甬台温高速改扩建边坡范围内桥梁桩基施工技术分析

甬台温高速改扩建边坡范围内桥梁桩基施工技术分析

王智波 崔龙

浙江交投交通建设管理有限公司 浙江杭州 310000

摘要：本文通过对甬台温高速公路两侧改扩建桥梁桩基施工技术的创新和整合，借助信号预警技术、高耸设备防倾覆技术、拉森钢板桩边坡防护技术等手段，开展边坡范围内桩基施工，对高速公路改扩建桩基施工具有一定的借鉴意义。

关键词：甬台温、高速公路、改扩建、边坡、桩基

1 引言

桥梁作为高速公路的有机组成部分，能够科学缩短距离，减少环境因素对道路的影响，减少不必要的工程投入，满足新形势下的交通物流运输要求。高速公路改扩建蓬勃发展的当下，施工企业遵循客观规律的同时，发挥自身主观能动性，围绕营运高速两侧的复杂地质环境下，硬路肩及边坡扰动的主要难题，针对现场施工特点，创新施工工艺，形成可行性强、实用性好的桥梁桩基施工方案。

2 高速公路两侧改扩建桥梁桩基施工方法和特点

梳理高速公路两侧边坡范围桩基施工的主要方法和基本特点，确保施工团队明确施工思路，梳理施工脉络，为后续施工技术方案的整合和创新提供方向性的指导。

2.1 高速公路两侧改扩建桥梁桩基特点

本项目为甬台温高速改扩建宁波市境内的南段，即宁波西坞—麻岙岭段，起点桩号K15+085（国高网桩号K1518+450），终点桩号K84+141.79（国高网桩号K1589+911），老路长度71.461km，改扩建后路线长度69.051km。其中，新建段15.454公里，沿既有高速公路改扩建段53.597公里。根据新建桥梁桩基与既有营运高速的相对位置，可以分为既有高速边坡范围内与既有高速边坡范围外。既有高速边坡范围外桩基施工是对既有高速影响小，可以按照常规桩基施工考虑，故不做分析。本文重点分析前金高架既有高速边坡范围内的桩基施工工艺。既有高速边坡范围内的桩基施工具有作业面倾斜，与营运道路隔离栏及硬路肩距离过近，桩基高耸设备倾覆安全风险高等特点。为提升改扩建桩基施工效能，施工团队根据现场实际情况，拟采用边坡筑岛法钻进、拉森钢板桩边坡支护后开挖钻进法等施工举措，通过施工方法的对比，增强既有营运高速两侧边坡范围内桥梁桩基施工的安全性和经济性。

图1 前金高架桥桥型布置图

2.2 高速公路两侧改扩建桥梁桩基施工方法对比分析

2.2.1 边坡筑岛法钻进施工

筑岛法施工主要是通过填高边坡及坡脚，使桩基作业在一个平整场地之上，是坡面桩基施工的常用方法之一。团队决策时考虑到：既有高速正常营运，桩基作业平台抬高后，桩基施工作业设备如旋挖机、冲击钻、汽车吊等过于靠近营运高速，且因周边厂房、村道等既有建筑物影响，筑岛面积难以有效保证，过小的筑岛面积将极大增加机械设备倾覆隐患，安全风险大。故在本项目既有营运高速两侧边坡范围内桥梁桩基施工策划时，未进行采纳。

图2 前金高架桩位布置示意图（均位于老路边坡）

表1 前金高架老路边坡高差统计表

2.2.2 边坡拉森钢板桩支护开挖后钻进施工

施工前先将高速隔离栅上移并通过高速相关单位验收。根据确定的桩基中心，在中心前后各 5m 范围插打钢板桩进行边坡防护，随后将防护范围内的桩基施工区域开挖降低作业面标高值坡底原地面。随后正常开展桩基钻孔施工。

采用振动打桩机沿开挖面插打钢板桩围护时钢板桩悬臂长度不大于总长度的 1/3，以保证边坡稳定。插打完成后在硬路肩外侧布置沉降观测桩，施工期间 2d/次，施工完成后 7d/次进行沉降观测。

图3 边坡开挖横断面及拉森钢板桩（紫色）布置示意图

图4 边坡开挖平面示意图

3 高速公路两侧改扩建桥梁桩基施工面临的主要问题

总结高速公路两侧改扩建环境下，现场施工面临的主要问题，分析问题产生的原因，帮助施工团队准确定位高速公路两侧改扩建桥梁桩基施工难点与痛点，增加施工工艺应用的针对性，不断提升现场施工技术水平和管理能力。

3.1 营运高速路况复杂

甬台温高速宁波南段交通流量大：2022年1-12月，宁波段现状日均流量超过5.9万pcu/d，本段高速服务水平已趋于饱和。

黄牌货车占比高：2022年1-12月，宁波段现状小型车占比约66.46%，黄牌货车占比约26.6%。

高速改扩建桩基施工过程中，设备钻孔、吊装等易引起过往司机开车分神，从而产生交通施工或其他安全风险。

3.2 临近高速施工设备倾覆风险

旋挖钻机适合各种土层、沙层、卵石层等，具有成孔速度快，移动方便，而且最环境污染小，噪音低等特点。但在硬岩层、较致密的卵砾石、孤石层时，钻进就变得比较困难，不更换钻头，易发生钻杆断裂、倾覆等事故。

