新白沙沱长江特大桥主桥5#墩基坑边坡防护施工技术

魏宁

摘要：渝黔铁路新白沙沱长江特大桥主桥5号墩为边墩，位于贵阳岸岸滩区域。墩位处靠下游侧为栈桥桥台，便道顶标高为+190.3m，基坑最大开挖深度达7m。距离墩位处下游侧20m处为一居民楼。基坑开挖难度大，且安全风险高。原设计基坑开挖方式为分台阶放坡开挖。根据现场实际情况，已不能满足要求。初步选定钢管桩防护、混凝土桩防护及喷锚防护三种开挖防护方案，经安全稳定性、工期、可操作性及经济性等多方面的比选，最终选定喷锚防护分层开挖作为主桥5号墩开挖防护方案。通过对该开挖防护工程的前期比选、检算以及施工过程中的钻孔、插打锚杆、注浆、喷砼等施工工序中应用的工艺、技术措施分析总结，为类似工程的施工提供借鉴。

关键词：新白沙沱 深基坑 比选 开挖防护 施工技术

1 概述

1.1 工程概况

渝黔铁路新白沙沱长江特大桥主桥为钢桁梁斜拉桥，设计里程为D1K17+092.55～D1K18+014.3，孔跨布置为：81+162+432+162+81m，分上、下两层桥面布置。上层为四线铁路客运专线，设计时速200km；下层为双线铁路货车线，设计时速120km。该斜拉桥是世界上首座双层六线钢桁梁铁路斜拉桥，也是世界上延米荷载最重的钢桁梁斜拉桥。

5#墩为贵阳侧边墩，位于贵阳岸岸滩区域，承台为矩形，尺寸为33.6×13.6×4m；墩座尺寸为31.1×9×2m，承台底标高+183.872m，墩座底标高+187.872m。墩位处下游侧便道顶面标高+190.3m，基坑最大开挖深度7m。距离墩位处下游侧20m处为一居民楼。原设计基坑开挖方式为分台阶放坡开挖。由于施工场地受下游侧居民楼影响，所以放坡开挖无法实现，需重新设计基坑开挖方式并配合相应的基坑边坡防护方案，以确保基坑及居民住宅的稳定性。

1.2 水文地形地质

5#墩为贵阳侧边墩，位于贵阳岸岸滩区域，所处河域5年一遇水位为+190.64m，5年一遇枯水期高水位为+178.00m，20年一遇水位为+192.75m。目前现状为Q1/100=65300m3，H1/100=196.82m，V=2.93m/s。

2 总体施工方案

2.1 基坑开挖及边坡防护初步方案选定

根据常用的基坑开挖及边坡防护方式，比选方案选择三种：①钢管桩配合圈梁内支撑防护方案；②混凝土桩防护方案；③喷锚防护方案。如图1所示。

2.2 方案说明

2.2.1 钢管桩配合圈梁内支撑防护方案。在距离下游侧及大里程侧承台边1.2cm处插打φ800钢管桩，间距为90cm，插打深度为深入承台底9.4m，钢管桩每根总长度为16m。插打完成后进行基坑开挖，先采用机械开挖挖至距承台底20～30cm处时采用人工开挖，以保护桩头。开挖完成后在基坑内钢管桩防护桩内侧焊接安装圈梁及斜撑。

此方案主要材料为φ800钢管樁138t，型钢内圈梁16t，斜撑6t。采用的主要机械为震动打桩锤、夹持器、履带吊机等。

2.2.2 混凝土桩防护方案。在距离下游侧及大里程侧承台边1.2cm处进行钻孔灌注桩施工，间距为125cm，钻孔深度为深入承台底9.4m，钢管桩每根总长度为16m。钻孔灌注桩施工完成后进行基坑开挖，先采用机械开挖挖至距承台底20～30cm处时采用人工开挖，以保护桩头。

此方案主要材料为C30混凝土420m3，钢筋36t，冲击钻钻孔315m。采用的主要机械为冲击钻、混凝土输送泵、履带吊机等。

2.2.3 喷锚防护方案。5#墩承台基坑在靠近栈桥侧，大里程侧边坡靠近栈桥侧13m范围内采用挂网锚喷混凝土边坡防护。

锚杆采用φ25、2φ25钢筋，根据不同的分层采用不同的锚杆长度。弯头0.3m，锚杆纵横间距1.5m/1.2m，锚杆孔径15cm，锚杆倾角25°呈梅花形布置。钻孔采用风动锚杆钻机，钻至规定深度后插入锚杆再向孔内灌入水灰比为0.45～0.5的水泥浆。钢筋网采用φ10钢筋单层双向布置，钢筋网保护层厚度3cm。C20喷射混凝土厚度15cm。

