对桥梁基坑开挖支护的设计及施工措施分析.doc

对桥梁基坑开挖支护的设计及施工措施分析摘 要：本文结合工程实例，主要针对桥梁深基坑开挖支护的设计及施工进行了探讨，对今后类似工程的施工提供借鉴经验。关键词：桥梁工程；基坑开挖；排桩支护；设计；施工1、工程概况该工程桥梁上部结构为预应力砼现浇箱梁，下部采用桩基承台接墩柱结构，最大墩高约21.5m，地面以上采用矩形板式花瓶墩，地面以下采用矩形实体墩柱，采用群桩结构，每个承台设有4或6根桩基。承台尺寸有：9.75.73.0m、11.35.73.5m、11.15.73.0m三种形式。受正在施工的地下商业街的影响,桥墩承台必须设置在商业街底面以下，由此造成桩基础及承台埋深较大,上述11个承台开挖深度在12.5m14.0m之间。由于该段地处繁华的城市主干道，为减少对地面交通的影响，不可能采用放坡开挖的形式进行承台施工，因此基坑开挖必须采取垂直开挖形式。2、建设条件2.1 施工条件本段交通条件较好，能够满足人员、设备、机械、材料的进场要求。车流量、人流量最大，为满足施工需要在原有的八车道封闭了四个车道（12.6m宽）范围作为施工区域，增加了该段交通压力。桥梁基坑支护开挖施工均在围挡内进行，基坑开挖支护的稳定对道路影响较大，设备进出场、土方运输及砼施工受交通影响较大。2.2 土层地质分布情况场地内土层分布从上而下为：填筑土 、-a抛石 、中塑性亚粘土 、-1粗砂 、中塑性残积亚粘土 、全风化花岗岩 、散体状强风化花岗岩 、碎裂状强风化花岗岩 、弱风化花岗岩 、微风化花岗岩。 2.3 水文地质条件场地内水文地质条件较复杂，主要有四种类型地下水：上层滞水、松散岩类孔隙潜水、风化带网状孔隙裂隙潜水微承压水及基岩裂隙承压水。上层滞水赋存于杂填土层的孔隙中，属弱中等透水层；松散岩类孔隙潜水主要分布于冲洪积二级阶地中，含水层为-1粗砂层，属强透水含水层；风化带网状孔隙裂隙潜水微承压水含水层由中塑性残积亚粘土、全风化花岗岩、及散体状强风化花岗岩组成，均属弱透水层，水量较贫乏；基岩裂隙承压水含水层为碎裂状强风化花岗岩、弱风化花岗岩及微风化花岗岩，透水性为中等强，地下水量较丰富，其地下水水位总体埋藏较深。地下水主要接受大气降水和地下水的侧向补给。3、支护方案的确定根据上述墩位的工程地质和水文地质情况，以及所处的环境要求和工期要求，基坑支护方案主要考虑了排桩支护、钢板桩和倒挂井壁等三种方案。综合比较三种方案：钢板桩方案有施工速度快、工期短的优点，但钢板桩在进入亚粘土层后很难打入，而且在遇到孤石时处理困难，难以形成闭合的竖向支撑结构；倒挂井壁方案是采用边开挖边支护，及时形成封闭的钢筋混凝土框架，其竖向支护刚度较小，且支撑较密，不利于开挖施工；排桩方案是采用桩基加3道支撑结构，可形成较大的竖向支撑刚度，支撑较少，便于开挖施工。经综合分析比较，结合该地段周边建筑深基坑的施工经验，基坑支护结构设计采用“冲（钻）孔桩3道内支撑”的形式。支护桩沿承台周边形成矩形围护结构，采用桩径800mm冲孔桩，间距1.21.5m，桩长入承台底部2m以上，未进入坑底的地段桩底嵌入中风化50cm，桩顶采用冠梁将围护桩连成整体，冠梁截面为0.80.5m，桩基砼等级为C25，冠梁砼等级为C30。内支撑体系采用围檩加角撑、对撑结构，支撑竖向间距为34m，围檩和对撑采用HU350c型钢（3503501219），角撑采用HU300c型钢（3003001515）；桩间采用喷射砼护面，喷射C20砼面层厚80，锚筋采用16钢筋、长度不小于1.5m间距15002000mm，钢筋网片采用双向筋6200200绑扎。