研究桥梁施工中深基坑围护结构施工技术

谷明慧

(黑龙江龙高公路养护工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001)

某桥梁工程总长约2 782.6 m，其主桥为中承式钢管混凝土拱桥，总长约457.6 m，拱座的顶、底部宽度分别为7 m和10 m，基础为扩大基础，横桥向与顺桥向的长度分别为50.6 m、50.0 m，厚度为5 m。基础开挖是桥梁建设最初环节，为保证开挖后形成的深基坑始终保持稳定，需根据基坑特点及设计要求采取有效的围护措施。

1 围护方案

1.1 方案比选

根据基础场地工程地质条件，由于开挖范围内存在粉土和粉砂，且地下水位相对较高，在雨季到来之前必须完成拱座的施工。为此，在基坑开挖过程中如果使用SMW工法桩和锚索相结合的方案，虽然有很快的成桩速度，且开挖的面积及方量都相对较少，但出渣速度较慢，在复杂程度较高的地层中成桩质量还很难保证；如果采用放坡与咬合桩相结合的方案，此工艺成熟，成型速度快，结构有良好受力，不容易产生变形，但会增大开挖的面积与方量，加之基坑以北存在大量既有建筑，征地拆迁难度大，会对工期及环境造成很大的影响。通过综合对比，最终选择放坡、咬合桩和锚索相结合的围护方案，以此在保证出渣速度、减少工程量的基础上，加快施工速度，保证施工质量，并尽可能减少征地拆迁和对环境造成的影响。

1.2 结构布置

该围护方案的具体内容为对基坑边坡进行三级放坡处理，然后采用咬合桩与锚索相结合的方法进行防护，基坑以北由于存在大量既有建筑，所以采用咬合桩与锚索相结合的方法支护，而其它方向只采用咬合桩进行支护即可，基坑设计参数如表1所示。咬合桩按照拱形进行布置，与边坡靠近的一侧记作a边，然后沿顺时针方向依次记作b边、c边与d边。基坑单侧跨距为52.27 m，矢高为4.06 m，穿插布置钢筋混凝土桩与素混凝土桩，相邻两根桩之间需咬合0.1 m，其中，钢筋混凝土桩的桩径为1.4 m，主要负责承受水压与土压，而素混凝土桩的桩径为1.2 m，主要作用为对钢筋混凝土桩之间的间隙进行填充，所有桩都要嵌入到基岩层当中，同时嵌岩深度还要达到要求，桩顶和连系梁之间固结，在四角分别设置加固桩与抗力桩(加固桩桩径1.4 m，抗力桩桩径2.0 m)，以此形成围护结构体系拱座。在三级放坡施工中，先进行第三级边坡的施工，然后在其坡脚处进行咬合桩的施工，接着在咬合桩的内侧实施第二级放坡，直到基岩中风化层的顶面，于坡脚处布置护脚墙，最后在其内侧进行第一级放坡。基坑以北的开挖深度相对较大，使桩的悬臂端有很大长度，需沿竖向连续设置两道锚索，通过素混凝土桩钻入到土层内，并使锚固端深入至基岩层中。

表1 基坑设计参数

2 围护施工

2.1 工艺原理

咬合桩的施工方法为全套管钻孔，两个相邻的桩体相互咬合，以此形成一个具有防水与挡土作用的整体围护结构体系，其平面布置为穿插布置素混凝土桩与钢筋混凝土桩，先对素混凝土桩进行施工，再对钢筋混凝土桩进行施工。借助旋挖钻机对素混凝土桩进行桩孔钻进，然后通过超缓混凝土的灌注成桩，在素混凝土桩桩身混凝土达到初凝之前借助旋挖钻机对素混凝土桩和钢筋混凝土桩之间相交的部分进行切割，之后再对钢筋混凝土桩进行施工，以此使素混凝土桩和钢筋混凝土桩实现咬合，在桩身的混凝土实际强度与设计要求相符后，在桩顶部进行连系梁的施工，以此使整个咬合桩形成一个整体，基于咬合桩的支护作用进行基坑开挖施工，保证基坑稳定。