主要材料为φ25钢筋2t、φ8钢筋网片0.8t及C25混凝土37m3。主要机械设备为小型钻孔机、压浆机等。

2.3 方案比选

方案提出后对三种方案进行比选，比选内容包括安全稳定、工期及施工进度、方案可操作性、方案经济性等。经过对三种方案从上述各方面因素进行比选后，形成分析结果如下：

①安全稳定性：经计算三种方案均能满足施工过程中的强度、刚度及稳定性要求，其中以混凝土桩防护方案为最优。

②施工进度因素：经工期测算喷锚防护方案施工时间最短，需要15-20d，混凝土桩施工时间最长需要60d以上，工期差距明显。

③可操作性因素：由于5#墩基坑紧邻下游侧施工栈桥及居民楼，因此施工震动对栈桥及居民楼安全稳定影响较大，钢管桩防护方案及混凝土桩防护方案均需要用到震动机械，如振动打桩锤和冲击钻，而喷锚防护方案则无施工震动。

④经济性因素：经计算以喷锚防护方案经济性最优。

综合上述分析及比选结果，最终选定喷锚防护方案作为5#墩基坑边坡防护方案。

3 基坑开挖及喷锚防护施工

3.1 喷锚防护施工

3.1.1 喷锚防护工艺流程及施工方法。施工准备→基坑开挖→修坡→测量放线→钻机就位与钻孔→锚杆制作及安装→注浆→挂钢筋网→喷设混凝土→混凝土养护→验收。

3.1.2 修坡。按照1：0.3放坡角度修坡，去除表面的松土并修整平直，但要尽量保持表面粗糙。

3.1.3 钻机就位与钻孔。钻孔采用XY-2型锚杆钻机。钻孔前使用脚手架搭设钻机平台，按设计位置固定钻机，测放好各排锚孔的斜率，控制钻进方向。

钻孔采用冲击回转法成孔，套管跟进的钻进技术，确保孔壁完整不坍塌。钻头直径15cm，利用冲击器中的压缩空气膨胀冲击能量，驱动柱齿钎头击碎土体，用风冷却钻具同时已破碎的碎屑带出孔外，形成孔洞。钻孔作业应连续进行，成孔后立即安装锚杆灌浆。

3.1.4 锚杆的制作与安装。锚杆在钢筋加工车间集中制作，锚杆分为杆体和弯头两部分，弯头采用机械弯制在杆体安装完毕后现场焊接，在锚杆的距端头50cm处及底部50cm处用3根φ10钢筋各设置一个定位支架，中间段每2m设置一个对中支架。

锚杆安装前应除锈，去除表面油污。锚杆插入孔内的深度满足设计要求，锚杆插入后不得随意敲击，不得悬挂重物。

3.1.5 注浆。注浆材料选用水灰比为0.45～0.5的纯水泥浆，浆液应拌合均匀随伴随用，一次拌和的浆液在初凝前用完，并严防石块、杂物混入。注浆时注浆管应插至距孔底5～10cm处，随浆液的注入缓慢匀速拔出，边灌边拔，控制拔管速度，直到孔口返浆一次性灌完为止。注浆开始或中途停止超过30分钟，应用水或水泥浆润滑注浆管及其管路防止堵塞。

3.1.6 网片的制作与安装。网片采用φ10钢筋网，钢筋搭接长度为300mm，网格间距15×15cm。埋设控制喷射混凝土厚度的标志，铺设φ10钢筋网。钢筋网与锚杆焊接牢固。

钢筋使用前调直，并将表面砂浆等杂物清理干净。先立2～4根纵向筋，并划好横筋分档标志，然后于下部及齐胸处绑两根定位水平筋，并在横筋上划好分档标志，然后绑其余纵向筋，最后绑其余横筋。

