大跨度拱桥基础施工控制要点

邓海洪

【摘 要】拱桥基础的设计具有其独特的特点，如基坑深度较深、规模较大，其施工的安全质量控制是关键。大跨度拱桥基础基坑支护、开挖安全，以及基础施工的质量控制是施工过程中的主要控制環节。文章以柳州市某钢箱拱桥基础施工为例，该基坑存在临水基坑、基底存在不良地质等环境因素的影响，笔者从基坑咬合桩、止水施工、基坑监控等方面阐述了该桥大型拱座深基坑施工控制要点及处理措施，为后续相关桥梁施工提供了现场施工经验。

【关键词】大跨度拱桥；基坑支护；止水；基坑监控

【中图分类号】U448.22 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）08-0085-04

近年来，随着国民经济的发展，交通流量也在持续地增长，为适应交通量不断增长和对桥梁结构外形美观的需要，大型钢构桥梁得到了越来越多的应用。钢箱拱桥作为钢构桥梁的重要结构形式，在保持了拱桥自身历史特色的同时，也融入了现代化因素，新型建设方法和新型建设材料的采用，都使得拱桥结构建设方法日渐丰富。钢结构材料技术的不断进步，使得钢构桥梁的跨度也逐步提升，大跨度桥梁基础的规模、难度及相关施工控制要求也越来越高。拱桥基础的设计具有其独特的特点，如基坑深度较深、规模较大，其施工的安全质量控制是关键，因此必须在桥体建设与施工中注重理论与实践的有机结合，并通过对施工中的每个环节进行全面检测，从而有效地提高桥体的施工质量。本文以柳州市某大桥的基础施工控制为例，对这一大跨度钢管混凝土拱桥的施工控制进行了综合分析，并通过对深基坑支护结构施工、止水施工、基坑监控等内容进行探讨，为大跨度拱桥的建设提供借鉴。

1 大跨度拱桥基础结构特点

大跨度拱桥一般指跨度为100 m以上的大型桥梁，由于桥梁跨度较大、宽度较宽，设计荷载数值较大，其基底主要承担拱桥拱肋传递的竖向承载力及水平推力，对基底要求较高。大跨度拱桥基础基坑支护、开挖安全，以及基础施工的质量控制是施工过程中的主要控制环节。

2 大跨度拱桥基础范例

柳州市某大桥拱座基础采用钢筋混凝土结构扩大基础，纵桥向长30 m，横桥向宽16 m，纵桥向基础底部与基岩接触面设置成台阶状，基底标高为73.875～63.378 m。拱座为分离式钢筋混凝土拱座，单侧拱座顶部宽约7 m，底部纵桥向宽23.5 m，横桥向宽11.616 m，竖向轴线与水平线夹角为80°。该桥为跨江桥梁，基础位于江边，基坑开挖地质情况如下：上层主要为黏土层及筑岛回填土，下层为3～5 m岩层，基坑开挖深度为7.125～17.622 m，基底裂隙稍发育。

3 拱座基础施工方案设计

拱座基础及基坑支护采用先筑岛围堰，再采用沿拱座基础周边设置1排钢筋混凝土咬合桩，同时基坑开挖范围内设置高压注浆封闭，钢筋混凝土咬合桩外侧设置止水帷幕。围堰外侧设置钢筋网石笼护坡保持堰体稳定、防止冲刷。基坑内设置2层支撑，第一层支撑设置在基坑顶，采用混凝土支撑；第二层支撑设置在中部，采用钢管支撑。基坑支护结构形式如图1、图2所示。

4 拱座基础施工控制要点

4.1 基坑支护结构施工控制

拱座基础竖向承载力、水平推力较大，对基底及基础后背支撑要求较高，基础施工时须确保无水作业。由于该桥开挖深度达到了17.622 m，基底位于常水位以下14.622 m，基坑支护结构在保证了基坑支护足够的强度和刚度的同时，需确保基坑止水效果。

拱座基坑四周采用钢筋混凝土咬合桩支护，桩径为1.5 m，桩间距为1.3 m，并在两桩之间设置连接器，在保证支护桩有足够的强度和刚度的同时，通过相邻两桩的相互咬合（20 cm），达到止水目的。

钢筋混凝土咬合桩采用旋挖钻机钻孔，先施工带有连接器的钢筋混凝土A桩，再施工普通钢筋混凝土B桩。桩基施工时需控制以下几点。

一是控制成桩时间。为保证咬合质量和满足钻机施工工艺，在施工B桩时必须保证A桩成桩时间大于24 h并小于48 h。在施工配合比方面，混凝土通常采用水下缓凝型混凝土。在施工组织方面安排好桩基施工顺序和衔接时间。

二是严格控制成桩质量。桩基作为基坑支护结构，受力较大，如桩基本身质量存在缺陷，容易造成基坑坍塌事故。桩基施工应严格控制钻孔、清孔、钢筋笼下放、二次清孔、混凝土灌注等施工环节。由于咬合桩设置了连接器，为避免影响下一轮次桩基施工，需严格控制好A桩钢筋笼轴线。

三是控制支护桩咬合质量。该桩基本身即为止水的第一道关卡，如果咬合不紧密，则容易造成基坑渗水甚至出现涌水。该工序的控制关键在于B桩孔内清理、在B桩成孔后，采用刷壁器清理干净连接器上附着的土和杂物。孔桩灌注过程中，应做好混凝土配合比适配、灌注质量保证措施，避免桩身出现断桩、离析等质量缺陷，成为漏水点。

