深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

陳 娟

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300161）

0 引言

橋梁作為交通體系中的重要部分，為保證其施工安全以及施工后的通行安全以及承載性，在施工過程中，需針對施工環(huán)境和地質(zhì)情況[1]，選擇合適的基坑施工技術(shù)，保證基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性。深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為橋梁施工中的典型施工技術(shù)，能夠有效提升基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性[2]，同時(shí)具備支檔、加固等功能。但在應(yīng)用過程中，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)對各個(gè)施工步驟的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、地質(zhì)情況等具有較高要求[3]，表現(xiàn)為3個(gè)典型特點(diǎn)：一是危險(xiǎn)性，由于該支護(hù)體系屬于臨時(shí)結(jié)構(gòu)，橋梁施工完成后需將其拆除處理[4]，在該過程中則存在一定的施工安全風(fēng)險(xiǎn)；二是區(qū)域性，橋梁建設(shè)位置的區(qū)域差異會(huì)導(dǎo)致其地質(zhì)情況也存在較大差異，不同地質(zhì)條件下的施工效果也不同[5]，在正常情況下，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在軟黏土或者砂類土中的應(yīng)用效果較好；三是時(shí)空性，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中，其深度和平面形式對于支護(hù)體系的穩(wěn)定性和變形情況存在直接關(guān)聯(lián)，土層會(huì)存在不同程度的蠕變[6]，其作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力，會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化。

既然深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠有效提升基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性，就應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)，有效把控其應(yīng)用工藝并實(shí)現(xiàn)其效果，大力推廣。

1 工程概況

某城市特大橋?qū)儆趹宜鳂蚪Y(jié)構(gòu)。該橋梁施工時(shí)，一端錨錠承受的主纜拉力大小為650MN，基巖深度為50m。為保證橋梁施工效果，對該施工范圍的地質(zhì)情況進(jìn)行勘測，并依據(jù)勘測結(jié)果分析地質(zhì)的抗傾、抗滑等能力后，確定使用錨旋基礎(chǔ)的設(shè)置方式，即在巖基上設(shè)計(jì)深度為50m的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)需滿足《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)

基坑部分以地下連續(xù)墻為主，并且其規(guī)格相同，墻體厚度達(dá)到1.2m，并且為保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的穩(wěn)定性，圍護(hù)尺寸確定為75m×45m，墻頂標(biāo)高為1.5m，墻底標(biāo)高在-40～56m之間，連續(xù)墻總數(shù)為40幅，其依據(jù)基巖分布特性確定。

連續(xù)墻施工完成后，在開挖區(qū)域內(nèi)采用深井降水，采用分層開挖的方式完成，開挖順序是由上至下。在該過程中，逐層進(jìn)行澆筑鋼筋混凝土施工，將其作為內(nèi)支撐體系，數(shù)量為10道，鉆孔灌注樁的直徑為20cm，數(shù)量為10根；支撐立柱直徑為60cm。

2 施工工藝選擇

在進(jìn)行深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，為保證成樁連續(xù)墻體的穩(wěn)定性、各個(gè)接頭質(zhì)量以及樁體之間的搭接效果，選擇新型水泥土攪拌樁墻（SMW）法進(jìn)行施工，并且選擇雙孔全套復(fù)攪式連接形式。SMW的施工優(yōu)勢如下：

（1）具有較好的圍護(hù)穩(wěn)固性，極大程度避免基坑側(cè)墻發(fā)生滑坡現(xiàn)象，降低該施工對于周圍環(huán)境、道路以及建筑物的影響；

（2）在應(yīng)用過程中，為保證連續(xù)墻之間的無縫連接，相鄰施工單元之間采用重疊搭接方式，降低連續(xù)墻的滲水性；

（3）在施工過程中，采用型鋼內(nèi)插的方式，并且水泥基土混合成墻的厚度較大，深度達(dá)到60cm以上，可滿足橋梁特殊要求的深基坑支護(hù)需求；

（4）采用水泥基土混合攪拌圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可有效降低土體外運(yùn)量；同時(shí)，施工完成后，型鋼能夠回收再利用，可降低施工成本。施工效率更佳，工期較短。

3 橋梁深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工內(nèi)容

3.1 確定導(dǎo)墻形式

導(dǎo)墻主要采用倒向式設(shè)計(jì)，其高度為2m，導(dǎo)墻的中心軸線和地下連續(xù)墻的軸線之間為重疊狀態(tài)，同時(shí)導(dǎo)墻內(nèi)壁面呈現(xiàn)豎向式，其距離比連續(xù)墻設(shè)計(jì)厚度寬5cm。

3.2 測量放線

在導(dǎo)墻施工前，需先確定導(dǎo)墻中心線以及挖掘高度，并需充分衡量地下連續(xù)墻的施工誤差，導(dǎo)墻軸心線則位于連續(xù)墻中心線外8cm處。

3.3 導(dǎo)墻溝槽開挖

基礎(chǔ)面采用機(jī)械邊坡開挖，其開挖高度為基礎(chǔ)面下20cm，在該深度下采用人工開挖。導(dǎo)墻施工時(shí)采用分組施工，以模板數(shù)量和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，結(jié)合施工情況設(shè)定分段長度。在平面上，導(dǎo)墻施工的連續(xù)縫和地下連續(xù)墻的接縫之間需為交錯(cuò)狀態(tài)，并且兩者之間的距離大于3m。導(dǎo)墻施工時(shí)需換填其底部的軟土部分，并且需避開水位波動(dòng)區(qū)，同時(shí)基槽底部采用人工夯實(shí)，保證其平整性和堅(jiān)固性。

