浅谈铁路桥梁水中深基坑施工技术

浅谈铁路桥梁水中深基坑施工技术

晏鹏

中铁五局华南公司    523000

摘  要：由于铁路建设的快速发展，高铁出行的方式更加方便快捷，高铁建设水平也得到了快速发展，铁路桥梁就需要在各种复杂的环境中建设，其中在水域地区建设是比较重要的，所以要对其施工技术进行分析。文章主要基于铁路桥梁水中深基坑施工的作用，提出了施工前的准备工作、制作和安装导框、插打以及合拢施工、混凝土封底施工等施工基础要点，进而能够确保工程的顺利进行和安全施工。本文以湛叶舞特大桥C段987、988#墩水中深基坑为例，结合现场水文地质、施工安全、经济合理等方面，论述了钢板桩围堰在水中深基坑施工技术的应用。

关键词：深基坑；钢板桩；围堰；水中墩；技术；安全

引言：在铁路桥梁建设中，涉水施工的几率是比较大的，为了保证在水中环境中实现高效、精确的基础施工，那么就要对其施工技术进行分析。可以有效突破水下地质条件的限制，实现在水域地区的铁路桥梁建设，有效应对复杂的地质环境和工程挑战，从而完善铁路交通网络，推动铁路交通的发展，促进区域经济发展。随着钢板桩围堰施工工艺的日渐成熟，钢板桩围堰在工程中的使用也是日益广泛，但是对比陆上钢板桩围堰，涉水钢板桩围堰施工的风险等级成倍增长，因此对于水中钢板桩围堰施工技术的研究显得非常有必要。

本文采用钢板桩围堰主要是基于拉森SP-IVw型和拉森SP-IV型钢板桩自带锁扣止水、施工便捷、施工安全、可循环利用等因素配合筑岛围堰完成湛叶舞特大桥C段987、988#水中墩桩基、承台、墩身施工。

一、工程概况

1.1基坑概况

（1）湛叶舞特大桥C段987#、988#墩为40+64+64+40m连续梁主墩，位于澧河河道内，里程为 DK72+097、DK72+161。承台基坑为钻孔桩基础，987#、988#墩桩径均为 1.50m，桩基数量为 16 根，设置为顺桥向4 排、横桥向 4 排，承台均为二级承台，其中一级承台顺桥向×横桥向×厚度为 13.85m×13.85m×3.5m，二级承台顺桥向×横桥向×厚度为 8.5m×8.5m×1.0m。

（2） 根据防洪评价报告中，关于澧河施工节点，非汛期5年一遇设计流量为39.4m3/s，相应洪水位为63.59m，河床一般冲刷为62.020m，河底标高为63.16m。

（3） 987#、988#位于澧河河道，考虑避开汛期施工，舞阳县汛期时间为5月至9月，计划开始施工支护时间为10月初，根据本施工河节点常年蓄水位为 64.60m,拟采用钢板桩防护施工桩基、承台及墩身,987#、988#位置钢板桩顶标高拟定为 66.5m，平台内填土高度为 65.5m，987#承台底标高 57.218m，988#承台底标高 57.122m，考虑 0.5m 封底及垫层厚度，基坑最大深度 8.58m。

1.2工程地质

（1））按地层成因类型和岩土层性质，场区内地层从上到下依次为：第四系全新统人工堆积层（Q4l）、第四系全新统冲积层（Q4l）、第四系上更新统冲积层（Q3l）、第四系上更新统冲洪积层（Q3l+Pl）；本工程无不良地质。

（2）987#墩施工范围内平均水深1.5m，从上到下依次为：粉质黏土6.5m（σ0=160Kpa）、粉土8.1m（σ0=150Kpa）、粉质黏土4.7m（σ0=180Kpa）、黏土1.9m（σ0=180Kpa）、细砂2.0m（σ0=210Kpa）。

（3）988#墩施工范围内平均水深1.8m，从上到下依次为：粉质黏土5.8m（σ0=160Kpa）、粉土4.5m（σ0=150Kpa）、黏土5.9m（σ0=160Kpa）、、黏土1.3m（σ0=180Kpa）、粉质黏土2.2m（σ0=180Kpa）、细砂3.1m（σ0=210Kpa。

1.3气候特征和季节性天气

线路沿线属暖温带亚湿润大陆性季风气候，四季分明、光照充足、暖湿交替。冬季寒冷干燥，盛行西北风；夏季炎热雨量集中，盛行东南风；春季干燥多风；秋季凉爽少雨。按对铁路工程影响的气候分区，沿线区域均属温暖地区。