支护结构设计详见图1。图1 基坑支护结构设计图4、土方开挖方案本工程基坑面积较小，基坑开挖面积较承台宽度每侧宽50cm，最大开挖尺寸为12.310.7m。单个基坑土方开挖量除161、162墩为1700m3外，其他基坑土方约为1000m3。分四层开挖，第一层开挖量220400m3，第二层开挖量220530m3，第三层开挖量220400m3，第四层开挖量280400m3。开挖厚度分别为3m、34m、3m和4m。开挖时采用逐层开挖，每层不超过1米。4.1 开挖施工平面布置土方开挖深度在5m以内采用普通挖掘机开挖，开挖深度大于5m采用长臂挖掘机开挖，基坑边角人工配合挖除，挖掘机直接装车运至弃土场。挖掘机在基坑的东侧或西侧区域内的砼路面上作业，反铲挖斗作业方向平行于线路方向。运土卡车停放在两基坑间的空地上装土，从两基坑间临时拆除的围挡位置进出场，禁止在围挡内的基坑边行驶。详见图2。4.2 开挖施工流程基坑共分四层开挖，即、表层土方全部挖除，包括破碎砼路面，挖土至第一道支撑底标高。、第一道钢支撑安装施工。 图2 施工平面图、第二层土方开挖，左右侧均匀对称开挖，开挖顺序为区区区，如图3所示，挖至第二道支撑的底标高。、安装第二道钢支撑。重复第3、4施工，依次开挖第三、四层土方，并安装支撑，直至挖至设计坑底标高。 图3 土方开挖顺序图4.3 降排水措施坑外排水采用在基坑顶部设截水墙，沿冠梁四周砖砌30cm高的截水墙，防止地表水流入坑内；坑内排水采用明排，在坑底四周设置排水沟和集水井，坑底水通过排水沟汇集到集水井，在坑壁上如果发现有较大的渗水点时，打设泄水孔，安装25的泄水钢管，将水引至井底的集水井内，用水泵抽到坑外市政排水管网。5、主要施工工艺及方法5.1 施工顺序施工顺序为：桥梁工程桩施工支护桩冲孔支护桩灌注砼成桩冠梁施工开挖土方至各道支撑处喷射砼施工安装钢支撑开挖至坑底浇注砼垫层承台施工承台周边回填墩身施工基坑回填。5.2 支护桩施工(施工方法同桥梁桩基施工，不作叙述)5.3 冠梁施工凿毛处理桩芯顶面混凝土，清除桩顶浮碴、杂物和积水，对桩顶锚固钢筋进行除锈处理，并校正。要求处理后桩芯混凝土顶面标高不超过理论桩顶标高。按设计绑扎冠梁钢筋，主筋应与桩顶锚固筋焊接，以保证结构的整体性。冠梁钢筋绑扎完毕后，支立冠梁模板，架设时应确保钢模板的牢固、可靠，然后一次性浇筑混凝土至设计标高。5.4 土方开挖待支护桩及冠梁砼强度达到设计值的70%以上，即可进行土方开挖。开挖深度在5m以内采用普通挖掘机开挖，开挖深度大于5m采用长臂挖掘机开挖，直接装车运至弃土场。土方开挖施工控制要点：开挖应分层均匀对称开挖，每层厚度不超过1m，开挖至每道支撑底标高后停止开挖，进行安装内支撑，严格遵守“分层开挖、先撑后挖”的原则。当发现地下水位较高、水量较大或流泥严重，立即停止开挖，待采取有效降水措施后方可继续开挖。注意挖掘机开挖时不得碰撞支护结构及钢支撑。土方开挖接近设计标高时，由专人测定坑底标高，并设置标高控制木桩，再引至挖土控制标桩。5.5 内支撑施工支撑施工与土方开挖相互交叉搭接进行，施工中必须坚持“先撑后挖”的原则。第一层土方开挖至第一道支撑底后，进行钢支撑安装，随后进行第二层土方开挖，挖至第二道支撑底后进行第二道支撑安装，依次施工至第三道支撑。钢支撑安装要求如下：支撑的拼接方法：钢构件长度的拼接、支撑与围檩间均采用焊接，拼接点的强度不低于构件的截面强度，且拼接点应设置在支撑的交汇点附近。