基于鋼板樁的橋梁施工深基坑支護(hù)研究

胡 博（北京高能時(shí)代環(huán)境技術(shù)股份有限公司，北京 100080）

0 引 言

隨著全球城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，橋梁建設(shè)成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的重要基礎(chǔ)設(shè)施。在橋梁建設(shè)過(guò)程中，深基坑支護(hù)問(wèn)題一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題，特別是在需要越過(guò)河流、溝渠或高地等復(fù)雜地形時(shí)，深基坑支護(hù)更是成為橋梁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1-2]。深基坑支護(hù)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(chǎng)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(wèn)題，還能提供穩(wěn)定的工作平臺(tái)，確保施工人員能夠順利進(jìn)行作業(yè)。然而，傳統(tǒng)的支護(hù)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(shí)對(duì)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(hù)材料，具備高強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)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(hù)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(hù)研究具有重要的價(jià)值和實(shí)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(hù)方法，探索其在提高施工效率、保障施工安全和減小對(duì)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(hù)概述

1.1 基坑施工定義和分類(lèi)

基坑施工是指在土壤或巖石中以開(kāi)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(jié)構(gòu)。根據(jù)施工方法和特點(diǎn)，基坑施工可以分為開(kāi)挖式基坑和圍護(hù)式基坑。開(kāi)挖式基坑是通過(guò)直接對(duì)土壤或巖石進(jìn)行開(kāi)挖形成的基坑，常見(jiàn)的開(kāi)挖方法包括挖掘機(jī)開(kāi)挖和爆破開(kāi)挖。圍護(hù)式基坑則是通過(guò)安裝支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)圍護(hù)開(kāi)挖面，常見(jiàn)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括鋼板樁、混凝土墻和懸掛墻等[5]。

1.2 鋼板樁支護(hù)技術(shù)

1.2.1 鋼板樁支護(hù)原理

鋼板樁是一種常用的基坑支護(hù)材料，具有較高的強(qiáng)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(hù)的原理是通過(guò)安裝一系列的鋼板樁，形成一個(gè)連續(xù)的墻體，阻擋土體的側(cè)向壓力，使基坑保持穩(wěn)定。

1.2.2 鋼板樁支護(hù)與其他支護(hù)方法的比較分析

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

表1 不同支護(hù)方法的比較分析表

基于表1，可以從以下幾個(gè)方面探討鋼板樁支護(hù)與其他支護(hù)方法的差異。

（1）最大抗壓強(qiáng)度：表1中，鋼板樁的最大抗壓強(qiáng)度為350 MPa，顯著高于其他方法，說(shuō)明鋼板樁在承受土壓力和環(huán)境應(yīng)力方面更為優(yōu)越，能夠提供更強(qiáng)的支撐力，尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜或負(fù)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(dá)50年，遠(yuǎn)超其他方法。這表明在長(zhǎng)期工程項(xiàng)目中，鋼板樁能夠持續(xù)提供穩(wěn)定的支護(hù)效果，減少維護(hù)和更換的需求，從而降低長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本。

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

（4）成本效益：與混凝土圍墻和錨桿支護(hù)相比，鋼板樁的成本為1.5萬(wàn)元/m2，因其初始成本較低且可重復(fù)使用，降低了長(zhǎng)期成本。

鋼板樁還具有施工效率高、對(duì)土質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)、施工時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響較小等特點(diǎn)，因此，鋼板樁是深基坑支護(hù)中的理想選擇，尤其適用于對(duì)安全性、經(jīng)濟(jì)性和工期有較高要求的工程項(xiàng)目。

2 鋼板樁在橋梁施工支護(hù)中的應(yīng)用

2.1 工程概況

某橋梁工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“工程”）位于城市市中心，下方地下管線(xiàn)密集，基坑深度達(dá)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(hù)結(jié)構(gòu)。鋼板樁施工前，技術(shù)人員進(jìn)行了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)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(zhǔn)備工作，包括清除地表雜物和測(cè)量標(biāo)志物。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定鋼板樁的尺寸和間距后，將鋼板樁經(jīng)過(guò)振動(dòng)錘驅(qū)動(dòng)沉入土壤中，形成堅(jiān)固的支撐墻。在施工過(guò)程中，監(jiān)控振動(dòng)和噪聲是關(guān)鍵，以減少對(duì)周?chē)h(huán)境和地下設(shè)施的影響。

（3）連接與支撐：鋼板樁之間通過(guò)專(zhuān)用連接件相連，以增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。連接的穩(wěn)固性對(duì)于支撐整個(gè)基坑至關(guān)重要，特別是在深基坑和復(fù)雜地質(zhì)條件下，連接件的設(shè)計(jì)需要考慮到各種負(fù)載和土壓力。

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

（5）完善基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置加固件、加裝支護(hù)板和預(yù)埋管線(xiàn)等。