钢筋网绑扎时全部钢筋的相交点都要扎牢，绑扎时相邻绑扎点的铁丝扣成八字形，以免网片歪斜变形。

钢筋搭接接头应分散布置，“同一连接区段内”接头的受力钢筋截面积占受力钢筋的总截面面积不大于50%。“同一连接区段内”指1.3倍的搭接长度且不小于500mm。

钢筋绑扎完后，把垫块固定好确保钢筋保护层的厚度。

3.1.7 喷射混凝土。施工前先确定湿式喷射混凝土的配合比，喷射混凝土前先进行试喷、调整回弹量、确定混凝土的配合比及施工操作程序，经确认后方可大面积施工。

采用湿式喷射机喷射砼，移动式电动空压机供风，施作前先对机械进行技术检查，对水、风、电路进行检查，合格后方可运转。

喷射混凝土分段、分片由下而上进行。作业开始时，先送风，后开机，再给料；结束时，待料喷完后，再关机。向喷射机供料时要连续均匀，机器正常运转时，料斗内保持足够的存料。喷层厚度应均匀一致，采取一定措施防止排水孔堵塞。

喷射混凝土养护应不少于7天，喷层周边与未防护坡面的衔接处作好封闭处理。

3.1.8 喷射质量检查。①按规范检查喷射表面。是否有松、开裂、下坠、滑移等现象，如有及时清除重喷。②喷体达一定强度后可用锤击听声，对空鼓脱壳处及时进行处理。③钻眼量测，厚度不够处补喷。④及时测定回弹率和实际配合比，以指导下步施工。

3.2 基坑开挖

基坑开挖采取机械开挖与人工清底相配合的方式进行，机械挖土挖至坑底以上20cm～30cm改用人工开挖，保证坑底土体稳定。

基坑开挖包括原回填土约6.2m，基坑挖土与支护结构施工架体进行，基坑开挖分层厚度1.5m。每挖一层应及时使支护结构至喷射混凝土强度达到设计要求方可进行下一层开挖。开挖作业总体分四大步进行，最后预留20cm土层人工清理。

基坑开挖采用两台挖掘机沿承台长边方向全断面分层开挖，自卸汽车将弃土外运。结合现场地形情况第一、二层在坡顶出土，后两层自卸车可利用坡脚施工便道在坡脚出土。

基坑开挖前根据不同位置的设计边坡测放基坑开挖边线，撒白灰线作为标记。基坑底尺寸较承台边线大80/100cm，满足后续承台模板施工需要。开挖时要注意保护桩头、钢筋及声测管。

基坑边缘的土方或建筑材料或沿挖方边缘移动运輸工具和机械，应距基坑上部边缘不少于2m，弃土堆掷高度不应超过1.5m。

在基坑挖土和施工喷锚防护时，由专人检查、观测，发生异常情况应立即查明原因，采取可靠措施予以解决。

严格限制坑顶周围振动荷载的作用，机动车辆必须严格按照规定的车道行使。

基坑土方在施工过程中，应经常测量校核其平面位置、水平标高和边坡坡度。

基础结构完成后，应及时在基础和坑壁之间进行回填，回填土可用原挖出的土分层对称回填。

3.3 基坑排水措施

本工程选择在长江低水位时进行施工，施工时长江水位不高于+178m。采用止水、导水、排水施工技术措施来保证工程施工顺利进行。

土方开挖完毕，沿基坑大里程侧设截水明沟，防止地表水流向基坑，且在转角处设临时集水坑，坑内配备抽水泵，随时抽出坑内积水。沿坑底挖排水沟进行基坑内导水，排水沟紧贴边坡坡脚施做，断面取300×300mm，坡度为0.5%。

在承台靠近栈桥侧有一条民用排水沟，利用钢管引排至长江侧污水排放口。

4 结语

新白沙沱长江特大桥5#墩基坑施工通过喷锚防护配合分层开挖的方式，实现了在确保基坑边坡稳定的同时保护施工栈桥及居民住宅楼的安全稳定，同时缩减了施工工期、大幅减少施工投入。通过方案比选的措施选择安全可靠、可操作性强且经济有效的施工方法，解决了城区基坑开挖施工边坡防护及周围建筑物保护的难题。新白沙沱长江特大桥5#墩基坑开挖及边坡防护施工技术的实施，对国内深基坑及城区临近建筑物条件下的桥梁基础施工提供了很好的借鉴意义。

参考文献：

[1]《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99.

[2]《土层锚杆设计与施工规范》（CECS：90）.

[3]胡勇，肖先波.复杂地质下土钉喷锚与粉喷桩复合基坑支护施工[J].安徽建筑，2011（01）.