3.4 導(dǎo)向定位型鋼放置

導(dǎo)墻開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，在溝槽兩側(cè)、與溝槽垂直方向上安裝導(dǎo)向定位的型鋼和橫撐，其安裝示意圖如圖1所示。

圖1 型鋼安裝示意圖

型鋼安裝完成后，在現(xiàn)場確定設(shè)計(jì)的鉆孔位置和型鋼插孔位置；定位型鋼放置完成后，檢查其安裝的穩(wěn)固性、直順性，如果存在松動(dòng)、歪斜等現(xiàn)象，則對其進(jìn)行校正和焊接。型鋼安裝偏差控制標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 型鋼安裝偏差控制標(biāo)準(zhǔn)

3.5 攪拌樁施工

為保證深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防滲水性能，在連續(xù)的SMW樁中，主要以雙孔全套復(fù)攪式連接形式完成，因此一個(gè)樁孔需保證完全重疊，該形式的示意圖如圖2所示。

圖2 SMW樁連接形式示意圖

依據(jù)圖2的形式完成SMW樁連接，形成連續(xù)的攪拌樁墻體，其詳細(xì)步驟如下：

（1）水泥漿液制備。按照工程設(shè)計(jì)的配合比標(biāo)準(zhǔn)，完成水泥漿液的制備，結(jié)合橋梁工程需求，選擇等級(jí)為P·O42.5 的水泥，水灰比為1.8，水泥用量需在20%以上。制備完成后，需采用過濾設(shè)備對水泥漿進(jìn)行處理，并存儲(chǔ)至儲(chǔ)漿桶中，同時(shí)對漿液進(jìn)行攪拌，避免發(fā)生離析現(xiàn)象。

（2）攪拌下沉。結(jié)合工程的設(shè)計(jì)需求，采用三噴三攪法的方式完成SMW工法樁施工，為保證樁體施工的均勻性，需嚴(yán)格控制鉆機(jī)的下沉和上升速度，下沉速度的控制標(biāo)準(zhǔn)在0.3～0.8m∕min 之間，上升速度控制為1m∕min 內(nèi)。并且在上升和下降過程中，需保證鉆機(jī)處于勻速狀態(tài)；同時(shí)鉆機(jī)在提升過程中需在孔內(nèi)形成負(fù)壓。

（3）注漿提升控制。啟動(dòng)注漿泵后，使?jié){液充滿攪拌頭，并依據(jù)上升速率的計(jì)算結(jié)果提升攪拌頭，在提升的過程中持續(xù)注漿；以此保證漿液和地基的充分混合。當(dāng)攪拌頭提升至距離樁頂50cm處時(shí)，停止注漿，并再次進(jìn)行攪拌和下沉，當(dāng)達(dá)到樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，完成注漿施工，并提升鉆頭；當(dāng)其出孔后關(guān)閉攪拌機(jī)。

（4）及時(shí)清除廢棄水泥漿。攪拌樁施工時(shí)，會(huì)形成大量水泥漿并在導(dǎo)溝內(nèi)沉積，由于水泥摻量較大，其固結(jié)速度較快，會(huì)影響樁體的施工，因此，需及時(shí)清除廢棄水泥漿。

4 單樁承載力計(jì)算

4.1 計(jì)算方法

依據(jù)上述步驟完成深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工后，需對其施工后的承載性能進(jìn)行計(jì)算，文中以單樁承載力為主，施工后的單樁豎向承載力特征值計(jì)算公式為：

式中：

qr——樁尖處土層的極限承載力特征值；

[R0]——單樁豎向受壓承載力特征值；

m0——清底系數(shù)；

ξ2——修正系數(shù)；

hik——樁體和土層的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值；υi——樁體穿越土層厚度；

Ap——樁底橫截面積；

r——樁體內(nèi)徑；

fa0——抗壓強(qiáng)度；

d——樁端埋置深度。

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

依據(jù)上述公式計(jì)算單樁在不同大小的豎向荷載下，發(fā)生的豎向承載力特征值結(jié)果，并將該結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行對比，以此分析單樁承載力結(jié)果，如圖3所示。

圖3 單樁承載力測試結(jié)果

對圖3試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后得出：隨著豎向荷載的逐漸增加，單樁豎向承載力特征值結(jié)果均在1100kN 以上，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，單樁最大豎向承載力特征值達(dá)到1145kN，單樁承載力較好，能夠保證橋梁施工時(shí)基坑的穩(wěn)定性。

5 水平位移的測試

完成深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工后，在樁頂設(shè)置位移計(jì)，利用位移計(jì)獲取基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工后的位移結(jié)果，以此分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

依據(jù)位移計(jì)的測試，樁頂在不同大小的豎向荷載下發(fā)生水平位移結(jié)果如圖4所示。

圖4 樁頂水平位移測試結(jié)果

對圖4試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后得出：隨著豎向荷載的逐漸增加，樁頂?shù)乃轿灰凭?.8mm以內(nèi)，滿足施工標(biāo)準(zhǔn)。因此，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工效果較好，能夠保證基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性，能極大程度地避免施工過程中地表發(fā)生沉降，降低對周圍環(huán)境或者建筑物的影響。

6 結(jié)束語

橋梁施工過程中，為保證地基的穩(wěn)定性和承載性，需結(jié)合地質(zhì)情況進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。本文以某橋梁工程為例，研究其深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，并對該技術(shù)的施工效果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明：該施工技術(shù)具有較好的施工效果，能夠提升基坑的穩(wěn)定性和承載性，保證橋梁工程的施工質(zhì)量。