桩基钢筋笼吊装、混凝土灌注过程中，汽车吊也存在支腿受力不均的倾覆风险，不仅对设备本身，更是对营运高速存在较大风险。

3.3 边坡过高，钢板桩失去土层支护效果

考虑到单层钢板桩土层有效防护高度有限，经计算，单层拉森钢板桩的有效防护高度为≤3.7m。超过3.7m边坡单层钢板桩防护形式将失效，硬路肩存在滑移风险，严重影响营运高速行车安全性。

4 高速公路两侧改扩建桥梁桩基施工技术的应用方案

理清高速公路改扩建条件下，桩基施工面临的主要问题。通过信号预警技术、高耸设备防倾覆技术、拉森钢板桩边坡防护技术的合理运用，形成最优化的施工方案。

4.1 实现改扩建两侧施工信号预警技术的应用。

通过声、光、电等技术手段，凭借高速营运公司电子门架信息牌平台、高德、百度导航等软件，告知本路段施工情况；在施工点前300m区域设置施工标识牌、爆闪灯、语音提醒等警示过往车辆。团队梳理如下手段提醒：

1）提前预警：临近施工点提前300m设置施工警示标牌，语音播报“前方施工区域，注意通行安全”。

2）施工平行区域警示：间隔20m设置太阳能爆闪灯。

3）施工避险台：施工区域沿行车方向间隔200M设置避险台。

图5 施工警示牌、太阳能爆闪灯、施工避险台应用

4.2 改扩建高耸设备防倾覆技术的应用。

根据入岩后岩样的强度，动态调整单位工程范围内钻机的类型：冲击钻高度及重心底，倾覆风险极小，但施工效率相对旋挖机低，团队考虑除特殊需要抢抓工期段落，其余均采用冲击钻施工，降低高耸设备倾覆风险。针对相关需使用旋挖机施工场景的高速段落，团队通过检测旋挖机作业区原地面地基承载力（不合格时换填），并在旋挖机履带下方下垫钢垫箱或钢板，同时在旋挖机履带两边安装折叠式支腿确保旋挖机行走、钻进姿态稳定，提高旋挖机抗倾覆等级。

图6 旋挖机加装机械支腿防倾覆

4.3 拉森钢板桩边坡防护技术的应用。

1）边坡高度≤3.7m。为确保单排拉森钢板桩防护效果，施作钢板桩时，确保拉森钢板桩外露长度不小于1/3。并在钢板桩内侧设置内侧沉降位移观测点，外侧利用水泥砂浆抹面止水（防止雨水冲刷脱空），桩顶放置沙袋防止对高速公路事故车辆二次伤害。

图7 钢板桩内侧设沉降位移观测点、外侧水泥砂浆抹面止水

2）边坡高度＞3.7m。采用双排拉森钢板桩进行防护，采用SP-IV长度9m拉森钢板桩，两排拉森钢板桩间距为1m。同时确保拉森钢板桩外露长度不小于1/3。并在钢板桩内侧设置内侧沉降位移观测点，外侧利用水泥砂浆抹面止水（防止雨水冲刷脱空），桩顶放置沙袋防止对高速公路事故车辆二次伤害。

图8 双排拉森钢板桩施工示意图

3）计算依据

1.基本信息

2.超载信息

3.附加水平力信息

无

4.土层信息

5.土层参数

6.土各工况

图9 拉森钢板桩各工况下侧向位移计算

由计算结果可知：

（1）路基填高为3.7m，设计采用IV型单排拉森钢板桩，桩长9m,侧向位移计算值为47.6mm<50mm，满足规范要求。

（2）路基填高为3.8m，设计采用IV型单排拉森钢板桩，桩长9m，侧向位移计算值为52.13mm>50mm，不满足规范要求。

（3）路基填高为4.2m，设计采用IV型双排拉森钢板桩，桩长9m，侧向位移计算值为41.43mm<50mm，满足规范要求。

5 结语

在高速公路开扩建复杂的地质条件及周边环境情况下，论文对现有甬台温高速公路两侧改扩建桥梁桩基施工技术做了创新和整合，借助信号预警技术、高耸设备防倾覆技术、拉森钢板桩边坡防护技术等手段，合理选择桩基施工技术等措施，全方位提升高速公路两侧改扩建桥梁桩基施工的安全和质量。

参考文献

[1]廖华庆.旋挖钻机成孔工艺特点及在江西昌樟高速公路改扩建药湖大桥桩基施工中的应用

.科技与企业，2014年07期：244-245.

[2]陈荣芬，刘宝龙.旋挖钻在高速公路改扩建项目中的应用.交通世界，2017年第30期（10月下）：22-23.