工支護中的應用

2.1 工程概況

某橋梁工程（以下簡稱“工程”）位于城市市中心，下方地下管線密集，基坑深度達20 m。根據(jù)工程要求和土壤條件，選擇了鋼板樁作為主要的基坑支護結構。鋼板樁施工前，技術人員進行了詳細的現(xiàn)場勘查和土壤分析，確定了合適的鋼板樁尺寸和排布方案。工程選用尺寸為10 mm厚、400 mm寬，每根長度為8 m的U型鋼板樁。

2.2 鋼板樁施工流程

（1）基坑清理和準備工作，包括清除地表雜物和測量標志物。

（2）根據(jù)設計要求確定鋼板樁的尺寸和間距后，將鋼板樁經(jīng)過振動錘驅(qū)動沉入土壤中，形成堅固的支撐墻。在施工過程中，監(jiān)控振動和噪聲是關鍵，以減少對周圍環(huán)境和地下設施的影響。

（3）連接與支撐：鋼板樁之間通過專用連接件相連，以增強整體結構的穩(wěn)定性。連接的穩(wěn)固性對于支撐整個基坑至關重要，特別是在深基坑和復雜地質(zhì)條件下，連接件的設計需要考慮到各種負載和土壓力。

（4）確保鋼板樁的垂直度和水平度，通過調(diào)整連接件或使用垂直支架和水平支撐進行校正。

（5）完善基坑支護結構，包括設置加固件、加裝支護板和預埋管線等。

（6）進行基坑開挖，同時根據(jù)需要進行排水處理。

（7）完成基坑開挖后，進行基坑邊坡的處理和施工現(xiàn)場的清理。

（8）驗收檢查：對鋼板樁的尺寸、水平度、垂直度等進行綜合評估，并與設計要求進行比對，同時，對連接件、加固件和支護板的安裝質(zhì)量也應進行驗收。

此外，在施工過程中，要對鋼板樁的位置、深度和垂直度進行實時監(jiān)測，確保按照設計方案準確執(zhí)行。任何偏差都應立即糾正，以避免后續(xù)工程中的潛在問題。

2.3 施工效果評價

基坑挖掘完成后，進行了驗收檢查，結果顯示鋼板樁的安裝質(zhì)量和整體工程合格。為了全面評估鋼板樁在提高施工效率、保障施工安全和減小對周邊環(huán)境影響方面的有效性，本文選擇了施工效率、安全性和環(huán)境影響3項關鍵指標進行檢測，并與常規(guī)支護施工方法作比較，結果如表2所示。由表2可知，鋼板樁在施工效率、安全性和對環(huán)境的影響方面均優(yōu)于常規(guī)方法，說明通過合理的設計和施工，鋼板樁可以有效滿足橋梁施工中基坑支護的需求，具有較高的穩(wěn)定性和承載能力。

表2 施工評價指標表

2.4 影響因素分析與應對措施

（1）土體類型對鋼板樁支護效果有較大影響，不同的土體類型具有不同的力學特性和穩(wěn)定性，因此需要針對具體的土體類型選擇合適的鋼板樁尺寸、間距和施工方式。

（2）水位條件也會影響鋼板樁支護的效果。高水位情況下，可能會增加土體的液化和侵蝕風險，需要采取相應的防護措施，如使用抗水滲透的鋼板樁，進行有效地排水和加固等。

（3）鋼板樁的間距對支護效果具有重要影響，適當?shù)拈g距可以保持鋼板樁的穩(wěn)定性和整體剛度，提供足夠的支護效果。建議建立數(shù)值模型和進行現(xiàn)場試驗，優(yōu)化支護結構的間距，以提供最佳的支護效果。

（4）施工質(zhì)量對于鋼板樁支護的效果至關重要，如施工中的土體壓實度、鋼板樁的垂直度等都會直接影響支護結構的穩(wěn)定性和承載能力，因此需要進行嚴格的質(zhì)量控制。結合現(xiàn)代技術手段，如信息化管理系統(tǒng)和智能監(jiān)測設備，進行支護施工的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，及時調(diào)整施工方案，優(yōu)化施工效率和質(zhì)量。

2.5 改進與創(chuàng)新方向

鋼板樁施工在橋梁工程領域優(yōu)勢明顯，但仍有改進和創(chuàng)新的空間。

2.5.1 改進方向

（1）施工工藝優(yōu)化：針對特定橋梁工程的條件和要求，優(yōu)化鋼板樁的施工工藝，如考慮地質(zhì)條件、水文狀況等因素，以提高施工的準確性和安全性。

（2）結構設計改進：鋼板樁的設計應更多地考慮橋梁的具體需求，例如在承載力、穩(wěn)定性和耐久性方面的優(yōu)化。

（3）合作與培訓：加強與橋梁設計和施工團隊的合作，提供專門的培訓，確保施工人員能夠充分理解和正確應用鋼板樁技術。

（4）成本效益分析：對鋼板樁的經(jīng)濟性進行深入分析，確保其在提供技術優(yōu)勢的同時，也是成本效益合理的選擇。

2.5.2 技術創(chuàng)新方向

（1）智能化監(jiān)控系統(tǒng)：利用先進的傳感器和實時監(jiān)控技術，對鋼板樁施工過程進行實時監(jiān)控，能夠及時檢測和調(diào)整施工中的問題，確保施工質(zhì)量和安全。

（2）環(huán)保型材料開發(fā)：研發(fā)用于鋼板樁的新型環(huán)保材料，如使用回收材料或具有更高環(huán)境適應性的合金，以減少環(huán)境影響。

（3）自動化施工設備：開發(fā)自動化設備以提高鋼板樁的安裝效率，減少人力需求和施工時間。

（4）模塊化設計：通過模塊化設計的鋼板樁，可以在不同的橋梁施工項目中靈活使用，提高材料的通用性和施工的靈活性。

通過上述改進和技術創(chuàng)新，鋼板樁施工在橋梁工程中的應用將更加高效、環(huán)保和安全。這不僅提高了施工效率和質(zhì)量，也推動了橋梁施工技術的整體進步。

3 結 語

（1）鋼板樁支護具有施工速度快、成本相對低廉以及可重復利用等優(yōu)點；

（2）在設計鋼板樁支護時，需要考慮土體類型、水位條件和荷載要求等因素；

（3）應合理選擇鋼板樁的尺寸和間距，以滿足工程的支撐和承載要求；

（4）在施工過程中，質(zhì)量控制是關鍵，要確保鋼板樁的垂直度、水平度和連接質(zhì)量符合標準。