宁杭客运专线软土深基坑开挖钢围堰设计及施工技术

摘要: 介绍了宁杭客专西苕溪特大桥工程概况,阐述了在软土地基处深基坑开挖支护设计及施工技术,并介绍了施工过程中的安全质量控制措施,解决了水中深基坑安全防护施工，以期与同行进行探讨。

关键词:软土;深基坑;开挖;钢围堰;技术

Abstract: The Nanjing-Hangzhou Passenger Dedicated Xitiaoxi Bridge Project Overview on the deep foundation pit in soft soil at the excavation and support design and construction technology, and describes the safety and quality control measures in the construction process to address the deep-waterexcavation safety construction, to explore in order with their peers.

Key words: soft soil; deep excavation; excavation; steel cofferdam; technology

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

一、工程概况

西苕溪特大桥是宁杭高速铁路控制工程之一，全长4157.195m，中心里程DK181+229.358,其中连续梁主跨92#墩（DK182+333.480）～93#墩（DK182+413.480）跨越长申线，设计采用(48+80+48）m的连续梁。

西苕溪特大桥92#、93#墩承台底面标高分别为：-1.869m、-1.846m。承台为双层，一层承台尺寸均为15.0m×9.6m×3.0m,二层承台尺寸均为11.0m×6.0m×1.0m, 承台桩基均为φ1.50m，根数均为15根，通航水位为2.66m。水中墩具体布置图见图1-1

二、水文地质资料

长申线水流方向由右左，河内通航，为规划3级航道（通航净高7m,净宽70m,最高通航水位2.66m,设计水位4.11m，交叉角99°。

地质资料：根据设计图纸，并结合桩基施工记录，可知地质情况由上至下依次为：淤泥质粉质黏土、粉土、淤泥质粉质黏土、粗圆砾土、全风化凝灰岩、强风化凝灰岩、弱分化凝灰岩。

三、方案设计

承台开挖采用钢板桩围堰进行支护施工，钢板桩采用拉森Ⅳ型钢板桩。为方便钢板桩施工，并考虑最不利工况（设计水位4.11m），把钢板桩围堰尺寸定为11.6m×17m，比承台周边尺寸大1m，钢板桩长17.5m，入土深度17.2m, 基坑开挖深度为7.2m(原地面至封底砼底面标高-2.841m处)。钢板桩周圈咬合紧密，有止水措施。采用挖机配合振动锤打入和拔除钢板桩。

共设二道围檩，第一道围檩采用一层H400×400×13×21型钢，用Φ609钢管斜撑及一道Φ609钢管中支撑，第二道围檩采用一层H400×400×13×21型钢，用Φ609钢管斜撑。

承台位于原地表以下，基坑要分层开挖、抽水，分层支护。抽水采用1台大功率抽水机，周圈50cm以内设汇水渠、积水坑。基坑要超挖1m，然后找平基底，采用C20混凝土封底，封底厚度1m，封底前在底部钢板桩四周用编织袋或土工布将钢板桩与封底混凝土隔离，以便将来钢板桩顺利拔除。

钢板桩围堰具体尺寸见下图：

四、钢板桩验算

4.1基本资料

①施工水位：+4.11m

②承台底标高：-1.841m，整平后施工地面标高：+3.7m，

③地质：淤泥质粉质黏土，=1.9t/m^3, =200

④承台尺寸：9.6m*15m，高5m

⑤钻孔桩：151.5m，长29.5m

⑥钢板桩：德国拉森四型，=2037cm^3

⑦内支撑：Q235, ，，

⑧围堰四周地面荷载：

⑨封底c20混凝土，厚1.0m，弯曲压应力，弯曲拉应力，粘结力

4.2钢板桩稳定性验算

K主 =

K被 =

①距标高4.11m处设置第一道内支撑（挖泥土到标高+3.61m）

钢板桩外：

2 K主 = 2*0.49=0.98

H = 1*15.41=15.41t/m^2

(H+1.5) K主= (15.41+1.5)*0.49= 8.28 t/m^2

钢板桩内：

h= 1*14.9 1=14.9 1 t/m^2

h K被= 0.9*14.91*2.04 = 27.36 t/m^2

对A点取矩

②在标高2.11m处设置第二道内支撑（+1.61m处安装）

钢板桩内：

h = 1*12.91 = 12.91 t/m^2

h K被= 0.9*12.91*2.04 = 23.70 t/m^2

对A点取矩

③安装完第二道内支撑（-1.00m

h1 = 1*（2+3.11）= 5.11 t/m^2

h2 = 1*15.41 = 15.41 t/m^2

h3 = 0.9*10.3*2.04 = 18.91 t/m^2

对B点取矩

4.3钢板桩抗浮与抗弯强度检验

C20封底混凝土1m

混凝土重量：11.6*17*1*2.4 = 473.28 t

封底混凝土与桩的粘结力：

合计：

上浮力：（满足要求）

可假设封底混凝土和围堰及柱身固结作用，封底混凝土底面上的压力为：

钻孔桩之间的封底混凝土按简支梁计算，钻孔桩之间的最大距离3.1m

封底混凝土弯曲应力为：

（满足要求）

五、施工流程

施工准备测量定位打设定位桩、安装定位横梁打钢板桩开挖排水堵漏钢板桩内支撑1开挖排水堵漏钢板桩内支撑2开挖排水堵漏清淤封底垫层钢筋绑扎模板安装混凝土浇筑钢板桩围堰拆除。

