井永軍，高政亮

(中鐵十局京滬高速鐵路濟(jì)南西站指揮部一工段，濟(jì)南 250300)

京滬高速鐵路濟(jì)滬南聯(lián)絡(luò)線跨緯十二路特大橋深基坑施工技術(shù)

井永軍，高政亮

(中鐵十局京滬高速鐵路濟(jì)南西站指揮部一工段，濟(jì)南 250300)

以京滬高速鐵路濟(jì)南西站及相關(guān)聯(lián)絡(luò)線工程HLDK354+226.72跨緯十二路特大橋36、37號(hào)墩深基坑施工為實(shí)例，重點(diǎn)介紹鋼板樁計(jì)算、內(nèi)支撐體系的設(shè)置、基坑土方開挖等深基坑施工技術(shù)，詳細(xì)介紹鋼板樁及內(nèi)支撐體系施工工藝、施工流程、操作要點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)了鋼板樁打拔施工安全保證的各項(xiàng)措施，對(duì)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(lián)絡(luò)線;深基坑;鋼板樁支護(hù);施工

1 工程概況

京滬高速鐵路濟(jì)滬南聯(lián)絡(luò)線HLDK354+226.72跨緯十二路特大橋36號(hào)墩HLDK354+322.2～37號(hào)墩HLDK354+354.9上跨濟(jì)南市預(yù)留規(guī)劃路。規(guī)劃路同時(shí)下穿京滬上下行線，橋涵結(jié)構(gòu)為(1－10+1－15+1－15+1－10)m框構(gòu)橋，凈高5.5 m。為避免規(guī)劃路施工對(duì)特大橋墩身、承臺(tái)影響，將承臺(tái)頂高程降至框構(gòu)橋底板頂高程。地面高程29.70 m，承臺(tái)底高程17.7 m，地下水位高程25.0 m，承臺(tái)基坑開挖深度12 m。

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

2 方案實(shí)施背景

跨緯十二路特大橋36、37號(hào)墩位于京滬下行線與濟(jì)南北方車輛廠廠房之間。承臺(tái)基坑邊緣距京滬下行線13.9 m，距濟(jì)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(gè)深基坑工程在特大橋工程施工中屬重點(diǎn)及難點(diǎn)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(shí)應(yīng)力求減少工程量節(jié)約成本。為此針對(duì)該深基坑制定了專項(xiàng)施工方案，確保目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

3 施工方案的選定

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)綜合評(píng)定和方案比選，確定采用鉆孔樁支護(hù)與拉森Ⅴ型(12 m)鋼板樁相結(jié)合，通過設(shè)置3道圍檁支護(hù)加固并采用水泥旋噴樁止水帷幕止水，在基坑范圍內(nèi)抽水防止線路、廠房變形的支護(hù)方案。

3.1 總體施工方案

為避免車輛廠廠房處發(fā)生變形，在靠近廠房基坑外側(cè)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(hù)采取打設(shè)拉森Ⅴ型(12 m)鋼板樁，設(shè)置圍檁支護(hù)的基坑防護(hù)形式。按基坑開挖深度設(shè)置3道圍檁支護(hù)。

3道圍檁支護(hù)的設(shè)置位置:

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

第1道支撐，長(zhǎng)寬方向均設(shè)置2個(gè)支點(diǎn)。第2道支撐，長(zhǎng)寬方向均設(shè)置4個(gè)支點(diǎn)。第3道支撐，長(zhǎng)度方向設(shè)置5個(gè)支點(diǎn)，寬度方向設(shè)置4個(gè)支點(diǎn)。

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(shè)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(jì)算

由于設(shè)計(jì)方案對(duì)施工提出了概括性說明，詳細(xì)的理論計(jì)算及方案細(xì)節(jié)需要編制專項(xiàng)方案。

3.2.1 鉆孔樁支護(hù)