节点处理：支撑体系的连接节点应力集中、受力复杂，应仔细检查每个节点，确保节点钢构件间填实并焊接牢固。质量验收：对每个构件及连接节点电焊质量逐个检查、逐点验收。支撑安装的容许偏差应符合以下规定：支撑中心标高及同层支撑顶面的标高差：30mm；支撑两端的标高差：不大于20mm及支撑长度的1/600；支撑挠曲度：不大于支撑长度的1/1000；支撑水平轴线偏差：不大于30mm。5.6 支护桩间土喷射砼护面支护桩间土采用喷射砼护面，喷射砼应随挖随喷。喷射施工顺序及施工要求:每步开挖后，若坑壁土质较差，即对修整后的坑壁立即喷上一层薄砼或砂浆，尽量缩短坑壁土体的裸露时间。按设计要求间距打设16锚筋。绑扎6钢筋网，并与锚筋连接牢固，确保保护层厚度符合设计要求。埋设80PVC泄水管，将水引至坑内排水沟。喷射砼施工喷射采用干喷，80mm厚一次喷射完成。配合比通过试验确定，粗骨料最大粒径不宜大于12mm，水灰比不宜大于0.45。在坑壁上隔3米距离打入垂直短钢筋作为喷射砼厚度标志，喷射砼的射距保持在0.81.5m范围内，并使射流垂直于壁面。喷射砼的路线从壁面开挖层底部逐渐向上进行，但底部钢筋网搭接长度范围以内先不喷砼，待与下层钢筋网搭接绑扎之后再与下层壁面同时喷射砼。砼接缝在继续喷射砼之前应清除浮浆碎屑。喷射砼终凝后2h采取喷水养护措施。5.7 浇注垫层砼挖至垫层底标高，在基坑四周挖排水沟，降水引至集水井，用潜水泵进行抽排，浇注封底C20砼300mm。5.8 支撑拆除随着基础结构向上逐步施工，支护结构的钢支撑需逐层拆除，以保证墩身的正常施工。承台施工完成后，在承台周边回填并砂灌水密实。按设计位置在承台周边浇注C20砼传力带与支护桩顶紧，待传力带砼强度达到设计的75%后，拆除第三道钢支撑，进行墩身施工。待墩身施工完成后，分层回填砂灌水密实，浇筑传力带，依次拆除第二道、第一道支撑。支撑拆除方法：采用氧乙炔气割拆除水平支撑与钢围檩的连接节点，使连接节点应力释放并解体，割断时需用吊车吊索将其吊紧。解开连接后，用吊车吊出地面。6、基坑开挖监测本基坑侧壁安全等级为一级，施工时按动态设计、信息化施工，加强监测及信息反馈制度。基坑开挖之前，结合实际情况，编制监测专项方案，确定监测内容、使用的仪器、监测频率、警戒值、监测点布置、精度要求。本工程基坑监测项目主要包括：支护桩顶部水平位移监测、坑外水平位移和地表沉降观测、临近地下管线沉降与位移监测、道路监测、临近建筑物监测。监控预警指标为：支护结构的最大水平位移已大于基坑开挖深度的1/300，或水平位移速率已连续三日大于3mm/d；基坑支护结构的喷锚部分中有个别构件出现应力骤增、断裂的迹象；煤气管道沉降或水平位移日变量均不得超过3mm，或累计10mm；周围建筑物的不均匀沉降已大于现行建筑地基基础设计规范规定的允许值，或建筑物倾斜速率已连续三日大于0.0001H/d。监测频率为：土方开挖过程中，基坑水平位移和沉降每周观测一二次；承台浇注后，每周观测一次；遇到暴雨或位移较大等异常情况时，适当加密观测次数。7、结语（1）位于繁华闹市区的深基坑围护结构安全对周围环境的影响重大，必须选择合适的围护结构。（2）深基坑施工应以监控量测作为围护和支撑体系安全的重要控制手段，实行动态设计、信息化施工。参考文献1 JGJ12099 建筑基坑支护技术规程2 GB 500172003 钢结构设计规范3 JTJ0412000 公路桥涵施工技术规范4 赵志缙，应惠清.简明深基坑工程设计施工手册.北京：中国建筑工业出版社，2000