六、钢板桩围堰施工

6.1、施工准备

将钢板桩运到工地后，钢板桩在拼组前必须对其进行检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过试验，以 2～3人拉动通过为宜，或采用卷扬机拖拉。

插打钢板桩之前须检查振动锤。振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门的检查，确保能正常使用，并且夹板牙齿磨损不宜太多。

6.2、施工放样

施工前，进行放样，并将施工区域控制点标明并经过复核无误后加以有效保护。

6.3、打设定位桩、安装定位横梁

定位桩与导向框的安装：定位桩采用直径为500mm的钢管，导向框采用32a槽钢制作。定位桩作为整个围堰施工的基准桩，施工时必须严格控制定位的精确性，打设定位桩时，在承台边用经纬仪同步检测，同时吊垂球检查定位桩的垂直度，随时纠偏。定位桩沉入完毕后，即可安放导向框，其作用在于插打钢板桩是起导向作用；顶层导框可兼作施工平台；更主要作用是作为钢板桩围堰的内部立体支撑，直接承受钢板桩传来的土压力、水压力。导向框设内导向框和外导向框，分上、下两层。

6.4、插打钢板桩

钢板桩从近河侧围堰中心开始打入第一片钢板桩，然后逐步向两边插打，在远河侧合拢，最初的一、二块钢板桩的打设位置和方向要确保精度，以起到样板的作用。每完成3米测量校正1次，确保在同一直线上。每根钢板桩施打完毕后，即与槽钢焊接牢固。根据起吊能力确定逐根插打到稳定的深度，一般为2-3m，待全部插打完毕后再依次打到设计标高。钢板桩合龙通过精确计算，确定龙口位置，配置相应规格的异形钢板桩，现场实测异形钢板桩的角度和尺寸，根据实际切割焊接异形钢板桩，以确保整个围堰的密封性。

6.5、钢板桩围堰开挖、抽水及安装内撑交替进行

第一次开挖抽水后开挖面达到第一层支承底3.5m以下即可安装第二层内支承。安装第二层内支承前先按确定的标高位置在钢板桩内壁焊上三角托架，托架采用槽钢，安装 托架一定要采取措施保证顶面位于同一水平面上。然后安装壁厚45H型钢内支承横梁及斜撑，最后安装纵向钢管支撑，安装方式同第一层内支承。

第二层内支承安装完成后，然后进行第二次开挖，最后挖除基底淤泥质粉质黏土，并进行第二次抽水，要全部将钢板桩围堰内的水抽干。钢板桩围堰抽水过程中要加强钢板桩的止水堵漏措施。

6.6、钢板桩围堰封底

将围堰内水抽完后，将定位钢管拔出，然后进行基底处理。

首先，抽干坑内积水，整平基底，然后基底干封1.0m厚C20混凝土。封底前在底部钢板桩四周用编织袋或土工布将钢板桩与封底混凝土隔离，以便将来钢板桩顺利拔除。

封底后标高不能高于承台底设计标高，封底混凝土顶面保证基本平整。

封底混凝土采用泵送，按一般混凝土施工进行。封底时由一边向另一边推进，但保证连续、不间断、不留接缝、一次性完成。

6.7、防渗与堵漏

钢板桩打入之前一般应在锁口内涂以黄油、锯末等混合物。当锁口不紧密漏水时，用棉絮等在内侧嵌塞，外侧包裹一层防水彩条布，起到防水和减小水压力的双重效果，抽水时同时在外侧水中漏缝处撒大量木屑或谷糠和炉渣的混合物，使其由水夹带至漏水处自行堵塞，在桩脚漏水处，采用局部砼封底等措施。若漏水严重，堵漏困难时，在钢板桩外侧补打木桩围堰，木桩围堰内侧铺设彩条布，在彩条布与钢板桩围堰间填筑粘土进行封堵。

七、结束语

西苕溪特大桥水中承台92号、93号，自2010年4月15日开始打设钢板桩围堰至2010年5月25日承台混凝土浇筑完成历时40天，按时完成了业主下达的任务，基坑周边未出现明显变化，开挖过程中最大变形量36.7mm。通过采用钢板桩围堰技术的应用，验证了在水中软土地基深基坑开挖钢板桩防护措施是合理、有效的，为类似地质条件深基坑开挖防护提供了参考价值。

参考文献

[1]杨文渊,徐. 桥梁施工工程师手册[M] . 第二版.北京:人民交通出版社,2003. 59～71

[2]王寿华,王家隽,朱维益,等. 建筑施工手册[M] . 第四版. 北京:中国建筑工业出版社,2003. 296～320

[3]卢朋. 客运专线铁路施工项目管理手册[M] . 北京:人民交通出版社,2009. 167～253

作者简介：郭建龙、男、1979.6、工程师、中铁十七局集团第一工程有限公司、山西太原 030032。