桥梁承台深基坑开挖支护施工技术研究

梁 学 成， 税 宁 波

(中国水利水电第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

韩滩双岛特大桥桥址位于成都市金堂县，连接赵镇和三星镇。韩滩双岛特大桥全长1 644 m，主桥为860 m长的双塔双索面斜拉桥，主跨跨越江心岛，跨度为430 m，桥面宽38 m，按双向6车道设计。东岸引桥全长269 m，共设计8个墩台，编号为E1～E8，其中E1承台位于北河河道范围，距离河岸6～8 m，承台处水深2～3 m，施工桩基时，为方便旋挖钻机进出场采用筑岛的方式形成钻机操作平台，筑岛高程为438.7 m，E1承台底高程为429 m，河水位高程436 m，基坑深度达9.7 m，基坑垮塌及透水风险极高。E1承台处地质情况(从平台至承台底)如下：0～4 m为杂填土，4～7 m为卵石层，7～9.7 m为强风化砂岩。

2 施工方案及技术处理措施

2.1 施工难点解析

E1基坑深度达9.7 m且水位较高。根据沱江水文站记录沱江水位6～9月达到高水位(高程约438～442 m)，若要在汛期来临前完成承台及墩柱，施工工期紧迫，且地质资料揭示地层中有透水严重的卵石层存在。因此，如何能够保证有效地阻水已成为基坑支护措施制定中的重中之重。

2.2 施工方案比选

常见的深基坑开挖支护措施有：放坡开挖、插打钢板桩防护、钢套箱防护、钢筋混凝土排桩、咬合桩等[1]。如果采用放坡开挖，现场施工场地受限、没有足够的放坡位置，且放坡开挖方量巨大，约合1.5万m3，周围无可用的大型弃渣场；另外，放坡开挖施工缓慢，不利于快速完成施工度汛的要求，且放坡开挖后如何能够有效地阻隔透水的发生亦是难题。钢板桩及钢套箱施工可以有效地解决场地受限的问题，同时也可以有效的减少开挖方量(约合3 500 m3)。但是，根据地质资料揭示的情况并结合钢板桩、钢套箱的施工特点得知：钢板桩、钢套箱无法穿过大块卵石层及强风化的砂岩层，从而造成卷边无法打入的结果。综合以上因素后最终决定采用混凝土咬合桩作为本次基坑防护的主要措施[2]。

2.3 施工工艺

2.3.1 咬合桩施工工艺流程[3]

钻孔咬合桩是采用机械钻孔施工、桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。施工主要采用“套管钻机+超缓凝混凝土”方案。钻孔咬合桩的排列方式：第一序桩为素混凝土桩(A桩)，第二序桩为钢筋混凝土桩(B桩)，间隔布置；先施工A桩，后施工B桩。A桩混凝土采用超缓凝混凝土，要求必须在A桩混凝土初凝之前完成B桩的施工。B桩施工时，利用旋挖钻切割掉相邻A桩的部分混凝土实现咬合。

采用1台全套管钻预先施工第一序桩(A1、A2......),在第一序桩灌注C30水下混凝土素桩未初凝前，采用1台旋挖钻施工第二序桩(B1、B2......)跟进完成钻进并浇筑混凝土，使二序桩的混凝土融合在一起呈嵌入咬合状态而形成一个连续、整体的排桩结构，咬合桩成桩顺序见图1。套管钻与旋挖钻相互结合，可以有效地缩短施工周期。

图1 套管钻孔咬合桩成桩顺序图

(1)测量放线。依据设计图纸计算各桩位的坐标并确定每个桩孔与相邻控制点的位置关系。经复核无误后在施工现场内实地采用全站仪放出，同时以桩中心为交点，在纵向和横向埋设好护桩，桩位必须经监理工程师复核并签字同意后方可进行下一步施工。

(2)导槽施工。导槽采用C20混凝土，翼板全宽0.2 m，厚0.2 m，将导槽范围内的地面平整并夯实后，采用定型弧形模板加固，浇筑翼板混凝土，导槽平面情况见图2。

考虑到施工各方面的影响，导墙槽口从咬合桩中心处外放10 cm。导墙基底位于密实的地基上，以保证导墙的稳定性。导槽模板采用定型钢模，每段长度为3 m，模板支撑采用方木及地脚锚杆。模板位置严格按咬合桩位轴线定位，内径大于设计桩径20 mm，将垂直度偏差控制在2‰以内。

