肖雨晨 （北京化建建筑工程有限公司，北京 102300）

1 引言

在常規(guī)橋梁基坑施工中，一般采取坑內(nèi)排水機(jī)械干法作業(yè)進(jìn)行坑內(nèi)土方開挖，同時(shí)針對深度較大的基坑設(shè)置內(nèi)支撐對圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。基坑開挖、支護(hù)遵循先支撐后開挖、隨挖隨支的原則進(jìn)行施工，以確保支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。但由于特殊的橋位水文特點(diǎn)、地質(zhì)條件及作業(yè)環(huán)境，給挖掘機(jī)械直接開挖及保障支護(hù)結(jié)構(gòu)安全帶來了極大的難度。然而采取鎖口鋼管樁進(jìn)行基坑支護(hù)，機(jī)械挖掘配合坑內(nèi)回灌水，潛水員水下吸泥的組合開挖方式，為深大基坑安全施工創(chuàng)造了有利條件。

2 工程概況

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)概況

本工程橋主橋跨越安慶市石門湖航道，主橋設(shè)計(jì)采用3跨1聯(lián)81+148+81m連續(xù)剛構(gòu)。主墩P54、P55#墩位于安慶市石門湖現(xiàn)狀航道兩側(cè)。連續(xù)梁主墩設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主橋主墩設(shè)計(jì)樁徑φ2m，樁長57.5m，共計(jì)28根。主橋主墩承臺(tái)長寬高截面尺寸為46.9×13.2×5m，承臺(tái)頂標(biāo)高5.7m，主橋承臺(tái)采用C35混凝土澆筑。主橋墩柱采用Y型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，墩柱全高19.7m，分為下部“一字型”及上部“V字型”兩部分。主橋墩柱、承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。

圖1 主橋墩柱、承臺(tái)尺寸構(gòu)造圖（單位：mm）

2.2 橋位處地質(zhì)、水文情況

擬建承臺(tái)處地質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、卵石土、強(qiáng)風(fēng)化巖及中風(fēng)化巖。根據(jù)建設(shè)工程勘察報(bào)告，主橋P54#墩位處自上而下土層物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

土層物理力學(xué)性質(zhì) 表1

擬建主橋P54#主墩承臺(tái)處位于石門湖航道K8里程段，經(jīng)對近5年石門湖航道水位情況分析，2016年7月航道水位達(dá)到最高值16.513m，與當(dāng)?shù)厮痔峁┖樵u文件中20年一遇洪水位16.231m大致相一致。通過對水位變化情況分析，每年4月至10月間，石門湖航道水位已超過擬建承臺(tái)處原地面，主橋承臺(tái)開挖計(jì)劃于7～8月進(jìn)行施工，均為水中作業(yè)。航道近5年水位變化見圖2。

圖2 石門湖航道五年水位變化曲線圖

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋P54#墩承臺(tái)基坑圍堰采用長度32m鎖口鋼管樁進(jìn)行止水支護(hù)，鋼管樁選用直徑φ710mm壁厚10mm材質(zhì)Q355螺旋鋼管制作，鋼管間采用“CO”套型鎖口進(jìn)行連接，圍堰平面尺寸為51.1×16.4m?；訃叻篮闃?biāo)準(zhǔn)按20年一遇洪水位計(jì)算，最大抽水及開挖合計(jì)深度達(dá)17.8m，結(jié)合支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析，圍堰內(nèi)共布置三道內(nèi)支撐，第一道對撐及斜角撐均采用直徑φ426mm，壁厚10mm材質(zhì)Q235螺旋鋼管，對撐長度15.43m，橫向間距為6@5m，單個(gè)斜角共設(shè)置三道斜角撐。第一道圍檁采用單根HW400×400型鋼。第二道對撐采用直徑φ609，壁厚16mm材質(zhì)Q235鋼支撐，對撐長度14.83m，橫向間距為6@5m，四角斜撐共設(shè)置三道，采用直徑φ 609、壁厚16mm鋼支撐及雙拼2-HN700×300型鋼。第二道圍檁采用雙拼2-HN700×300型鋼。第三道對撐采用直徑φ820mm，壁厚12mm材質(zhì)Q235螺旋鋼管，對撐長度14.83m，橫向間距為6@5m，四角斜撐共設(shè)置三道，采用直徑φ820mm、壁厚12mm螺旋鋼管及三拼3-HN700×300型鋼。第三道圍檁采用三拼3-HN700×300型鋼。圍堰內(nèi)封底混凝土強(qiáng)度為C35，設(shè)計(jì)封底厚度2m。主墩鎖口鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)如圖3、圖4，縱立面布置見圖5。