2.2 施工流程

施工按照以下流程进行：1素混凝土桩→2素混凝土桩→1钢筋混凝土桩→3素混凝土桩→2钢筋混凝土桩→4素混凝土桩→3钢筋混凝土桩。

2.3 工艺方法

借助旋挖钻机进行开孔之前，应根据控制点位对排桩中心点进行准确定位，将厚度为10 mm的双臂钢套管作为桩孔护筒，护筒的内径应比设计确定的桩径大20cm，将钢护筒埋设到位后，使旋挖钻头和桩位十字线完全对准，同时对设备水平度进行调整，确保钻杆和钢护筒保持始终保持垂直。经检查确认满足要求后，方可开始钻孔，待孔深与设计要求的孔底标高完全相符后，检查钻孔的深度与直径，确认能否与设计及相关规范提出的要求相符。钢筋混凝土桩所用钢筋笼需在专门的加工厂中借助滚焊机进行加工，各段分别加工，加工时采用焊接的方法接长钢筋，钢筋的接头应错开，在对扎口进行焊接的过程中，上、下主筋必须完全对正，使钢筋笼上、下部分轴线保持一致。桩身混凝土的灌注需采用导管法进行，采用275 mm钢管作为导管，单节长6 m，混凝土液面和导管口之间的距离应始终处于2 m之内，对混凝土的灌注必须保持连续，不允许发生中断，在灌注的同时对导管与钢护筒进行提升，直到混凝土达到设计要求的桩顶标高上部1 m左右，最后进行孔口防护。

2.4 连系梁施工

对桩顶部位超灌的混凝土进行凿除，即进行破桩头施工，具体的凿除方法为环切法，然后对桩芯顶面进行凿毛，将桩顶部存在浮渣清理干净，并进行垫层的施工。桩顶连系梁需借助专门的钢模进行施工，将钢模安装完成后，绑扎连系梁的钢筋，然后进行混凝土浇筑，待四周连系梁变为一个整体，且浇筑的混凝土实际强度与设计要求完全相符后，即完成整个围护结构的施工，为之后的基坑开挖施工提供可靠支护。

2.5 基坑开挖

(1)施工工艺

①先对场地表面存在的耕植土、杂草和杂物均清理干净，同时做好填挖找平，以勘测部门提供的点位对桥梁中线进行准确测放，同时作出引测桩点与控制网点。

②以已知点为依据对各条轴线上的控制点和井位点进行复核，然后设置位置线点，为之后的开挖施工提供控制边线。

③以放出的控制网点为依据对施工段落范围内的沟槽开挖线进行放线，并据此复核沟槽底部的轴线，在基底的龙门柱上分别引测轴线和水平及高程控制点，以此为基础钢筋施工提供有效控制。

④为了使施工过程中的测设能够顺利完成并达到准确无误，现场不同施工段落的测量都要多次复测。

⑤每次测量都要由专门的测量人员在放线结束后、由现场作业人员实施复核，在每项施工工序完成且经自检确认合格后，做好各项原始数据记录，然后由监理人员做好现场验收，经抽检确认合格后，即可开始下一道工序。

⑥工程现场实测结果需要由工程师进行审批。

(2)降排水措施

①以施工区域的水文地质条件和现场勘察结果为依据，地下水位深度在2～3 m范围内，可见地下水资源较为丰富，加之与河沟距离较近，故在实际施工中需进行明降水。

②在基坑外部开挖深度与宽度均为50 cm的截水沟，以此对地表水进行集中抽排。在基坑中开挖深度与宽度均为50 cm的汇水沟，将积水汇集到基坑其中一角，然后开挖集水井，利用抽水泵将积水集中排出。

