京沪高速铁路济沪南联络线跨纬十二路特大桥深基坑施工技术

井永军，高政亮

(中铁十局京沪高速铁路济南西站指挥部一工段，济南 250300)

京沪高速铁路济沪南联络线跨纬十二路特大桥深基坑施工技术

井永军，高政亮

(中铁十局京沪高速铁路济南西站指挥部一工段，济南 250300)

以京沪高速铁路济南西站及相关联络线工程HLDK354+226.72跨纬十二路特大桥36、37号墩深基坑施工为实例，重点介绍钢板桩计算、内支撑体系的设置、基坑土方开挖等深基坑施工技术，详细介绍钢板桩及内支撑体系施工工艺、施工流程、操作要点，强调了钢板桩打拔施工安全保证的各项措施，对今后类似深基坑施工提供较好的借鉴作用。

京沪高速铁路联络线;深基坑;钢板桩支护;施工

1 工程概况

京沪高速铁路济沪南联络线HLDK354+226.72跨纬十二路特大桥36号墩HLDK354+322.2～37号墩HLDK354+354.9上跨济南市预留规划路。规划路同时下穿京沪上下行线，桥涵结构为(1－10+1－15+1－15+1－10)m框构桥，净高5.5 m。为避免规划路施工对特大桥墩身、承台影响，将承台顶高程降至框构桥底板顶高程。地面高程29.70 m，承台底高程17.7 m，地下水位高程25.0 m，承台基坑开挖深度12 m。

承台尺寸12.5 m×8.1 m，加台尺寸9.1 m×4.3 m。地质资料:0～19.2 m(高程29.7～10.8 m)为粉质黏土，б0=150 kPa;19.2～42.3 m(高程10.8～ －12.3 m)为辉长岩，б0=500 kPa

2 方案实施背景

跨纬十二路特大桥36、37号墩位于京沪下行线与济南北方车辆厂厂房之间。承台基坑边缘距京沪下行线13.9 m，距济南北方车辆厂厂房5.0 m，厂房高度15 m，基坑开挖施工不具备自然放坡条件。

这2个深基坑工程在特大桥工程施工中属重点及难点工程，施工方案的制定既要保证京沪下行正线行车安全，又要保证厂房建筑安全，同时应力求减少工程量节约成本。为此针对该深基坑制定了专项施工方案，确保目标实现。

3 施工方案的选定

经过现场综合评定和方案比选，确定采用钻孔桩支护与拉森Ⅴ型(12 m)钢板桩相结合，通过设置3道围檩支护加固并采用水泥旋喷桩止水帷幕止水，在基坑范围内抽水防止线路、厂房变形的支护方案。

3.1 总体施工方案

为避免车辆厂厂房处发生变形，在靠近厂房基坑外侧范围按照间距2.25 m布置φ1.25 m的钻孔桩。其他三面基坑防护采取打设拉森Ⅴ型(12 m)钢板桩，设置围檩支护的基坑防护形式。按基坑开挖深度设置3道围檩支护。

3道围檩支护的设置位置:

在距地面3 m处设置第1道围檩(高程:26.7 m)，距地面6.8 m处设置第2道围檩(高程:22.9 m)。在距地面9.3 m处设置第3道围檩(高程:20.4 m)

第1、第2道围檩:横向采用2根I50a型钢并置，与拉森钢板桩连接，斜向支撑采用2根I50a型钢作为支撑。

第3道围檩:横向采用3根I50a型钢并置，与拉森钢板桩连接，斜向支撑采用3根 I50a型钢作为支撑。

围檩支撑的设置:

第1道支撑，长宽方向均设置2个支点。第2道支撑，长宽方向均设置4个支点。第3道支撑，长度方向设置5个支点，宽度方向设置4个支点。

降水方案:避免降水造成线路、厂房沉降，不采取大口井方案，在基坑四周设置2排水泥旋喷桩止水帷幕，旋喷桩深度16 m，桩底位于基岩上。

方案横断面如图1所示。

图1 方案横断面(单位:m)