图2 导槽平面示意图

(3)钻机就位。钻机安放前，将桩孔周边的地面夯平，确保钻机机身安放平稳。钻机就位时，确保钻头中心及桩位中心在同一铅垂线上，其对中误差小于10 mm；钻机就位后，测量护筒顶标高。正式钻孔前，钻机要先进行运转试验、检查钻机的稳定和机况，以确保后面的成孔施工能连续进行。

(4)成孔与取土。定位后，在导槽孔与钢套管之间用木塞固定，防止钢套管端头在施压时位移。吊装并安放第一、第二节套管。埋设第一、第二节套管的垂直度是决定桩孔垂直度的关键。在套管压入过程中，用全站仪或测锤不断校核垂直度。当套管垂直度相差不大时，固定钻机下夹具，利用钻机上夹具调整垂直度；

取土成孔先压入带刃尖的第一节套管(每节套管的长度为8 m)，压入深度约2.5～3 m，然后用抓斗从套管内取土，一边抓土，一边下压套管，要始终保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5 m；第一节套管全部压入土中后(地面以上留1.5 m，以便于接管)检测成孔垂直度，如不合格，则需进行纠偏调整，如合格，则安装第二节套管。下压取土，直到设计孔底标高。

(5)吊装钢筋笼。钻孔咬合桩钢筋笼主筋采用套筒接长，加强箍筋采用双面搭接焊，螺旋筋和主筋的连接采用电弧点焊焊接。为防止钢筋笼在灌注混凝土过程中上浮，在加工钢筋笼时预先在钢筋笼底部焊接抗浮钢板。

钢筋笼焊接完成后进行钢筋笼的吊装。用25 t汽车吊主副钩二点起吊、人工扶笼入孔、缓慢下放入孔。

(6)混凝土灌注。该工程咬合桩采用C30混凝土,水下混凝土法灌注施工。

①水下混凝土灌注的准备。首先安设导管，位置保持居中，导管下口与咬合桩孔底相距30～50 cm。灌注首批混凝土之前，在漏斗中放入隔水喉塞，然后放入首批混凝土。

②水下混凝土的灌注过程。在确认储存量备足后，吊车立即提起喉塞。灌注首批混凝土并使导管埋入混凝土中的深度不小于1 m。在首批混凝土灌注正常后，连续不断灌注，灌注过程中用测锤测探混凝土面的高度，推算导管下端埋入混凝土的深度并做好记录，正确指导导管的提升和拆除。直至导管下端埋入混凝土的深度达到4 m时，提升导管，然后再继续灌注。

(7)拔管成桩。一边灌注混凝土一边拔管，应注意必须始终保持套管底低于混凝土面2.5 m以上，最终达到设计桩顶高程后超浇筑1 m左右成桩。

2.3.2 开挖及支护工艺流程[4]

E1承台采用支护开挖，即边支撑边开挖，直至开挖到设计深度。支撑选用φ400×10 mm的钢管(图3、4)[5]。

(1)将原地面进行清理，测量人员根据止水桩的位置向内扩大1 m，放出开挖外边线，撒上白灰线。

(2)边线放好后，采用人工配合挖掘机挖土，挖至第一层横撑处进行第一层侧焊接双工字钢横撑并布设角撑，然后用钢管对撑基坑长边处的横撑。

(3)当挖掘机挖到够不着土时，改用人工挖土装入挖掘机土斗，挖土方式采用人机配合的方法，槽底预留厚度不小于30 cm的原状土，人工清底。

(4)基坑四周随挖随做40 cm×50 cm的临时排水沟，对角设集水坑，使坑内的水沿排水沟集于集水坑后用两台水泵排除坑底积水，经沉淀将水排放到附近的沟渠中。开挖到承台底面时，设置排水沟与集水井。

(5)承台开挖完成后，在承台底部浇筑C30封底混凝土。

(6)待承台、墩柱施工完毕，回填后拆除支撑。

3 结 语

通过对E1承台坑进行开挖及开挖后对基坑进行的监测情况表明：整体基坑稳定性较好，最大位移仅为8 mm，透水量亦较少，只需配置一台1.5 kW小型抽水泵即可满足日常抽水需要。

图3 E1承台深基坑开挖支护图

图4 E1承台深基坑开挖钢支撑布置图