鉆孔樁支護(hù)采用北京理正深基坑計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)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(zhǎng)巖3.8 m。樁間距2.25 m，樁徑1.25 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，支錨道數(shù)為3道，按照開挖→加撐→開挖→加撐→開挖→加撐的施工順序進(jìn)行施工安排。軟件根據(jù)各施工工況計(jì)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(xiàng)參數(shù)。為加強(qiáng)樁體整體穩(wěn)定性，在樁頂設(shè)置冠梁將鉆孔樁連成整體。

3.2.2 拉森式鋼板樁長(zhǎng)度、支撐間距、數(shù)量計(jì)算

地質(zhì)資料:0～19.2 m(高程:29.7～10.8 m)，粉質(zhì)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(zhǎng)巖 б0=500 kPa。

計(jì)算原則:承臺(tái)邊至線路中心15.4 m，列車活載自軌枕底兩端向下按45°擴(kuò)散角計(jì)算，擴(kuò)散線位于基坑開挖范圍外，所以不再計(jì)算列車動(dòng)荷載(《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10025—2006)。遠(yuǎn)離線路一側(cè)的基坑防護(hù)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(cè)不再放坡)，盡量降低打入拉森式鋼板樁的施工難度。

計(jì)算時(shí)考慮基坑邊緣汽車及挖掘機(jī)荷載，按10 kN/m計(jì)。

由于基坑底部不具備設(shè)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(jì)算出懸臂端的最大允許跨度。

根據(jù)每道圍檁設(shè)置的位置分別計(jì)算土壓力，作為計(jì)算圍檁設(shè)置的依據(jù)。并且根據(jù)圍檁的受力計(jì)算出圍檁所需的強(qiáng)度，并由此配置圍檁的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過最終計(jì)算確定圍檁的材料配置。經(jīng)過計(jì)算后確定加固所需的各項(xiàng)材料(一個(gè)基坑):長(zhǎng)度12 m拉森式鋼板樁100根，Ⅰ50a型鋼25 t，樁長(zhǎng)16 m高壓旋噴樁433根，樁長(zhǎng)23 m、φ1.25 m鉆孔樁5根。

3.2.3 止水帷幕設(shè)置

由于該施工工點(diǎn)位于濟(jì)南市區(qū)，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(shè)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(cuò)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(zhǔn)備工作→定位測(cè)量→預(yù)先開挖(溝槽開挖)→設(shè)圍擋→插打鋼板樁→施工支撐→基坑開挖→施工監(jiān)控→承臺(tái)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(jìn)行，考慮圍檁支架安裝及圍檁施工方便，每層開挖應(yīng)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(nèi)撐→挖至第2層支撐處下50 cm→加第2層圍檁及內(nèi)撐→挖至第3層支撐處下50 cm→加第3層圍檁及內(nèi)撐→開挖至基底。

鋼板樁內(nèi)撐安裝。按照方案設(shè)置支點(diǎn)的尺寸安裝內(nèi)撐，對(duì)圍檁型鋼和內(nèi)撐接頭位置用三角加勁板焊接，同時(shí)加強(qiáng)焊縫質(zhì)量檢查。

(2)施工準(zhǔn)備

鋼板樁運(yùn)到工地后，需進(jìn)行整理。清理鎖口內(nèi)雜物，對(duì)缺陷部位加以整修。外觀檢查的主要內(nèi)容:表面缺陷、長(zhǎng)度、寬度、厚度、高度、平直度、鎖口形狀等。重復(fù)使用的鋼板樁應(yīng)符合表1的標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 鋼板樁質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

(3)打樁設(shè)備

采用振動(dòng)式打樁機(jī)配合吊車打入。

(4)測(cè)量定位

①將施工區(qū)域控制點(diǎn)標(biāo)明并經(jīng)過復(fù)測(cè)無誤后加以有效保護(hù)。

②設(shè)置工字鋼導(dǎo)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(diǎn)用振動(dòng)錘插打，保證垂直度。