3.2 理论计算

由于设计方案对施工提出了概括性说明，详细的理论计算及方案细节需要编制专项方案。

3.2.1 钻孔桩支护

钻孔桩支护采用北京理正深基坑计算软件进行计算，厂房荷载选取50 kN/m，基坑深度12 m，嵌入深度11 m，其中嵌入辉长岩3.8 m。桩间距2.25 m，桩径1.25 m，混凝土强度等级C30，支锚道数为3道，按照开挖→加撑→开挖→加撑→开挖→加撑的施工顺序进行施工安排。软件根据各施工工况计算出每种工况的土压力及位移、地表沉降量、最大弯矩、最大剪力、配筋布置等各项参数。为加强桩体整体稳定性，在桩顶设置冠梁将钻孔桩连成整体。

3.2.2 拉森式钢板桩长度、支撑间距、数量计算

地质资料:0～19.2 m(高程:29.7～10.8 m)，粉质黏土 б0=150 kPa(取承载力最低者)，φ =25°，γ =19.4 kN/m3，c=25 kPa。

19．2～42.3 m(高程 －12.3 ～10.8 m)，辉长岩 б0=500 kPa。

计算原则:承台边至线路中心15.4 m，列车活载自轨枕底两端向下按45°扩散角计算，扩散线位于基坑开挖范围外，所以不再计算列车动荷载(《铁路路基支挡结构设计规范》(TB10025—2006)。远离线路一侧的基坑防护只考虑土压力。

基坑开挖之前先放坡开挖，放坡坡度1∶1，深度2 m(靠近厂房一侧不再放坡)，尽量降低打入拉森式钢板桩的施工难度。

计算时考虑基坑边缘汽车及挖掘机荷载，按10 kN/m计。

由于基坑底部不具备设置围檩的条件，这样拉森钢板桩最底部成为悬臂端，按照等弯矩布置确定各层支撑的间距，计算出悬臂端的最大允许跨度。

根据每道围檩设置的位置分别计算土压力，作为计算围檩设置的依据。并且根据围檩的受力计算出围檩所需的强度，并由此配置围檩的结构，经过最终计算确定围檩的材料配置。经过计算后确定加固所需的各项材料(一个基坑):长度12 m拉森式钢板桩100根，Ⅰ50a型钢25 t，桩长16 m高压旋喷桩433根，桩长23 m、φ1.25 m钻孔桩5根。

3.2.3 止水帷幕设置

由于该施工工点位于济南市区，地下水位高，靠近京沪线路及距厂房的距离较近，由此制定了在基坑四周设置2排水泥旋喷桩作为止水帷幕的施工方案。桩径0.5 m、桩底位于基岩上，2排交错咬合布置。止水帷幕布置见图2。

3.3 施工组织

(1)工艺流程

图2 止水帷幕平面示意(单位:m)

钢板桩施工工艺流程为:准备工作→定位测量→预先开挖(沟槽开挖)→设围挡→插打钢板桩→施工支撑→基坑开挖→施工监控→承台浇筑施工→钢板桩拆除。

在确保安全的前提下，基坑支撑的施工与基坑开挖按“分层开挖分层支撑”的原则进行，考虑围檩支架安装及围檩施工方便，每层开挖应比围檩低50 cm。具体支撑顺序如下:挖至第1层支撑处下50 cm→加第1层围檩及内撑→挖至第2层支撑处下50 cm→加第2层围檩及内撑→挖至第3层支撑处下50 cm→加第3层围檩及内撑→开挖至基底。

钢板桩内撑安装。按照方案设置支点的尺寸安装内撑，对围檩型钢和内撑接头位置用三角加劲板焊接，同时加强焊缝质量检查。

(2)施工准备

钢板桩运到工地后，需进行整理。清理锁口内杂物，对缺陷部位加以整修。外观检查的主要内容:表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、平直度、锁口形状等。重复使用的钢板桩应符合表1的标准要求。

表1 钢板桩质量检测标准

(3)打桩设备

采用振动式打桩机配合吊车打入。

(4)测量定位

①将施工区域控制点标明并经过复测无误后加以有效保护。

②设置工字钢导梁，保证打出的钢板桩在一条直线上。

③插打。将钢板桩吊至插点用振动锤插打，保证垂直度。

④合龙。在即将合龙时，开始测量并计算出钢板桩底部的直线距离，再根据钢板桩的宽度，计算出所需的片数，按此确定下一步钢板桩如何插打。

⑤锁口漏水的处理及预防。对于检查合格的钢板桩，为保证在施工过程中能够顺利插打，并增加钢板桩在使用时的防渗性能，每片钢板桩锁口都应均匀涂以混合油，其体积比为黄油∶干膨润土∶干锯末=5∶5∶3。