二、基坑设计、地下水控制及土方开挖设计

结合现场施工环境及相关资源配置，通过钻孔钢平台、钢板桩围堰、双壁钢围堰三种施工方案经济比选，最终选定钢板桩土围堰+钢板桩深基坑支护的形式为987、988#墩承台、墩身施工最优方案。

2.1基坑设计

湛叶舞特大桥C段987#、988#为水中墩，本设计采用钢板桩围堰支护施工，外侧围堰采用单根长为9.0m长拉森Ⅳ型钢板桩，平面尺寸见图2.1-1，在河道侧采用单根长为9.0m长,630*10mm钢管桩间距6.0m+26m长HN600*200mm型钢与钢板桩连接，做限位措施。内侧深基坑钢板桩采用单根长为18.0m拉森Ⅳw型钢板桩，平面尺寸为18.4m×18.4m。钢板桩内设四层支撑，圈梁采用双拼HN350*350mm H型钢，斜撑采用HW400*400mm H型钢，牛腿采用双拼I12a工字钢。各种工况计算采用理正深基坑软件计算，各种工况计算结果满足强度、刚度、稳定性要求，计算过程不在此论文中赘述。

图2.1-1 987、988#墩钢板桩围堰平面示意图

图2.1-2 987、988#墩钢板桩围堰立面示意图

2.2地下水控制

（2）基坑开挖期间：在基坑靠河堤侧设置35cm×35cm的截水明沟，在基坑开挖时控制基底标高，以靠河一侧高度高于靠河堤侧0.5m~1.0m为宜，靠近河堤处采用挖机设置1m*2m的集水坑，深度随挖土的加深适当设置，集水井布置一个潜水泵及时排除集水井积水。基坑采用挖掘机进行开挖，开挖过程中根据基坑开挖深度增加长臂挖掘机进行开挖。

（2）基坑内施工期间：在基坑靠河堤侧设置35cm×35cm的截水明沟，基坑底四周设置30cm×30cm的导水沟，基坑对角设置两个集水井，集水井的直径为0.8m，深度为1.0m，集水井底部采用混凝土封底，厚度不小于20cm。

2.3土方开挖设计

（1）开挖方式：基坑采用挖掘机进行开挖，当部分承台基坑深度较深时可采用长臂挖掘机开挖。

（2）开挖与加撑关系：开挖至围檩下0.5m时停止开挖进行围檩支护。

2.4施工平面布置图

图2.4-1  施工平面布置

三、风险辨识与分级

本着安全第一、预防为主的原则，在基坑施工前必须对其进行风险辨识，做好施工安全预防工作，避免在施工过程中发生安全事故。

表3.1-1  风险辨识与分级卡控措施表

四、施工技术要点

4.1施工准备

在施工前要先履行施工相关报批后方可开展施工作业，正式开始施工前必须按照施工方案准备足够的材料、合理的机械以及必要的施工人员，且人员进场后必须及时进场安全技术交底和培训，材料、机械进场后必须及时履行相关报验手续，有利于确保施工能够顺利进行并达到预期的效果。

4.2施工工艺流程

施工准备→钢板桩施工→河道清淤→土方回填→围檩及钢管桩施工→平台整修→桩基施工→深基坑钢板桩施工→承台施工→墩身施工→深基坑回填→深基坑钢板桩拆除→钢围堰拆除→河道恢复

4.3外侧钢围堰施工

钢板桩施工顺序：首先施工上游侧钢板桩，然后施工河道侧钢板桩，最后施工下游侧钢板桩，钢板桩施工完成之后进行基坑清淤以及基坑回填，最后在钢围堰平台施工河道侧钢围檩及钢管桩。

钢板桩施工完成之后，采用泥浆泵抽离基坑内水进行集中处理，河床淤泥清除采用挖机、长臂挖机进行，清理之后采用素土进行填筑，由自卸汽车运送填料至施工地点，再由挖掘机向河道内推碾填筑。依次循环，直至回填顶标高填筑至设计标高66m。

回填完成之后，采用挖机对平台顶进行修整，调整流水坡度，统一为河道侧向河岸侧，坡度2%。

4.4深基坑施工

4.4.1导向围檩安装

桩基施工完成，再次进行场地平整后，沿钢板桩设计位置的内缘设置导向围檩，采用I12工字钢焊接成封闭四边形，并紧贴围檩内、外插打若干根钢钎作为地锚，对围檩进行临时定位。

4.4.2钢板桩插打

987#、988#墩钢板桩插打从河道侧上游端预留角桩位置开始，向河岸方向进行，最后在下游河岸侧处闭合。插打一次到位，由于围堰大，钢板桩数量多，锁口间隔累计增大，钢板桩容易倾斜，因此，每次打插完5片，用短钢筋头将钢板桩点焊固定于内导向框上，减少累积偏斜位移，利于合龙。