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

⑤鎖口漏水的處理及預(yù)防。對(duì)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(shí)的防滲性能，每片鋼板樁鎖口都應(yīng)均勻涂以混合油，其體積比為黃油∶干膨潤(rùn)土∶干鋸末=5∶5∶3。

⑥安裝圍檁及內(nèi)支撐。圍檁單根桿件在加工廠加工好，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼接在一起。后安裝內(nèi)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(jìn)行基坑排水，利用水泵不間斷抽水，同時(shí)檢查鋼板樁有無漏水現(xiàn)象。對(duì)漏水的地方及時(shí)進(jìn)行封堵。在基坑底部四周設(shè)置排水溝和集水井，及時(shí)抽走基坑范圍內(nèi)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(hù)坡防護(hù)措施。在基坑頂部四周設(shè)置圍堰，防止地表水流入基坑。

(6)開挖過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)控

為確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)正常工作，防止鋼板樁位移較大，施工中對(duì)鋼板樁偏移進(jìn)行跟蹤測(cè)量，控制點(diǎn)選在鋼板樁頂。在挖土期間及挖土完成后每天2次觀測(cè)位移，及時(shí)掌握變形情況。

(7)拔樁

待第1步承臺(tái)施工結(jié)束后，回填承臺(tái)與鋼板樁間的空隙，回填密實(shí)，然后拆除中間影響承臺(tái)加臺(tái)施工的橫撐。

待承臺(tái)加臺(tái)施工結(jié)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(shí)，方可拆除圍檁。先拆除內(nèi)支撐，再根據(jù)打入時(shí)鋼板樁的難易程度，確定拔樁順序。拔1根清理1根，并及時(shí)運(yùn)走清理場(chǎng)地。

3.4 鋼板樁打拔安全保證措施

承臺(tái)邊緣距接觸網(wǎng)桿最小為10 m，鋼板樁長(zhǎng)度12 m，打拔鋼板樁時(shí)必須采取措施防止打樁機(jī)侵入限界及打樁機(jī)失穩(wěn)。保證措施如下。

(1)鋼板樁施工采用液壓挖掘機(jī)和液壓高頻振動(dòng)打樁機(jī)打入的方式。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員確定鋼板樁打入位置，并將打入承臺(tái)底以下的深度做詳細(xì)交底;打樁前必須確認(rèn)施工范圍內(nèi)有無地下電纜等設(shè)備。

(2)機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前，將該機(jī)械設(shè)備的合格證、技術(shù)參數(shù)進(jìn)行上報(bào)，每次使用前對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查。

(3)施工前將施工配合通知單送達(dá)設(shè)備管理單位，并要求設(shè)備管理單位派員監(jiān)督。

(4)只要有鋼板樁作業(yè)必須設(shè)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(duì)講機(jī)，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(qiáng)和操作人員溝通，指揮手勢(shì)要讓操作人員明白。

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

(6)現(xiàn)場(chǎng)施工人員、指揮員、防護(hù)員必須佩戴安全帽。

(7)夜間施工時(shí)要有足夠的照明設(shè)施并注意安全用電。

(8)打樁設(shè)備要保持良好狀況，安排專人定期檢查設(shè)備狀況，必須經(jīng)過調(diào)試、檢測(cè)，確認(rèn)技術(shù)性能和安全裝置狀態(tài)良好后方準(zhǔn)使用。

(9)施工機(jī)械配有專人負(fù)責(zé)保養(yǎng)，輪班作業(yè)應(yīng)執(zhí)行交接班制度，對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行定期、不定期檢查，確保設(shè)備安全運(yùn)營(yíng)，并在機(jī)械使用過程中做好設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)記錄。

(10)吊車、挖掘機(jī)等大型機(jī)械施工嚴(yán)格執(zhí)行建設(shè)指揮部審批的《京滬高速鐵路聯(lián)絡(luò)線跨緯十二路特大橋施工安全專項(xiàng)方案》。