4.2 基坑止水措施

基坑止水措施主要有3个：一是咬合桩本身止水效果，其施工要点已在咬合桩施工章节介绍，在此不再累述。二是在钢筋混凝土咬合桩外侧设置止水帷幕，止水帷幕分为土层止水帷幕和岩层止水帷幕2种，土层采用2排高压旋喷桩，岩层采用高压注浆。高压旋喷桩采用双管法施工，在咬合桩施工完成后进行。高压旋喷桩采用“之”字形布置，桩间距为0.5 m，桩径为0.6 m。高压旋喷桩共设置2排，排间距为0.45 m，靠近咬合桩一排轴线距离咬合桩为0.25 m，旋喷桩与咬合桩叠合0.05 m。高压注浆止水帷幕设置在旋喷桩底部，底标高为基坑底以下5 m（即58.378 m标高）。高壓注浆止水帷幕间距为1.5 m，共设置2排，排距为0.6 m。高压注浆采用直径为150 mm潜孔钻机引孔至基底标高再洗孔压力施灌的施工工艺。三是在基坑底部进行高压注浆处理。由于该桥拱座基坑位于泥质灰岩夹薄层泥岩地质，存在溶岩及节理发育现象。基础底面标高位于常水位以下14.622 m，开挖时容易引起基底渗水或涌水。鉴于拱座基础对基底要求较高，需坐落于基岩上，故采用在开挖前岩层注浆施工。基底注浆孔采用梅花形布置，间距为1.0 m，在基坑开挖范围内均布，深度为基坑底以下6 m。

4.3 基坑开挖过程控制

基坑土方开挖必须严格按照基坑工程施工规程的要求施工。充分利用“时空效应”以提高工程施工质量，确保施工安全。

（1）基坑开挖必须在支护桩、冠梁混凝土达到强度100%方可开挖，基坑开挖过程中必须确保地下水位于底板以下1 m，否则采用开挖降水井的方式降低地下水位。

（2）基坑开挖时，其纵横向边坡应根据地质、环境条件及开挖时的安全坡度，根据地质情况计算确定，但不得陡于1∶3，必须分段、分区、分层、对称进行，不得超挖。每步开挖所暴露的宽度宜控制在3～6 m，每层开挖深度不大于2 m，严禁在一个工况条件下一次开挖到底。

（3）纵向放坡开挖时，应在坡顶外设置截水沟或挡水土堤，防止地表水冲刷坡面和基坑外排水再回流渗入坑內。

（4）基坑开挖后，应及时设置坑内排水沟和集水井，防止坑底积水。

（5）土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相一致，并遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。

（6）每种工况下的挖土施工和钢支撑的安装不得超过12 h。

（7）机械挖土时，坑底应保留200～300 mm厚土层用人工挖除整平，防止坑底土扰动。

（8）采用机械挖土时，挖土机械和车辆不得直接在支撑上行走操作，严禁挖土机械碰撞支撑、立柱、井点管、围护桩。钢支撑顶面严禁堆放杂物。

（9）土方开挖时，弃土堆放应在2倍基坑开挖深度范围以外。

4.4 基坑开挖过程监控

依据《建筑基坑工程监测技术规范》和监控方案，主要监控内容如下：围堰顶水平位移观测；围堰沉降观测；对周边边坡顶的沉降观测；基坑地下水位监测；支撑梁轴力监测。

4.4.1 监控点的布设

监测点布设依据该桥拱座基坑围堰、支护设计图纸资料及建筑基坑工程监测技术规范，充分考虑基坑施工特点及地形、地质特点和测量方法的可行性，监测范围一般为从基坑边缘以外1～3倍开挖深度范围。

4.4.2 监控控制标准

根据基坑支护设计文件及相关规范要求，监测与测试的控制要求和报警值见表1。

4.4.3 监控的频率

在土方开挖之前应进行基数测量，且次数不少于2次。观测时间为从第一层冠梁施工开始到基坑开挖完成每天至少观测1次，以后每2 d观测1次，半个月后5～7 d观测1次，一直观测到拱座基坑回填施工完毕。在观测值变化较大的临界高度时应增加观测频率及加强内力支撑。观测后及时整理绘制“时间—位移量”关系曲线。

为了保证观测精度，除按照规范要求施测外，还应符合“五固定”的原则，即采用固定观测路线，使用固定观测方法、固定仪器、固定观测人员，在基本相同的环境和条件下工作。

深基坑围护结构水平位移警戒值为累计位移3 cm，变化速率为3 mm/d，沉降值累计沉降2 cm，变化速率为2 mm/d。

4.4.4 监控结果的处理

每次观测结束后，要检查记录计算是否正確，精度是否合格，并进行误差分配。然后将观测值列入观测成果表中，计算出累计位移量，并注明观测日期、气象情况。

绘制时间—沉降量曲线。时间—沉降量的关系曲线以时间T为横轴、位移量S为纵轴，根据每次观测日期、位移量按比例画出各点，然后将各点连接起来，并在曲线的一端注明观测点号。

5 结语

本文以柳州市某钢箱拱桥基础施工为例，该基坑存在临水基坑、基底存在不良地质等问题，笔者从基坑咬合桩、止水施工、基坑监控等方面阐述了该桥大型拱座深基坑施工控制要点及处理措施，为后续相关桥梁施工提供了现场施工经验。

参 考 文 献

[1]李红军，张洁，李洪毅.超大深基坑工程承压水控制设计及施工技术研究[J].土木工程，2015，4（1）：1-7.

[2]GB 50497—2009，建筑基坑工程监测技术规范[S].

[3]JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[责任编辑：陈泽琦]