4.4.3钢板桩合龙

4.4.3.1插打至合龙面时，应精确丈量尺寸，考虑到钢板桩锁口的间隙和钢板桩本身固定的宽度，角桩可通过现场实测数据加工，以保证合龙精度，同时与合龙口相邻的10-15片（组）钢板桩采取先插至桩的稳定标高，主要是有利于钢板桩的调整，并且合龙口两侧钢板桩具有高差，便于插桩，待合龙后，再将桩打至设计标高。

4.4.3.2在合龙前剩余最后5～6片钢板桩未插打时，测量并计算钢板桩底部的直线距离，再根据钢板桩的宽度尺寸，算出所需钢板桩的片数。

4.4.4基坑开挖

钢板桩合龙之后，根据工序安排，进行第一层基坑开挖，开挖方式采用挖机进行开挖，开挖至第一道围檩支撑设计标高以下0.5m处，安装第一道围檩支撑；继续开挖至每道围檩支撑设计标高以下0.5m处，安装对应围檩支撑，为了确保基坑开挖及钢板桩安全可靠，钢板桩围檩支撑尤为重要。987#、988#墩设置四道围檩，每层围檩四角设斜撑，斜撑位置严格按照设计位置安装。基坑开挖较深时采用长臂挖机进行开挖。

图4.4.4-1  基坑开挖平面位置示意

4.4.5基坑开挖

承台基坑开挖完毕后，对围堰底部封底混凝土采用汽车泵浇筑灌注混凝土，封底混凝土采用C20标号，987#、988#墩基坑封底厚度0.5m。

4.4.6基坑监测

在钢板桩顶部上固定位置设置反光贴，从开挖前开始测量原始数据，开挖开始后，每天由工区技术员、测量员对观测标进行高程、位移监测，监测频次、监测值预警范围参照《建筑基坑工程监测技术标准》（GB50497-2019）。

钢支撑的监测截面宜选择在两支点间1/3部位或支撑的端头；混凝土支撑的监测截面宜选择在两支点间1/3部位，并应避开节点位置。

4.4.7围檩及内撑拆除

在封底0.5m混凝土浇筑完成并具备一定强度后，开始施工承台，承台混凝土达到70%强度之后两侧回填砂碎石及黏土，拆除最下面的一道斜撑及围檩，进行墩身施工，两侧回填砂碎石及黏土，依次顺序到顶。

五、水中钢板桩围堰优缺点概述

5.1水中钢板桩围堰优点

5.1.1经济适用

相较于钻孔钢平台和双壁钢围堰，虽然都可以重复利用，但是钢板桩土围堰采用的钢材数量远低于前两种方案，施工难度也低于钻孔钢平台和双壁钢围堰，可以利用承台基坑挖出来的土，封底混凝土可以采取干封的形式，有效节约了封底混凝土，从经济的角度更适用本项目。

5.1.2安全快捷

结合本项目澧河区域地质地貌，钢板桩围堰施工不需要太复杂的施工机械和施工工艺工法，减少了施工安全风险；其施工速度优于钻孔钢平台和双壁钢围堰，减少了施工安全监控周期，有利于提高施工进度；由于围堰内填土，减少了平台垮塌的风险；同时这种双层钢板桩中间填黏土，也会有更好的止水效果，减少了淹溺的安全风险；同时水流力由外侧钢板围堰承担，减少了钢板桩基坑承受水流力的作用；此钢板桩围堰拆除简单且工作量较小，减少了围堰拆除的风险。

5.2水中钢板桩围堰缺点

此钢板桩围堰需要的土方较多，需要提前计划填土来源；基坑内填土在一定程度上增加了钢板桩基坑的侧向土压力；澧河为省级湿地公园，需要注意填土和泥浆渗漏对环水保造成影响，相关手续审批也较为繁琐，后续对河道的恢复也是施工重点。

六、结语

通过对铁路桥梁水中深基坑施工技术进行分析，从钢板桩的施工技术和适用性方面进行了论述，对施工中存在的安全风险进行了辨识，规避了施工安全风险，使得水中钢板桩围堰可以高效、快捷、安全的得以实施。从而加快了铁路桥梁的施工进度，有利于项目施工节点目标的实现。同时，随着钢板桩施工工艺的日渐成熟，钢板桩在陆地和水中基坑的应用也日益广泛。

参考文献：

[1]汤彩金.钢板桩施工工艺与工程实践探讨[J].建材与装饰(下旬刊),2008(02).

[2]李迎九.钢板桩围堰施工技术[J].桥梁建设.2011(02).

[3]建筑基坑支护技术规程[S].JGJ 120-2012.中华人民共和国行业标准.

[4]建筑基坑工程监测技术标准[S].GB50497-2019.中华人民共和国国家标准.