3.5 內(nèi)撐體系施工

鋼板樁圍檁內(nèi)撐體系與基坑開挖同步進(jìn)行。開挖至支撐系統(tǒng)下50 cm進(jìn)行支撐系統(tǒng)的施工。根據(jù)圍檁設(shè)計(jì)高程確定牛腿高程，以2 m的間距焊接鋼牛腿。牛腿焊接時(shí)高程保持一致，確保在同一水平面。

(1)第1道圍檁及內(nèi)支撐設(shè)置

承臺(tái)尺寸12.5 m×8.1 m，圍檁內(nèi)部尺寸14.5 m×10 m，預(yù)留1 m工作面，滿足設(shè)置排水溝、集水井的尺寸要求。

原地面向下3.5 m，設(shè)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(gè)整體結(jié)構(gòu)。并設(shè)置1道斜撐。

2根Ⅰ50a型鋼用鋼板焊接為一個(gè)整體，斜向支撐設(shè)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(nèi)支撐設(shè)置

將基坑開挖至距地面6.8 m，設(shè)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(gè)整體結(jié)構(gòu)。并設(shè)置2道斜撐。

Ⅰ50a 2根型鋼用鋼板焊接為一個(gè)整體，斜向支撐設(shè)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(nèi)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(nèi)支撐設(shè)置

將基坑開挖至距地面9.3 m，設(shè)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(gè)整體結(jié)構(gòu)。并設(shè)置2道斜撐、順線路方向設(shè)置1道對(duì)撐。

3根Ⅰ50a型鋼用鋼板焊接為一個(gè)整體，斜向支撐設(shè)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(duì)撐3根并置的工字鋼重力達(dá)30 kN，在拉森式鋼板樁上設(shè)置加強(qiáng)托架支撐，材料選?。?0型鋼。

施工時(shí)，挖掘機(jī)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(gè)支撐施工中按先邊角加強(qiáng)，再斜撐，后橫撐的順序進(jìn)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(jié)構(gòu)傳力有效。

3.6 基坑開挖

基坑深度小于4 m時(shí)，采用普通挖掘機(jī)開挖，深度超過4 m時(shí)，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)開挖，深度超過8 m時(shí)，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)配合小型挖掘機(jī)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(jìn)行。挖機(jī)由專人負(fù)責(zé)指揮，采取有計(jì)劃、有步驟的分層或分塊對(duì)稱平行開挖。開挖順序必須與設(shè)計(jì)工況相一致，嚴(yán)禁超挖。開挖時(shí)，安排專人對(duì)基坑四周環(huán)境、土體進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題立即停止，并查清原因采取措施后方能繼續(xù)開挖?；娱_挖到設(shè)計(jì)高程后，首先在基坑四周設(shè)置流水槽、四角設(shè)置集水坑將水排出。進(jìn)行混凝土墊層及承臺(tái)工程施工。

4 實(shí)施效果

跨緯十二路特大橋36、37號(hào)墩深基坑在施工中嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行施工，經(jīng)檢驗(yàn)鋼板樁支護(hù)效果良好，線路及廠房沒有發(fā)生變形，確保了基坑開挖成功，深基坑施工達(dá)到了預(yù)期的效果。

［1］龔曉南，高有潮．深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001．

［2］高大釗．深基坑工程［J］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002．

［3］左名麟，等．地基處理實(shí)用技術(shù)［J］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005．

［4］江正榮，朱國(guó)梁．簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006．

［5］侯 杰．鋼板樁在基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用［J］．甘肅科技，2008(6)．

［6］盧火養(yǎng)．鋼板樁支護(hù)施工方法［J］．建筑技術(shù)開發(fā)，2007(4)．

［7］溫利強(qiáng)，高順平．淺談鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)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(yīng)用［J］．太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，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(yè)于石家莊鐵道學(xué)院土木建筑專業(yè)。