公路橋梁深基坑圍護結構施工技術

文章以某橋梁工程為例，結合項目地質條件、水文環境，選擇應用拉森鋼板樁進行圍護施工，并對拉森鋼板樁圍護結構施工技術方案與效果進行研究。結果表明：通過應用拉森鋼板樁圍護施工技術，可顯著提升橋梁施工質量與安全性，值得推廣應用。

深基坑；圍護；拉森鋼板樁；監測

U445.4A401403

作者簡介：

劉祖軍（1977—），副教授，研究方向：交通土建工程。

0" 引言

隨著社會經濟建設速度持續加快，公路橋梁工程建設數量與規模均顯著增加。在很多橋梁工程施工中，深基坑體量大，施工環節風險隱患較多，為提升現場施工安全與施工質量，需對深基坑圍護施工技術措施進行創新。橋梁工程深基坑圍護結構深度一般在7 m以上，基坑兩側地勢陡峭，如果在基坑施工中發生坍塌事故，不僅會危害項目建設的順利開展，同時還可能會造成嚴重的人員傷亡事故。只有加強橋梁深基坑圍護施工技術創新與管理，才能夠保證圍護結構具備較強的承載能力與穩定性，承受周邊土壤結構的載荷應力。因此，對橋梁工程深基坑圍護施工技術進行深入研究意義重大。

1" 主橋概況

在某公路橋梁工程施工中，起訖點樁號為K57+407～K58+619，橋梁建設總長度為1 212 m。在該橋梁施工中，13#～16#墩采用“70 m+120 m+70 m”連續剛構橋施工方案，而14#、15#主墩的左右兩幅分別建設一個承臺結構，承臺結構尺寸為16.5 m×16.5 m×4 m。通過對工程設計方案進行分析，14#、15#墩承臺底標高分別為10.837 m、10.784 m，見圖1。在該橋梁工程基礎結構施工中，采用樁基礎施工方案，在各個承臺下，均需進行鉆孔灌注樁施工，共計16個鉆孔灌注樁，樁體直徑為1.8 m，長度為60 m。另外，在承臺澆筑施工中，選用C30混凝土，混凝土用量為1 089 m3，鋼筋材料用量為89 t。

2" 橋梁工程地質條件

2.1" 地形、地貌及地質條件

通過對該橋梁工程建設場地進行勘查，地形地勢平坦，屬于工程地質Ⅰ區，上部覆蓋黏土、礫石、細砂等，特殊地質主要為軟土，主要分布于地層的中部以及上部，屬于平原場地。

在鋼板樁施工中，需入土穿越軟土層，并深入下層黏土層中。通過對15#墩周邊地質環境進行勘查，其地質斷面如圖2所示。

2.2" 氣象條件

該橋梁工程建設場地氣候條件屬于北亞熱帶濕潤季風氣候，夏季溫度高，冬季氣溫比較低，四季分明。當地全年平均氣溫為16.8 ℃～17.5 ℃。結合近三十年來氣象資料，每年平均降雨量為1 269 mm，夏季降水量豐富，冬季降水量比較少。

2.3" 水文條件

據現場勘查，主河槽寬度為77 m，底部高程為10.784 m，河床地面高程為16.2～19.6 m。兩岸防洪堤和河床堤之間的高度差為8～10 m。另外，堤頂的高程為28.24～30.41 m。

3" 深基坑圍護結構施工方案

對該橋梁工程建設場地地質條件、水文條件以及氣候環境資料進行全面分析發現，該項目建設場地地質條件較為復雜。綜合考慮施工環境、技術條件等，在橋梁柱墩承臺深基坑施工中，選用拉森鋼板樁圍護施工技術方案，經過現場勘查，

初步確定鋼板樁的長度為21 m。

在深基坑施工中搭設鋼套筒圍護結構，可顯著提升施工現場安全性［1］。然而，該橋梁工程主橋橋墩所處位置河床高度比較大，在枯水期，河床裸露在外。另外，橋墩間距在100 m以上，可在橋墩之間構筑圍護結構，不會對正常通航造成不良影響。與鋼套筒圍護結構相比，施工成本比較低。因此在本次橋梁工程圍護結構深基坑施工中，采用“填土筑島+鋼板樁支護”圍護施工方案。

3.1" 導向安裝

對該橋梁工程14#、15#墩鋼板樁圍護結構選擇在枯水期開展施工，可充分利用筑島平臺作為安裝平臺，首先插入兩個鋼板樁發揮定位作用，隨后在鋼板樁的兩側，需安裝HN700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼，發揮導向作用，便于在鋼板樁安裝中對垂直度進行調整，同時保證平面位置準確性。導向結構布置方案如圖3所示。

