京滬高速鐵路濟滬南聯絡線跨緯十二路特大橋深基坑施工技術

井永軍，高政亮

(中鐵十局京滬高速鐵路濟南西站指揮部一工段，濟南 250300)

京滬高速鐵路濟滬南聯絡線跨緯十二路特大橋深基坑施工技術

井永軍，高政亮

(中鐵十局京滬高速鐵路濟南西站指揮部一工段，濟南 250300)

以京滬高速鐵路濟南西站及相關聯絡線工程HLDK354+226.72跨緯十二路特大橋36、37號墩深基坑施工為實例，重點介紹鋼板樁計算、內支撐體系的設置、基坑土方開挖等深基坑施工技術，詳細介紹鋼板樁及內支撐體系施工工藝、施工流程、操作要點，強調了鋼板樁打拔施工安全保證的各項措施，對今后類似深基坑施工提供較好的借鑒作用。

京滬高速鐵路聯絡線;深基坑;鋼板樁支護;施工

1 工程概況

京滬高速鐵路濟滬南聯絡線HLDK354+226.72跨緯十二路特大橋36號墩HLDK354+322.2～37號墩HLDK354+354.9上跨濟南市預留規劃路。規劃路同時下穿京滬上下行線，橋涵結構為(1－10+1－15+1－15+1－10)m框構橋，凈高5.5 m。為避免規劃路施工對特大橋墩身、承臺影響，將承臺頂高程降至框構橋底板頂高程。地面高程29.70 m，承臺底高程17.7 m，地下水位高程25.0 m，承臺基坑開挖深度12 m。

承臺尺寸12.5 m×8.1 m，加臺尺寸9.1 m×4.3 m。地質資料:0～19.2 m(高程29.7～10.8 m)為粉質黏土，б0=150 kPa;19.2～42.3 m(高程10.8～ －12.3 m)為輝長巖，б0=500 kPa

2 方案實施背景

跨緯十二路特大橋36、37號墩位于京滬下行線與濟南北方車輛廠廠房之間。承臺基坑邊緣距京滬下行線13.9 m，距濟南北方車輛廠廠房5.0 m，廠房高度15 m，基坑開挖施工不具備自然放坡條件。

這2個深基坑工程在特大橋工程施工中屬重點及難點工程，施工方案的制定既要保證京滬下行正線行車安全，又要保證廠房建筑安全，同時應力求減少工程量節約成本。為此針對該深基坑制定了專項施工方案，確保目標實現。

3 施工方案的選定

經過現場綜合評定和方案比選，確定采用鉆孔樁支護與拉森Ⅴ型(12 m)鋼板樁相結合，通過設置3道圍檁支護加固并采用水泥旋噴樁止水帷幕止水，在基坑范圍內抽水防止線路、廠房變形的支護方案。

3.1 總體施工方案

為避免車輛廠廠房處發生變形，在靠近廠房基坑外側范圍按照間距2.25 m布置φ1.25 m的鉆孔樁。其他三面基坑防護采取打設拉森Ⅴ型(12 m)鋼板樁，設置圍檁支護的基坑防護形式。按基坑開挖深度設置3道圍檁支護。

3道圍檁支護的設置位置:

在距地面3 m處設置第1道圍檁(高程:26.7 m)，距地面6.8 m處設置第2道圍檁(高程:22.9 m)。在距地面9.3 m處設置第3道圍檁(高程:20.4 m)

第1、第2道圍檁:橫向采用2根I50a型鋼并置，與拉森鋼板樁連接，斜向支撐采用2根I50a型鋼作為支撐。

第3道圍檁:橫向采用3根I50a型鋼并置，與拉森鋼板樁連接，斜向支撐采用3根 I50a型鋼作為支撐。

圍檁支撐的設置:

第1道支撐，長寬方向均設置2個支點。第2道支撐，長寬方向均設置4個支點。第3道支撐，長度方向設置5個支點，寬度方向設置4個支點。

降水方案:避免降水造成線路、廠房沉降，不采取大口井方案，在基坑四周設置2排水泥旋噴樁止水帷幕，旋噴樁深度16 m，樁底位于基巖上。

方案橫斷面如圖1所示。

圖1 方案橫斷面(單位:m)

