浅谈特大桥深基坑开挖施工技术

戈 文 武

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 工程概况

本桥主要跨越老万福河，路线与河道夹角为 65°，采用正交错孔布置，桥跨布置为左幅：20×30+(80+130+80)+(5×25)+16×30，右幅：16×30+(5×25)+(80+130+80)+20×30，左右幅等宽，桥梁全长 1 502 m。主桥采用悬臂浇筑变截面连续箱梁，引桥采用装配式预应力混凝土小箱梁，简支结构。下部结构主桥采用空心薄壁墩，引桥采用柱式墩、肋板台，钻孔灌注桩基础；本桥桩基采用 2.0/1.8/1.6/1.2 m摩擦桩。全桥平面位于R=3 700 m 的左偏圆曲线、左偏缓和曲线、直线段上，墩台径向布置，纵断面位于R=17 000 m 的竖曲线上，纵坡为 1.35/-1.354%，桥面横坡为单面坡 2%。

2 基坑开挖方案

2.1 基坑支护及开挖方式

小里程左幅21号、右幅22号墩承台同时开挖，大里程左幅22号、右幅23号墩承台同时开挖，基坑采用拉森钢板桩围堰开挖方式。钢板桩围堰布置时要预留承台模板安装空间，并考虑墩身施工空间，钢板桩围堰尺寸设计为长30.4 m×宽21.2 m(钢板桩长度12 m、宽度为0.4 m倍数)，钢板桩围堰至承台外缘距离为1.5 m。

钢板桩采用围檩采用HW400×400H型钢斜撑采用HW400×400H型钢，Q235材质；横撑采用φ630×12 mm螺旋管。钢板桩围堰从上到下共设二道内支撑，第一道内支撑布置于钢板桩顶标高下1.0 m处，第二道支撑布置于第一道支撑下2.5 m处。

2.2 工艺流程

施工准备→测量放样→桩位清理→打钢板桩→基坑开挖→开挖、清理基坑→承台施工。

2.3 测量放样与定位

测量班利用已布设好并经监理认可的导线控制网和桩位坐标，放样出承台位点，并用水准仪测量承台位置的地面标高，确定开挖深度。钢板桩施工时每边加宽1.5 m，以利于模板安装及基坑排水。按顺序标明钢板桩的具体桩位，洒灰线标明。

2.4 钢板桩的吊装、堆放

2.4.1 钢板桩吊运

装卸钢板桩宜采用两点吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。

2.4.2 钢板桩堆放

钢板桩堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。

2.5 导架的安装

在钢板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，要控制桩的打入精度。为防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，需要设置一定刚度的坚固的导架，亦称“施工围檩”。导架采用单层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2.5～3.5 m，双面围擦之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15 mm。

2.6 钢板桩施打

2.6.1 施打要求

钢板桩施工关系到施工支护和安全，是基坑开挖最关键的工序之一，在施工中要注意以下施工有关要求：

(1)钢板桩施打前一定要熟悉地下管线、结构物的情况，认真放出准确的支护桩中线；

(2)打桩前，对钢板桩逐根检查，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩，不合格者待修整后才可使用。

(2)打桩前，在钢板桩的锁口内涂油脂，以方便打入拔出。

(4)在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。

(5)钢板桩放线施工和桩头就位必须正确、垂直。沉桩过程中，要随时检测，发现问题，及时处理。基坑开挖后钢板桩要垂直平顺，无严重扭曲、倾斜和劈裂现象，锁口连接要严密。沉桩施前必须平整清除地下、地面及高空障碍物。基坑土方和结构施工期间，对基坑周围土体和支护系统要进行动态观测，及时解决被发现的问题。

2.6.2 打入方法

为保证钢板桩打设精度采用屏风式打入法。先用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽轻轻锤击。在打桩过程中，为保证垂直度，用两台全站仪在两个方向加以控制。为防止锁口中心平面位移，在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在施工围檩上预先算出每块板块的位置，以便随时检查校正。沉桩中钢桩下沉速度突然减小，应停止沉桩，并将钢桩向上拔起0.6～1.0 m然后重新快速下沉，如仍不能下沉，就要采取其他措施。

钢板桩要分几次打入，第一次由12 m打至8 m，第二次打至4 m，第三次待导架拆除后打至设计标高。打桩时，开始打设第一、二块钢板的打入位置和方向要确保精度，每打入1 m测量一次。

2.7 支撑施工

为加强钢板桩墙的整体刚度，沿钢板桩墙全长均设置围檩，围檩用H400型钢组成，通过焊接固定于钢板桩上，在两承台中间使用φ30钢管桩进行支撑。两层内支撑布置须形式一致，支撑围檩边梁采用HW 400×400型钢卧放。为优化结构受力，钢板桩围堰四角各设置两道斜撑，HW400×400型钢卧放,并在两道横撑间用HW100×100H型钢进行连接。

实测目前河道水位高程为32.19 m，大里程主墩工作平台高程为35.69 m，左幅22墩承台底标高为27.69 m(4个承台底标高最低的)，深基开挖深度为8 m。为确保基坑整体稳定，钢板桩围堰从上到下共设二道内支撑。内支撑的布置尽量采用等弯矩布置原则，并考虑施工时承台基坑开挖的可实施性，第一道内支撑布置于钢板桩顶标高下1.0 m处，第二道支撑布置于第一道支撑下2.5 m处。