⑥安装围檩及内支撑。围檩单根杆件在加工厂加工好，运至现场拼接在一起。后安装内支撑。围檩与钢板桩之间空隙用木楔塞紧。

(5)基坑开挖

待钢板桩围堰合龙之后，首先进行基坑排水，利用水泵不间断抽水，同时检查钢板桩有无漏水现象。对漏水的地方及时进行封堵。在基坑底部四周设置排水沟和集水井，及时抽走基坑范围内的水。距地面2 m处的基坑放坡开挖后，为防止雨季冲刷边坡，在基坑四周边坡上采取水泥砂浆护坡防护措施。在基坑顶部四周设置围堰，防止地表水流入基坑。

(6)开挖过程中支护结构的监控

为确保围护结构正常工作，防止钢板桩位移较大，施工中对钢板桩偏移进行跟踪测量，控制点选在钢板桩顶。在挖土期间及挖土完成后每天2次观测位移，及时掌握变形情况。

(7)拔桩

待第1步承台施工结束后，回填承台与钢板桩间的空隙，回填密实，然后拆除中间影响承台加台施工的横撑。

待承台加台施工结束后，回填土至第3道围檩位置，拆除第3道围囹。

剩余第1、2道围檩待墩身处土方回填至围檩位置时，方可拆除围檩。先拆除内支撑，再根据打入时钢板桩的难易程度，确定拔桩顺序。拔1根清理1根，并及时运走清理场地。

3.4 钢板桩打拔安全保证措施

承台边缘距接触网杆最小为10 m，钢板桩长度12 m，打拔钢板桩时必须采取措施防止打桩机侵入限界及打桩机失稳。保证措施如下。

(1)钢板桩施工采用液压挖掘机和液压高频振动打桩机打入的方式。现场技术人员确定钢板桩打入位置，并将打入承台底以下的深度做详细交底;打桩前必须确认施工范围内有无地下电缆等设备。

(2)机械设备进场前，将该机械设备的合格证、技术参数进行上报，每次使用前对机械设备进行检查。

(3)施工前将施工配合通知单送达设备管理单位，并要求设备管理单位派员监督。

(4)只要有钢板桩作业必须设置专职指挥人员，专职指挥人员必须是正式施工管理人员，专职指挥员要随身携带对讲机，专职指挥人员站位要选择视野开阔的位置，站在操作人员前方。指挥员要加强和操作人员沟通，指挥手势要让操作人员明白。

(5)在施工过程中要随时注意摆臂距离京沪下行线接触网的距离，必须保证在距接触网回流线2 m外。

(6)现场施工人员、指挥员、防护员必须佩戴安全帽。

(7)夜间施工时要有足够的照明设施并注意安全用电。

(8)打桩设备要保持良好状况，安排专人定期检查设备状况，必须经过调试、检测，确认技术性能和安全装置状态良好后方准使用。

(9)施工机械配有专人负责保养，轮班作业应执行交接班制度，对机械设备进行定期、不定期检查，确保设备安全运营，并在机械使用过程中做好设备运转记录。

(10)吊车、挖掘机等大型机械施工严格执行建设指挥部审批的《京沪高速铁路联络线跨纬十二路特大桥施工安全专项方案》。

3.5 内撑体系施工

钢板桩围檩内撑体系与基坑开挖同步进行。开挖至支撑系统下50 cm进行支撑系统的施工。根据围檩设计高程确定牛腿高程，以2 m的间距焊接钢牛腿。牛腿焊接时高程保持一致，确保在同一水平面。