(3)开挖防护与处理

①如果基坑底部出现不良土质，如流沙与淤泥，首先要立即和建设单位及监理方联系，并会同设计人员进入现场，根据实际情况制定有效的处理措施。

②在沟槽开挖过程中，当遇到既有管线等障碍物时，首先要了解具体情况，不可拆除的要加以保护，并尽快和相关单位取得联系，以防事故发生带来不必要的损失。

③采用机械对基底进行开挖施工时，在开挖到设计基底上部20 cm后，为防止对基底土质造成扰动，应立即停止机械开挖，改用人工完成修坡检底，并核对设计要求的标高，及时由各方人员进场验槽，做好相关记录，确定能否开始下一道工序。如果经检查确定基底土质无法达到设计要求，应立即上报方案，并由设计单位给出具体的处理措施。

(4)地下管线与既有构筑物保护

①对于现有的地下管线，按照业主提出的要求，首先要在思想意识上引起高度重视，采用人工挖设样洞，开工前保证完全暴露，以便于现场保护；安排专人负责；在管线保护工作开始前应先做好监护，然后落实专门的保护措施。

②施工正式开始前以施工图为依据和有关部门或单位取得联系，使其到达施工现场开展监护工作，办理各项手续，如监护交底卡等。若图纸上没有模糊不清的部位，则应委托专门的物探单位实施现场勘察。在桥梁基坑开挖开始前采用挖设样洞的方式明确周围管线具体分布范围和纵向，在地下管线分布情况不清的区域，应采用人工试挖，注意不可盲目利用机械设备进行开挖，以免造成不必要的破坏和损失。

③在实际施工中，需要在地面和附近既有建筑物布设沉降观测点，并安排专人进行观察，做好相关记录。在开挖过程中还应注意不可将开挖产生的土方直接堆放于建筑其中一侧，以减轻基坑边缘处的压力，防止坍塌事故发生。

(5)防坍塌措施

开挖施工中，为防止坍塌现象的发生，可采取以下各项预防措施。

①不可通过挖孔底脚进行基坑土方开挖施工，开挖必须严格按照方案的要求进行。

②在基础施工开始前应编制合理可行的施工方案，根据土质实际情况设置固坡措施。对于基槽边坡与支撑设施，需要在施工中做到随时检查，如果发现边坡存在裂痕或疏松等问题，应立即采取处理措施，从根本上消除隐患。对于开挖产生的土方，应按照相关规定进行堆放，不可直接沿线堆放或临时堆放。

③施工中要对基坑边坡处的物料堆放数量及重量进行严格控制，防止由于产生太大集中荷载导致基坑边坡产生坍塌。

④在基槽开挖施工中应设置合理的排水措施，在雨天施工中要注意防止地表水对土壁边坡造成冲刷，导致土方坍塌。

3 施工监测与结论

连系梁相同截面中内外侧布置的传感器，其实测结果的变化基本一致，应力分布符合径向土压力作用下圆弧线为合理拱轴线的特征，与咬合桩设计目标相符。基坑开挖完成后，连系梁应力保持不变，验证了支护结构的有效性与稳定性。施工中水系多次涨水，漫水给支护结构受力带来了一定影响，相当于对基坑进行二次开挖。基于此，实际施工中应尽可能在洪峰季到来之前结束基础浇筑，以此从根本上降低施工的安全风险。从以上结果可以看出，该桥梁工程所用基坑围护结构合理可行，且施工质量合格，所用工艺方法科学合理。

4 结 语

综上所述，以上基坑围护结构在该桥梁基坑开挖围护中实现了成功应用，可以为其它类似桥梁提供参考借鉴，经过此次施工，可得出下列结论：采用咬合桩作为基坑的围护结构体系时，可以在提供较强防渗能力的同时，加快施工效率，减小结构占地面积，此外，由于可以采用旋挖钻机进行施工，所以能防止产生太大的噪音及振动，减小对环境造成的污染及破坏，对文明施工十分有利；对咬合桩进行平面布置的过程中，宜采用拱形布置方式，因为这样对结构受力有利；地下工程不仅复杂，而且还有一定不可预见性，因此在基坑开挖施工中应加强信息化，通过定期检测获得不同施工状态对应的数据结果，然后以此为依据对施工进行正确的调整与优化。