止水帷幕+土钉墙基坑支护技术在桥梁施工中的应用

止水帷幕 +土钉墙基坑支护技术在桥梁施工中的应用

蔡仁杰

中铁七局武汉公司

摘要：根据工程具体情况确定了基坑支护方法，介绍了止水帷幕+土钉墙支护技术在桥梁施工应用中的施工工艺，总结了该支护技术在桥梁施工应用的效益、适用范围及优缺点。

关键词：基坑 帷幕 土钉墙

1.前言

目前国内大型桥梁深基坑支护结构多采用钢板桩、钢管桩、钢套箱、钢吊箱等钢围堰，在桂林龙门大桥P10承台施工中因地质原因传统钢围堰难以适用，出于成本及进度考虑，应用了止水帷幕+土钉墙基坑支护技术，顺利完成施工，保证了工程安全质量及工期。

2.工程概况

龙门大桥全主墩基础采用26根φ1.5m钻孔灌注桩，承台尺寸为38.5m×8.9m×3.5m，位于漓江西岸河漫滩上，承台底与地面高差7m。墩位处覆盖层主要为砂卵石，层厚5～21ｍ不等，最大粒径30cm，下伏石灰基岩，岩面起伏较大，部分岩层侵入承台内，且受岩溶发育影响，卵石层内局部夹杂岩层。

该承台设计建议施工方案为钢板桩围堰，采用12m长拉森Ⅳ型钢板桩，2m厚封底砼，基坑底钢板桩埋深3m，但经钢板桩在基坑四周原位试打调查发现，仅20%钢板桩可打入预定深度，大部分区域需进行引孔，工期、成本压力巨大。经过充分的比选论证后，从工期、成本考虑，决定引用房建施工中的止水帷幕+土钉墙基坑支护技术。

3.支护体系结构选定

3.1帷幕结构形式确定

帷幕从结构形式可划分为悬挂式帷幕、五面隔渗帷幕和落底式帷幕。结合龙门大桥P10承台基坑处复杂的地质条件，经综合比较，采用五面隔渗帷幕，竖向止水帷幕深7+4=11m，水平帷幕深11-7=4m（基坑以下）。

3.2 帷幕施工方法确定

目前施作止水帷幕常采用的施工方法有：高压旋喷注浆法、地下连续墙法、动结法和静压注浆法。

P10承台基坑临近漓江，基坑顶与漓江水位高差仅约1m，且由于砂卵石孔隙率大，透水性强，基坑地下水与漓江连通，为富水及动水地层。为保证在富水及动水地层浆液迅速凝结，避免浆液流失过大，基坑四周竖向止水帷幕采用静压注浆法施工。在施做竖向止水帷幕后，基坑底地下水基本与漓江阻断，鉴于静压注浆法工艺复杂、工期长的缺点，为缩短施工工期，基坑底水平止水帷幕采用高压旋喷注浆法。

3.3基坑支撑结构确定

采用止水帷幕解决了基坑内渗水问题，但基坑内开挖深度达7m，且受场地所限只能垂直开挖，基坑必须采取支撑措施，支撑结构采用土钉墙。

4、施工工艺及操作要点

4.1竖向止水帷幕施工

工艺流程：引孔钻进→下放微型钢管→双液注浆

（1）钻机就位：对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10mm以内，钻孔垂直度误差小于0.3%。

（2）引孔钻进：按照设计深度进行引孔钻进。针对卵石层和岩层的特点，潜孔钻配置不同的钻头。

（3）下放微型钢管：钻孔完成后开始下钢管，钢管提前按照要求尺寸进行焊接，钢管外周设置冒浆孔，冒浆孔间距为1m，每个断面设置三个，采用梅花形布置，下钢管时人工配合挖机进行施工。

（4）清孔：钢管下放到位后，开始准备压浆施工。先在钢管顶部焊接压浆管接头，再利用水管插入钢管底部，进行压浆施工前钢管清孔。

（5）双液压浆：压浆采用水泥浆与水玻璃按照1:2比例掺配，水泥浆与掺配好的水玻璃分别采用单独的镀锌钢管输送到压浆管前50cm左右处，用三通软管进行汇合，压至提前安装好的压浆管内，待孔顶冒出的水泥浆与原水泥浆浓度一致时停止压浆。如此循环压浆，确保不漏过每个压浆管。