3.2 理論計算

由于設計方案對施工提出了概括性說明，詳細的理論計算及方案細節需要編制專項方案。

3.2.1 鉆孔樁支護

鉆孔樁支護采用北京理正深基坑計算軟件進行計算，廠房荷載選取50 kN/m，基坑深度12 m，嵌入深度11 m，其中嵌入輝長巖3.8 m。樁間距2.25 m，樁徑1.25 m，混凝土強度等級C30，支錨道數為3道，按照開挖→加撐→開挖→加撐→開挖→加撐的施工順序進行施工安排。軟件根據各施工工況計算出每種工況的土壓力及位移、地表沉降量、最大彎矩、最大剪力、配筋布置等各項參數。為加強樁體整體穩定性，在樁頂設置冠梁將鉆孔樁連成整體。

3.2.2 拉森式鋼板樁長度、支撐間距、數量計算

地質資料:0～19.2 m(高程:29.7～10.8 m)，粉質黏土 б0=150 kPa(取承載力最低者)，φ =25°，γ =19.4 kN/m3，c=25 kPa。

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

計算原則:承臺邊至線路中心15.4 m，列車活載自軌枕底兩端向下按45°擴散角計算，擴散線位于基坑開挖范圍外，所以不再計算列車動荷載(《鐵路路基支擋結構設計規范》(TB10025—2006)。遠離線路一側的基坑防護只考慮土壓力。

基坑開挖之前先放坡開挖，放坡坡度1∶1，深度2 m(靠近廠房一側不再放坡)，盡量降低打入拉森式鋼板樁的施工難度。

計算時考慮基坑邊緣汽車及挖掘機荷載，按10 kN/m計。

由于基坑底部不具備設置圍檁的條件，這樣拉森鋼板樁最底部成為懸臂端，按照等彎矩布置確定各層支撐的間距，計算出懸臂端的最大允許跨度。

根據每道圍檁設置的位置分別計算土壓力，作為計算圍檁設置的依據。并且根據圍檁的受力計算出圍檁所需的強度，并由此配置圍檁的結構，經過最終計算確定圍檁的材料配置。經過計算后確定加固所需的各項材料(一個基坑):長度12 m拉森式鋼板樁100根，Ⅰ50a型鋼25 t，樁長16 m高壓旋噴樁433根，樁長23 m、φ1.25 m鉆孔樁5根。

3.2.3 止水帷幕設置

由于該施工工點位于濟南市區，地下水位高，靠近京滬線路及距廠房的距離較近，由此制定了在基坑四周設置2排水泥旋噴樁作為止水帷幕的施工方案。樁徑0.5 m、樁底位于基巖上，2排交錯咬合布置。止水帷幕布置見圖2。

3.3 施工組織

(1)工藝流程

圖2 止水帷幕平面示意(單位:m)

鋼板樁施工工藝流程為:準備工作→定位測量→預先開挖(溝槽開挖)→設圍擋→插打鋼板樁→施工支撐→基坑開挖→施工監控→承臺澆筑施工→鋼板樁拆除。

在確保安全的前提下，基坑支撐的施工與基坑開挖按“分層開挖分層支撐”的原則進行，考慮圍檁支架安裝及圍檁施工方便，每層開挖應比圍檁低50 cm。具體支撐順序如下:挖至第1層支撐處下50 cm→加第1層圍檁及內撐→挖至第2層支撐處下50 cm→加第2層圍檁及內撐→挖至第3層支撐處下50 cm→加第3層圍檁及內撐→開挖至基底。

鋼板樁內撐安裝。按照方案設置支點的尺寸安裝內撐，對圍檁型鋼和內撐接頭位置用三角加勁板焊接，同時加強焊縫質量檢查。

(2)施工準備

鋼板樁運到工地后，需進行整理。清理鎖口內雜物，對缺陷部位加以整修。外觀檢查的主要內容:表面缺陷、長度、寬度、厚度、高度、平直度、鎖口形狀等。重復使用的鋼板樁應符合表1的標準要求。

表1 鋼板樁質量檢測標準

(3)打樁設備

采用振動式打樁機配合吊車打入。

(4)測量定位

①將施工區域控制點標明并經過復測無誤后加以有效保護。

②設置工字鋼導梁，保證打出的鋼板樁在一條直線上。

③插打。將鋼板樁吊至插點用振動錘插打，保證垂直度。

④合龍。在即將合龍時，開始測量并計算出鋼板樁底部的直線距離，再根據鋼板樁的寬度，計算出所需的片數，按此確定下一步鋼板樁如何插打。

⑤鎖口漏水的處理及預防。對于檢查合格的鋼板樁，為保證在施工過程中能夠順利插打，并增加鋼板樁在使用時的防滲性能，每片鋼板樁鎖口都應均勻涂以混合油，其體積比為黃油∶干膨潤土∶干鋸末=5∶5∶3。