(1)第1道围檩及内支撑设置

承台尺寸12.5 m×8.1 m，围檩内部尺寸14.5 m×10 m，预留1 m工作面，满足设置排水沟、集水井的尺寸要求。

原地面向下3.5 m，设置第1道围檩。围檩材料选取2根Ⅰ50a型钢并置，封闭形成一个整体结构。并设置1道斜撑。

2根Ⅰ50a型钢用钢板焊接为一个整体，斜向支撑设置在距端部4.5 m的位置，与围檩间采取焊接的方式连接。围檩与每根拉森钢板桩之间空隙需打入木楔抵紧。在拉森式钢板桩上焊接［20型钢作为马蹬支撑围檩。见图3。

(2)第2道围檩及内支撑设置

将基坑开挖至距地面6.8 m，设置第2道围檩。围檩材料选取2根Ⅰ50a型钢并置，封闭形成一个整体结构。并设置2道斜撑。

Ⅰ50a 2根型钢用钢板焊接为一个整体，斜向支撑设置在距端部1 m、4.5 m的位置，与围檩间采取焊接的方式连接。围檩与每根拉森钢板桩之间空隙需打入木楔抵紧。在拉森式钢板桩上焊接槽钢作为马蹬支撑围檩。见图4。

图3 第1道内支撑加固(单位:m)

图4 第2道支撑加固(单位:m)

(3)第3道围檩及内支撑设置

将基坑开挖至距地面9.3 m，设置第3道围檩。围檩材料选取3根Ⅰ50a型钢并置，封闭形成一个整体结构。并设置2道斜撑、顺线路方向设置1道对撑。

3根Ⅰ50a型钢用钢板焊接为一个整体，斜向支撑设置在距端部1、3.6 m的位置，与围檩间采取焊接的方式连接。围檩与每根拉森钢板桩之间空隙需打入木楔抵紧。在拉森式钢板桩上焊接槽钢作为马蹬支撑围檩。见图5。

图5 第3道支撑加固(单位:m)

由于对撑3根并置的工字钢重力达30 kN，在拉森式钢板桩上设置加强托架支撑，材料选取［20型钢。

施工时，挖掘机配合人工定位各支撑，先焊接牛腿，支撑与围檩交界面四边围焊。整个支撑施工中按先边角加强，再斜撑，后横撑的顺序进行。

焊接过程中注意高程变化，围檩支撑线平顺，钢板桩与围檩有空隙的地方插打木楔，保证支撑结构传力有效。

3.6 基坑开挖

基坑深度小于4 m时，采用普通挖掘机开挖，深度超过4 m时，采用长臂挖掘机开挖，深度超过8 m时，采用长臂挖掘机配合小型挖掘机开挖基坑的施工方案。挖土要遵循“分层开挖，分层支撑”的原则进行。挖机由专人负责指挥，采取有计划、有步骤的分层或分块对称平行开挖。开挖顺序必须与设计工况相一致，严禁超挖。开挖时，安排专人对基坑四周环境、土体进行观测，发现问题立即停止，并查清原因采取措施后方能继续开挖。基坑开挖到设计高程后，首先在基坑四周设置流水槽、四角设置集水坑将水排出。进行混凝土垫层及承台工程施工。

4 实施效果

跨纬十二路特大桥36、37号墩深基坑在施工中严格按照施工方案进行施工，经检验钢板桩支护效果良好，线路及厂房没有发生变形，确保了基坑开挖成功，深基坑施工达到了预期的效果。

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Construction Technology of Deep Foundation Pits of the Super Large Bridge Crossing Weft 12 Road on Jihu South Tie Line of Beijing－Shanghai High-speed Railway

Jing Yongjun，Gao Zhengliang

(First Section of Headquaters of China Railway 10thEngineering Bureau of Ji'nan West Station on Beijing－Shanghai High-speed Railway，Ji'nan 250300)

With respect to the construction of Ji'nan west railway station，tie line engineering and No．36，37 piers'deep foundation pits of the super large bridge crossing Weft 12 road，construction technology of deep foundation pits are emphatically introduced including:calculation of steel sheet piles，setting internal support system and earth excavation．Construction technology，process and key points for steel sheet piles and internal support system are described in detail，with security measures for driving and arranging steel sheet piles emphasized．

Tie line of Beijing－Shanghai high-speed railway;Deep foundation pit;steel piles in the support;Construction technology

U445.55

B

1004-2954(2011)12-0085-05

2011-10-20

井永军(1978—)，男，工程师，2004年毕业于石家庄铁道学院土木建筑专业。