（6）压浆设备：压浆过程时，水泥浆压浆机的压力控制在2.5MPa，水玻璃压浆机的压力控制在1.5MPa。

4.2 水平止水帷幕施工

工艺流程：潜孔钻引孔→制浆→高压旋喷机就位→旋喷

（1）采用潜孔钻机钻孔至设计深度；

（2）制浆：按水灰比0.5所决定的需水量，在搅浆桶内设定放水标志，每次搅浆前加水至标志位置。

（3）旋喷：喷射时，先应达到预定的喷射压力（压浆机压力控制在30MPa）、喷浆后再逐渐提升旋喷管，以防扭断旋喷管。为保证桩底端的质量，喷嘴下沉到设计深度时，在原位置旋转30秒钟左右，待孔口冒浆正常后再旋喷提升。钻杆的旋转和提升应连续进行，不得中断。

4.3基坑开挖

（1）基坑内土石方按1.2m/层开挖，开挖一层支护一层。

（2）每层开挖深度为上层锚杆位置下0.3m，土方开挖应满当日支护作业能力即可，不得超挖。

（3）上层锚杆注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度后方可开挖下层土及下层锚杆施工。

（4）基坑开挖和锚杆施工应按设计要求自上而下分段分层进行。在机械开挖后，应予留150~200mm的厚度用人工修整坡面。

4.4 土钉墙施工

（1）工艺流程：施工准备→施工定位放线→钻机就位→锚杆钻孔及验收→搅拌水泥砂浆→锚杆、锚板加工制作及验收→钻机移位→锚杆安装→锚杆灌浆→机械清洗→人工修整边坡→绑扎钢筋网→焊接锚板→喷射砼墙→养护。

（2）锚杆钻孔与水平夹角为30º，孔径为110㎜。采用锚固钻机MJG-50型钻机进行钻孔施工，待钻孔深度约为5m左右时，开始安装中空锚杆，锚杆顶部安装钻头，锚杆钻进，直至锚杆钻进深度达到设计深度。

（3）锚杆孔内采用常压灌注水泥浆，采用42.5水泥，水灰比为0.38～0.45，压力为2.5Mpa，注浆要饱满，注浆体强度为≥M10。

（4）钢筋网片采用绑扎而成，网片筋水平Φ8@200，竖向Φ8@200，网格允许偏差为±20mm。

（5）在钢筋网外侧喷射12cm厚C20砼作为面板。

（6）每层锚杆施工施工后进行锚杆抗拔试验监测。

5. 效益分析

5.1 工期效益

（1）采用钻机引孔再施工钢板桩围堰，预计工期为引孔2.5个月，钢板桩围堰施工、基坑开挖1.5个月，共计4个月。

（2）采用本工法帷幕施工1.5个月，基坑边开挖边施工土钉墙1.5个月，共计3个月。

（3）节省工期1个月。

5.2 成本效益

（1）采用钻机引孔再施工钢板桩围堰的成本为：φ1.5m引孔12m（引孔深度）×80（孔数）=960m，引孔单价为520元/m，合计50万元；钢板桩围堰321t，单价为3100元/t，合计100万元；共计150万元。

（2）采用本工法施工，材料消耗投入为PO 42.5水泥1450t（400元/t）、中砂500m³（80元/ m³）、水玻璃138t（950元/t）、钢材70t（2850元/t），合计材料费95万元；劳力投入30人2个月，工费约40万元；总费用约135万元。

（3）从直接成本上看差异不大，但采用本工法，无需进行水下砼封底，并可利用基坑外壁作为承台模板。其中水下封底C30砼（310元/ m³）约40×11×2=880m³，造价约27万元；承台钢模（5500元/t）约70t，造价约39万元。

（4）综上，节约费用为150-135+27+39=81万元。

6、结语

（1）在岩溶强烈发育的临水滩涂桥梁深基坑施工中，采用止水帷幕+土钉墙的基坑支护施工技术，有效解决了传统的钢围堰难以打入的技术难题。

（2）该基坑支护技术适用于大粒径卵石层（局部夹杂岩层）的临水桥梁基坑施工；也适用于土层桥梁基坑施工，但相比传统钢围堰，施工工期和成本投入不占优势。

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