⑥安裝圍檁及內支撐。圍檁單根桿件在加工廠加工好，運至現場拼接在一起。后安裝內支撐。圍檁與鋼板樁之間空隙用木楔塞緊。

(5)基坑開挖

待鋼板樁圍堰合龍之后，首先進行基坑排水，利用水泵不間斷抽水，同時檢查鋼板樁有無漏水現象。對漏水的地方及時進行封堵。在基坑底部四周設置排水溝和集水井，及時抽走基坑范圍內的水。距地面2 m處的基坑放坡開挖后，為防止雨季沖刷邊坡，在基坑四周邊坡上采取水泥砂漿護坡防護措施。在基坑頂部四周設置圍堰，防止地表水流入基坑。

(6)開挖過程中支護結構的監控

為確保圍護結構正常工作，防止鋼板樁位移較大，施工中對鋼板樁偏移進行跟蹤測量，控制點選在鋼板樁頂。在挖土期間及挖土完成后每天2次觀測位移，及時掌握變形情況。

(7)拔樁

待第1步承臺施工結束后，回填承臺與鋼板樁間的空隙，回填密實，然后拆除中間影響承臺加臺施工的橫撐。

待承臺加臺施工結束后，回填土至第3道圍檁位置，拆除第3道圍囹。

剩余第1、2道圍檁待墩身處土方回填至圍檁位置時，方可拆除圍檁。先拆除內支撐，再根據打入時鋼板樁的難易程度，確定拔樁順序。拔1根清理1根，并及時運走清理場地。

3.4 鋼板樁打拔安全保證措施

承臺邊緣距接觸網桿最小為10 m，鋼板樁長度12 m，打拔鋼板樁時必須采取措施防止打樁機侵入限界及打樁機失穩。保證措施如下。

(1)鋼板樁施工采用液壓挖掘機和液壓高頻振動打樁機打入的方式。現場技術人員確定鋼板樁打入位置，并將打入承臺底以下的深度做詳細交底;打樁前必須確認施工范圍內有無地下電纜等設備。

(2)機械設備進場前，將該機械設備的合格證、技術參數進行上報，每次使用前對機械設備進行檢查。

(3)施工前將施工配合通知單送達設備管理單位，并要求設備管理單位派員監督。

(4)只要有鋼板樁作業必須設置專職指揮人員，專職指揮人員必須是正式施工管理人員，專職指揮員要隨身攜帶對講機，專職指揮人員站位要選擇視野開闊的位置，站在操作人員前方。指揮員要加強和操作人員溝通，指揮手勢要讓操作人員明白。

(5)在施工過程中要隨時注意擺臂距離京滬下行線接觸網的距離，必須保證在距接觸網回流線2 m外。

(6)現場施工人員、指揮員、防護員必須佩戴安全帽。

(7)夜間施工時要有足夠的照明設施并注意安全用電。

(8)打樁設備要保持良好狀況，安排專人定期檢查設備狀況，必須經過調試、檢測，確認技術性能和安全裝置狀態良好后方準使用。

(9)施工機械配有專人負責保養，輪班作業應執行交接班制度，對機械設備進行定期、不定期檢查，確保設備安全運營，并在機械使用過程中做好設備運轉記錄。

(10)吊車、挖掘機等大型機械施工嚴格執行建設指揮部審批的《京滬高速鐵路聯絡線跨緯十二路特大橋施工安全專項方案》。

3.5 內撐體系施工

鋼板樁圍檁內撐體系與基坑開挖同步進行。開挖至支撐系統下50 cm進行支撐系統的施工。根據圍檁設計高程確定牛腿高程，以2 m的間距焊接鋼牛腿。牛腿焊接時高程保持一致，確保在同一水平面。