3.2" 鋼板樁插打

3.2.1" 鋼板樁的插打及定位

在上述準備工作完成后，采用平板車沿棧橋將鋼板樁運輸至橋墩周邊，再利用吊車進行吊運，根據工程設計方案中所規定的順序堆碼。該工程基坑圍護使用中選用超長拉森鋼板樁，由于長度偏大，跨中撓度較大，在安裝與施工中容易發生變形，需對短邊方向進行吊裝，避免對鋼板樁結構整體造成破壞。對于鋼板樁堆碼層數，需控制在4層以內，在各層之間采用木墊間隔［2］。

對施工現場測量放線，確定溝槽開挖位置，并應用定位導向，對鋼板樁插打位置進行控制。河灘為軟土地層，基礎結構承載能力較差，需采用履帶運輸車輛，避免在鋼板樁運輸與吊裝中發生塌陷。鋼板樁長度為21 m，吊裝半徑大，綜合考慮施工現場環境狀況，選用80 t履帶吊，保證插打施工的順利進行。

第一片鋼板樁是圍巖施工質量控制的重要依據，起吊鋼板樁，隨后現場施工人員做好調控，將樁背與導向架緊密貼合，再利用鋼管抵觸樁面，將鋼板樁緩慢打入1 m深度，然后松開鋼管。在鋼板樁插打控制方面，可在導向上安裝限位卡，避免鋼板樁發生位移，如圖4所示。

3.2.2" 合龍施工

將邊角樁作為合龍點，避免在合龍過程中出現偏差；同時，便于對兩側鋼板樁間距進行調控。在合龍操作之前，合龍每一側需預留3片鋼板樁，在合龍前無須插打，根據鋼板樁寬度以及模數，對合龍樁進行測量與放線，確定合龍方向。

在拉森鋼板樁圍護結構施工中，需多片鋼板樁拼接合龍，如果在鋼板樁插打過程中出現偏差，則無法順利完成合龍。因此，在鋼板樁插打過程中，必須嚴格依據設計方案加強鋼板樁打設位置控制，及時發現偏差并糾正。如果在鋼板樁合龍過程中，鋼板樁插打位置出現偏差，并無法糾正，則可聯合應用特制楔形樁，對樁模數、長度進行調整，如圖5所示。

3.2.3" 鋼圍檁及內支撐施工

在該橋梁工程鋼圍堰內撐體系施工中，需根據鋼板樁豎向方向設置三道，在頂層鋼圍檁制作中，采用2HN700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼，而對于第二層以及底層鋼圍檁，需采用3HN700 mm×300 mm×13 mm×24 mm型鋼，內支撐結構為609 mm×16 mm鋼管［3］。

對于基坑回填作業時間，必須控制在豐水期到來之前。為加快施工進度，對于圍檁以及內撐體系，可在工廠生產加工，然后分段運輸至施工現場安裝。安裝施工前，在鋼板樁表面需明確標注標高控制線，便于安裝質量控制。

在圍護結構內部土體開挖或者抽水施工中，當達到各層內支撐以下50～100 cm后，需及時安裝鋼圍檁，并設置內支撐。對于鋼圍檁與圍護結構壁之間的縫隙，可采用木楔或者鋼板塞緊，避免對鋼圍檁受力狀態造成不良影響。

3.2.4" 圍堰內挖土、吸泥

3.2.4.1" 透水層以上土體開挖

在鋼板樁圍護結構內部，對于透水層以上土體結構，可應用挖掘機開挖，采用分段、分層開挖方式，再利用長臂挖掘機將開挖土體運輸至圍護結構以外。對于邊角區域，組織施工人員開挖。

3.2.4.2" 透水層以下土體開挖

橋梁工程建設區域，河床軟土地質較為常見，在土體開挖施工中，滲水問題比較嚴重。對此，在深基坑開挖施工中，需及時應用吸泥機，從基坑四周向中間部位移動并吸泥，在達到設計標高后，將泥沙運輸至河岸的沉淀池中處理。

3.2.5" 圍堰封底

3.2.5.1" 封底施工平臺搭設

在圍護結構封底混凝土澆筑施工中，需搭設施工平臺，可應用頂層鋼圍檁。同時，在橫橋向可利用2根橫梁搭設，封底平臺以及混凝土灌注導管的布置形勢如圖6所示，而封底平臺的立面結構如圖7所示。對于新增橫梁和下部支撐結構之間，可應用焊接施工方式進行連接。在平臺頂面，采用工字鋼，并搭設腳手板，在圍護結構封底施工中，即可作為施工人員走道［4］。