2.8 土方开挖

2.8.1 水泵降水

钢板桩搭设完毕后，在钢板桩内布置6个15 m深，使用水泵降水，待井内水位降至8 m深时，开始开挖基坑，但在开挖过程中，仍需不间断降水。

2.8.2 分层开挖

基坑土方开挖采取分层开挖作业，先机械开挖上部土方，严禁开挖设备碰撞支撑结构。开挖至设计标高后避免超挖扰动基底原状土，最后采用人工挖除基底的暂留层(100 mm)的土方和基坑槽剩余土方。同时并在基础边线外开挖排水沟及集水井，用水泵排水，防止基坑积水，影响基底承载力。在开挖过程中如发现异常情况，应立即停止挖土，并应立即查清原因和采取措施，方能继续施工。

2.8.3 端头挖土法

本工程土方开挖使用反铲挖掘机，采用端头挖土法：挖土机从基坑(槽)的端头倒退行驶进行开挖。运土自卸车配置在挖土机的两侧。挖掘机沿挖方边缘移动时，机械距离边坡上缘的宽度不得小于1.2 m。在机械施工挖不到的土方，应配合人工随时进行挖掘，并用手推车把土运到机械挖到的地方，以便在抄平后，由人工挖出。挖基坑的土方，在场地有条件堆放时，一定留足回填用土；多余的土方，应一次运走。

2.8.4 浇筑混凝土垫层

基坑开挖至垫层底标后，及时浇筑混凝土垫层，避免基底长时间暴晒或遭受雨水浸泡。基坑边设置挡水坝，防止地表水和雨水流入基坑。并在基坑周围做好施工防护围挡，保证人员及车辆通行安全。基坑内的人员上下口应设置爬梯。

2.9 钢板桩的拔除

承台施工完毕基坑回填后，要拔除钢板桩，以便重复使用，拔除钢板桩前，应仔细研究拔桩方法、顺序、时间及土孔处理。先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1 min～2 min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化” ，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难 或拔不上来时，应停止拔桩，先振动1 min～2 min后再往下锤0.5 m～1.0 m再往上振拔。

2.9.1 拔桩方法

本工程拔桩采用振动锤拔桩：利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除。

2.9.2 拔桩注意事项

(1)拔桩起点和顺序：对封闭式钢板桩墙，拔桩起点应离开角桩5根以上。可根据沉桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。

(2)振打与振拔：拔桩时，可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的粘附，然后边振边拔。对较难拔除的板桩可先用振动锤将桩振下100～300 mm，再交替振拔、振打。

(3)起重机应随振动锤的启动而逐渐加荷，起吊力一般略小于减振器弹簧的压缩极限。

(4)供振动锤使用的电源为振动锤本身额定功率的1.2～2.0倍。

(5)对引拔阻力较大的钢板桩，采用间歇振动的方法，每次振动15 min，振动锤连续不超过1.5 h。

3 基坑开挖专项措施

3.1 降水措施

3.1.1 降水井

拟在主墩承台布置6个降水井，降水井内径为500 mm，深度为15 m。降水井在承台开挖之前钻成，钻机成孔清空后，使用透水水泥管作为井管，使用5.5 kW水泵进行进行24 h不间断降水。

3.1.2 观测记录

应及时、准确地记录观测井水位，已确定基坑开挖的时间。

3.2 监控措施

因该承台位于老万福河二滩地上，所以基坑开挖后在基坑四周及河堤上设置变形监控点。基坑施工期间每天观测不少于1次，当发现有危险事故征兆时，应及时通报监理、业主和设计单位，并立即采取相应的加固补强措施，在确保安全的情况下方可继续施工。

3.2.1 钢板桩基坑支护变形观测

基坑开挖过程变形观测是在基坑第一道围檩支撑施工完毕后进行，分别在钢板桩、围檩支撑及河提道路上各布置2个点，作为观测点。

3.2.2 初始值观测

基坑开挖前应测得初始值，且不应少于两次。在基坑开挖过程中每隔4小时观测一次变形，并及时统计进行观测成果的汇总，根据《钢结构设计规范》，变形大于2 cm时应停止作业，查明原因后及时进行加固后方可继续开挖施工。

3.2.3 变形观测

基坑施工完毕后进行承台施工，在承台施工过程中安排专门测量人员对支护钢板桩的变形进行观测，每天测量一次，及时处理测量数据，统计变形量，发现变形后及时通知现场施工人员停止作业，查明原因并及时处理后方可继续施工。

3.2.4 基坑稳定性检测

对基坑及周边地下水进行监测，观测其是否有管涌、漏水现象。发现位移量过大、出现险情时，应立即停止开挖，并用编织袋装满砂或土堆压坡脚，以控制变形；如出现涌水等现象时立即查明涌水位置并用挖机回填反压。并在在位移沉降过大区域根据产生原因，进行加固处理。出现边坡局部漏水时，可采取在该部位打竖向锚管并在管内进行注浆封堵的方法。

4 结 语

桥梁基坑开挖具有安全性高、风险性大，施工难度增加居多因素，因此，基坑开挖也是桥梁施工一项重点部分。通过以上施工方法的探索，在老万福河特桥梁施工较为成功。在基坑开挖的施工实践中，通过跟踪观察和积极探索，总结出了可供参考的实践经验，对今后类似桥梁基坑开挖过程起到借鉴的意义。