(1)第1道圍檁及內支撐設置

承臺尺寸12.5 m×8.1 m，圍檁內部尺寸14.5 m×10 m，預留1 m工作面，滿足設置排水溝、集水井的尺寸要求。

原地面向下3.5 m，設置第1道圍檁。圍檁材料選取2根Ⅰ50a型鋼并置，封閉形成一個整體結構。并設置1道斜撐。

2根Ⅰ50a型鋼用鋼板焊接為一個整體，斜向支撐設置在距端部4.5 m的位置，與圍檁間采取焊接的方式連接。圍檁與每根拉森鋼板樁之間空隙需打入木楔抵緊。在拉森式鋼板樁上焊接［20型鋼作為馬蹬支撐圍檁。見圖3。

(2)第2道圍檁及內支撐設置

將基坑開挖至距地面6.8 m，設置第2道圍檁。圍檁材料選取2根Ⅰ50a型鋼并置，封閉形成一個整體結構。并設置2道斜撐。

Ⅰ50a 2根型鋼用鋼板焊接為一個整體，斜向支撐設置在距端部1 m、4.5 m的位置，與圍檁間采取焊接的方式連接。圍檁與每根拉森鋼板樁之間空隙需打入木楔抵緊。在拉森式鋼板樁上焊接槽鋼作為馬蹬支撐圍檁。見圖4。

圖3 第1道內支撐加固(單位:m)

圖4 第2道支撐加固(單位:m)

(3)第3道圍檁及內支撐設置

將基坑開挖至距地面9.3 m，設置第3道圍檁。圍檁材料選取3根Ⅰ50a型鋼并置，封閉形成一個整體結構。并設置2道斜撐、順線路方向設置1道對撐。

3根Ⅰ50a型鋼用鋼板焊接為一個整體，斜向支撐設置在距端部1、3.6 m的位置，與圍檁間采取焊接的方式連接。圍檁與每根拉森鋼板樁之間空隙需打入木楔抵緊。在拉森式鋼板樁上焊接槽鋼作為馬蹬支撐圍檁。見圖5。

圖5 第3道支撐加固(單位:m)

由于對撐3根并置的工字鋼重力達30 kN，在拉森式鋼板樁上設置加強托架支撐，材料選取［20型鋼。

施工時，挖掘機配合人工定位各支撐，先焊接牛腿，支撐與圍檁交界面四邊圍焊。整個支撐施工中按先邊角加強，再斜撐，后橫撐的順序進行。

焊接過程中注意高程變化，圍檁支撐線平順，鋼板樁與圍檁有空隙的地方插打木楔，保證支撐結構傳力有效。

3.6 基坑開挖

基坑深度小于4 m時，采用普通挖掘機開挖，深度超過4 m時，采用長臂挖掘機開挖，深度超過8 m時，采用長臂挖掘機配合小型挖掘機開挖基坑的施工方案。挖土要遵循“分層開挖，分層支撐”的原則進行。挖機由專人負責指揮，采取有計劃、有步驟的分層或分塊對稱平行開挖。開挖順序必須與設計工況相一致，嚴禁超挖。開挖時，安排專人對基坑四周環境、土體進行觀測，發現問題立即停止，并查清原因采取措施后方能繼續開挖。基坑開挖到設計高程后，首先在基坑四周設置流水槽、四角設置集水坑將水排出。進行混凝土墊層及承臺工程施工。

4 實施效果

跨緯十二路特大橋36、37號墩深基坑在施工中嚴格按照施工方案進行施工，經檢驗鋼板樁支護效果良好，線路及廠房沒有發生變形，確保了基坑開挖成功，深基坑施工達到了預期的效果。

［1］龔曉南，高有潮．深基坑工程設計施工手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，2001．

［2］高大釗．深基坑工程［J］．北京:中國建筑工業出版社，2002．

［3］左名麟，等．地基處理實用技術［J］．北京:中國建筑工業出版社，2005．

［4］江正榮，朱國梁．簡明施工計算手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，2006．

［5］侯 杰．鋼板樁在基礎施工中的應用［J］．甘肅科技，2008(6)．

［6］盧火養．鋼板樁支護施工方法［J］．建筑技術開發，2007(4)．

［7］溫利強，高順平．淺談鋼板樁圍堰的設計與施工［J］．山西建筑，2010(2)．

［8］朱美花．高壓旋噴樁在止水帷幕中的應用［J］．太原理工大學學報，1999(6)．

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

井永軍(1978—)，男，工程師，2004年畢業于石家莊鐵道學院土木建筑專業。