3.2.5.2" 導管及測點的布設

在圍護結構封底混凝土灌注施工中，應用垂直提升導管灌注施工方案，所需設備與材料包括混凝土儲料斗、絲口式剛性導管等。導管的壁厚為12 mm，直徑為300 mm。在導管拼接中，標準節段的長度為3 m。在灌注施工前，首先需開展水密承壓試驗、導管接頭抗拉試驗等，在經過現場監理人員檢測合格后，即可下放導管，為后續混凝土灌注施工提供保障。

3.2.5.3" 澆注順序

混凝土灌注中，在縱橋向，從圍護結構兩側向中間澆筑，而在橫橋向，從下游逐漸向上游灌注，保證一次澆筑完成。在施工現場應用大料斗，對于第一排管道，需從兩側向中間拔球并封底，隨后再將大料斗轉移至其他排逐層封底。在澆筑至設計封底頂面標高后，即可拔出第一排導管，當多個斷面混凝土澆筑厚度均達到設計要求后，即可依次拔出各排導管。

3.2.5.4" 圍護內抽水

在混凝土灌注完成后，達到設計強度要求的75%后，即可應用水泵，抽出深基坑中的積水。如圍護結構內依然有少量積水，可采用導流方式引入至施工現場集水坑中。

4" 圍護結構施工監測

4.1" 監測項目

根據《建筑基坑工程監測技術規范》（GB50497-2009），在橋梁工程基坑施工完成后，需加強施工現場監測，判斷施工效果。綜合考慮各項技術條件，在該工程施工完成后，對圍護結構支撐體系軸力進行密切監測［5］。

4.2" 支撐軸力監測方法

對于每一道支撐結構，可布置三個鋼支撐軸力監測點，對于第一道以及第二道支撐監測點，要求布置在相同位置，而對于第三道支撐，可根據圖8所示設置，共包含9個監測點，標號為ZL1～ZL9。

在放置軸力計之前，需在監測區域預埋安裝架，與鋼板焊接，隨后在內支撐結構以及圍檁接觸部位端部，設置軸力計。如圖9所示。

4.3" 軸力監測

在本次軸力監測中，依據對稱性原則，在第一層，選擇ZL1點和ZL2點；在第二層，選擇ZL4點和ZL5點；在第三層，選擇ZL7點和ZL8點。根據監測所得結果繪制軸力變化曲線如圖10所示。

通過對圖10進行分析，在第二道撐安裝完成后，第一道撐ZL1以及ZL2兩點的軸力逐漸增加，在完成第三道撐安裝時，軸力達到最大值，ZL1點為674 kN，而ZL2點為539 kN，隨后均逐漸降低，并趨于穩定。

在封底后，第二道撐ZL4以及ZL5兩點的軸力顯著增加，并達到最大值，ZL4點為1 236 kN，而ZL5點為1 123 kN，隨后均逐漸降低，并趨于穩定。

上述現象的原因在于，在下一層撐施工完成后，還需進行基坑土體開挖，在土體開挖施工中，土壓力逐漸下移，下層撐承受軸力，隨后上層撐軸力逐漸降低，并達到穩定狀態。

5" 結語

綜上，本文選擇某橋梁工程作為研究對象，對橋梁深基坑圍護施工技術方案進行分析，結合本工程地質勘查所得結果、施工技術條件，選用超長拉森鋼板樁進行圍護結構施工。根據經濟性、安全性要求，制定21 m超長拉森鋼板樁圍護施工方案。在深基坑開挖施工中，支撐軸力不斷增加，在開挖至深基坑底部后，底部支撐軸力達到最大值。根據本文實踐研究，鋼板樁技術在橋梁圍護結構施工中所發揮的效果顯著，值得推廣。

［1］魏鵬飛，劉" 杰.軟土地基深基礎組合結構支護技術研究［J］.公路，2019，64（1）：136-140.

［2］王" 旭，李曉莉，趙" 川，等.拉森鋼板樁臨時匝道橋頭綜合施工技術［J］.施工技術，2015，44（S2）：186-189.

［3］孔希紅.拉森鋼板樁及內支撐在淤泥深基坑中應用［J］.施工技術，2018，47（S1）：200-201.

［4］徐建軍.鋼管拉森鋼板樁組合圍護體系施工技術［J］.施工技術，2018，47（7）：60-63，148.

［5］孔" 巍，付曉超，周冀偉，等.雙層拉森鋼板樁圍堰在河道基坑施工中的應用技術［J］.施工技術，2018，47（S4）：56-60.

20240320