（6）進(jìn)行基坑開(kāi)挖，同時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行排水處理。

（7）完成基坑開(kāi)挖后，進(jìn)行基坑邊坡的處理和施工現(xiàn)場(chǎng)的清理。

（8）驗(yàn)收檢查：對(duì)鋼板樁的尺寸、水平度、垂直度等進(jìn)行綜合評(píng)估，并與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)，對(duì)連接件、加固件和支護(hù)板的安裝質(zhì)量也應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收。

此外，在施工過(guò)程中，要對(duì)鋼板樁的位置、深度和垂直度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保按照設(shè)計(jì)方案準(zhǔn)確執(zhí)行。任何偏差都應(yīng)立即糾正，以避免后續(xù)工程中的潛在問(wèn)題。

2.3 施工效果評(píng)價(jià)

基坑挖掘完成后，進(jìn)行了驗(yàn)收檢查，結(jié)果顯示鋼板樁的安裝質(zhì)量和整體工程合格。為了全面評(píng)估鋼板樁在提高施工效率、保障施工安全和減小對(duì)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(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并與常規(guī)支護(hù)施工方法作比較，結(jié)果如表2所示。由表2可知，鋼板樁在施工效率、安全性和對(duì)環(huán)境的影響方面均優(yōu)于常規(guī)方法，說(shuō)明通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和施工，鋼板樁可以有效滿(mǎn)足橋梁施工中基坑支護(hù)的需求，具有較高的穩(wěn)定性和承載能力。

表2 施工評(píng)價(jià)指標(biāo)表

2.4 影響因素分析與應(yīng)對(duì)措施

（1）土體類(lèi)型對(duì)鋼板樁支護(hù)效果有較大影響，不同的土體類(lèi)型具有不同的力學(xué)特性和穩(wěn)定性，因此需要針對(duì)具體的土體類(lèi)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(huì)影響鋼板樁支護(hù)的效果。高水位情況下，可能會(huì)增加土體的液化和侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如使用抗水滲透的鋼板樁，進(jìn)行有效地排水和加固等。

（3）鋼板樁的間距對(duì)支護(hù)效果具有重要影響，適當(dāng)?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(hù)效果。建議建立數(shù)值模型和進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)的間距，以提供最佳的支護(hù)效果。

（4）施工質(zhì)量對(duì)于鋼板樁支護(hù)的效果至關(guān)重要，如施工中的土體壓實(shí)度、鋼板樁的垂直度等都會(huì)直接影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力，因此需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)手段，如信息化管理系統(tǒng)和智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，進(jìn)行支護(hù)施工的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，及時(shí)調(diào)整施工方案，優(yōu)化施工效率和質(zhì)量。

2.5 改進(jìn)與創(chuàng)新方向

鋼板樁施工在橋梁工程領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，但仍有改進(jìn)和創(chuàng)新的空間。

2.5.1 改進(jìn)方向

（1）施工工藝優(yōu)化：針對(duì)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(zhǔn)確性和安全性。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)：鋼板樁的設(shè)計(jì)應(yīng)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(xùn)：加強(qiáng)與橋梁設(shè)計(jì)和施工團(tuán)隊(duì)的合作，提供專(zhuān)門(mén)的培訓(xùn)，確保施工人員能夠充分理解和正確應(yīng)用鋼板樁技術(shù)。

（4）成本效益分析：對(duì)鋼板樁的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行深入分析，確保其在提供技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也是成本效益合理的選擇。

2.5.2 技術(shù)創(chuàng)新方向

（1）智能化監(jiān)控系統(tǒng)：利用先進(jìn)的傳感器和實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，對(duì)鋼板樁施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠及時(shí)檢測(cè)和調(diào)整施工中的問(wèn)題，確保施工質(zhì)量和安全。

（2）環(huán)保型材料開(kāi)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(yīng)性的合金，以減少環(huán)境影響。

（3）自動(dòng)化施工設(shè)備：開(kāi)發(fā)自動(dòng)化設(shè)備以提高鋼板樁的安裝效率，減少人力需求和施工時(shí)間。

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

通過(guò)上述改進(jìn)和技術(shù)創(chuàng)新，鋼板樁施工在橋梁工程中的應(yīng)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(dòng)了橋梁施工技術(shù)的整體進(jìn)步。

3 結(jié) 語(yǔ)

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

（2）在設(shè)計(jì)鋼板樁支護(hù)時(shí)，需要考慮土體類(lèi)型、水位條件和荷載要求等因素；

（3）應(yīng)合理選擇鋼板樁的尺寸和間距，以滿(mǎn)足工程的支撐和承載要求；

（4）在施工過(guò)程中，質(zhì)量控制是關(guān)鍵，要確保鋼板樁的垂直度、水平度和連接質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。