圖3 主墩鎖口鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)平面圖（單位：m）

圖4 主墩鎖口鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)立面圖（單位：m）

圖5 主墩縱立面布置圖（單位：m）

鎖口連接大樣圖

4 施工工藝流程

①橋梁鉆孔樁施工完成后，拆除鉆孔平臺(tái)→②借助于樁基鋼護(hù)筒焊接定位導(dǎo)向架→③利用85t履帶吊及DZ150型振動(dòng)錘打入鎖口鋼管→④安裝首道內(nèi)支撐→⑤第一次抽水（抽水深度5.5m）→⑥安裝第二道內(nèi)支撐→⑦抽水2.032m，長臂挖機(jī)機(jī)械開挖1.468m→⑧回灌坑內(nèi)水位至坑外水位標(biāo)高，水下開挖至設(shè)計(jì)封底底→⑨澆筑封底混凝土→⑩坑內(nèi)抽水至封底頂。

5 基坑開挖支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

5.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基坑最大抽水及開挖深度達(dá)17.8m，河床上部水深7.5m，河床下部開挖10.3m。考慮挖掘機(jī)械在坑內(nèi)作業(yè)空間限制及在開挖過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)安全，結(jié)合地質(zhì)土層特性，提出在基坑開挖過程中，最大限度地采取機(jī)械挖掘作業(yè)，以提高基坑開挖效率，為此在長臂挖掘機(jī)械最大開挖深度以上50cm處設(shè)置第三道鋼支撐。支撐完成安裝后，由于無法繼續(xù)采取長臂挖掘機(jī)械開挖，若采取常規(guī)人工內(nèi)部沖泥或機(jī)械抓斗干法開挖作業(yè)，一是降低施工工效，二是隨著基坑深度增加，需增加內(nèi)支撐層數(shù)，增大深大基坑內(nèi)支撐安裝難度及作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。為此提出采取坑內(nèi)回灌水，潛水員水下射水吸泥的開挖方式，以平衡支護(hù)結(jié)構(gòu)坑內(nèi)外壓力，同時(shí)在基坑開挖至設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高后，采取水下封底工藝，利用封底混凝土的抗壓強(qiáng)度作為支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐，并充分利用鎖口鋼管樁強(qiáng)大的抗彎剪能力，減少基坑內(nèi)支撐層數(shù)，為下一步橋梁承臺(tái)結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了大空間的作業(yè)環(huán)境，同時(shí)提高基坑施工效率及支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性。

圖6 主墩鎖口鋼管樁圍堰總體施工流程圖

5.2 支護(hù)樁受力分析

基坑開挖深度一定，支護(hù)結(jié)構(gòu)坑外主動(dòng)土壓力一定，為減少支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)安全，采取措施一是增加內(nèi)撐層數(shù)，減小支護(hù)樁計(jì)算跨度，二是支護(hù)結(jié)構(gòu)選用抗彎、剪能力強(qiáng)的材料，三是減小支護(hù)結(jié)構(gòu)坑內(nèi)外主被動(dòng)壓力差，盡量做到平衡，四是增加坑底被動(dòng)土抗力。鑒于以上措施，該基坑在完成第三道內(nèi)支撐安裝后，采取回灌水以平衡坑內(nèi)外水土壓力，利用混凝土封底作為支護(hù)結(jié)構(gòu)剛性鉸支點(diǎn)，并采用抗彎剪能力強(qiáng)的鎖口鋼管樁作為支護(hù)材料，保證了基坑開挖過程中的安全性，并為下步承臺(tái)一次性施工提供空間。以下針對帶水及不帶水開挖工況做對比分析，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力按彈性支點(diǎn)法計(jì)算、穩(wěn)定性按經(jīng)典法計(jì)算。

圖7 基坑帶水開挖土壓力計(jì)算簡圖（單位：m）

圖8 基坑帶水開挖嵌固穩(wěn)定性計(jì)算簡圖（單位：m）

圖9 基坑帶水開挖鎖口鋼管樁彎曲應(yīng)力（單位：MPa）

圖10 基坑不帶水開挖鎖口鋼管樁彎曲應(yīng)力（單位：MPa）

圖11 開挖工況支護(hù)管樁最大應(yīng)（反）力

圖12 開挖工況支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

經(jīng)對比分析，在相同支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及不同開挖方式條件下，基坑在回灌水作業(yè)工況下，相較干法開挖作業(yè)，支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力有較大程度降低，并滿足鋼材應(yīng)力取值要求，同時(shí)基坑穩(wěn)定性也有較大安全保證，滿足規(guī)范中一級基坑安全系數(shù)要求。

5.3 水下吸泥工藝簡述

第三道圍檁及內(nèi)支撐安裝完成后，首先對坑內(nèi)進(jìn)行回灌水，坑內(nèi)回灌水位標(biāo)高13.8m，再采用潛水員水下吸泥作業(yè)，直至清淤至承臺(tái)底設(shè)計(jì)標(biāo)高下2.0m處。

吸泥設(shè)備使用3臺(tái)型號(hào)XP950E額定功率160kW空壓機(jī)和6臺(tái)9.2kW內(nèi)裝式高壓潛水泵組合為自制吸泥機(jī)進(jìn)行水下吸泥作業(yè)。由于該地層土質(zhì)特性為高粘聚力淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土，需采取潛水員水下作業(yè)。潛水員利用9.2kW內(nèi)裝式高壓潛水泵由坑外抽水，形成高壓射水，沖擊河床淤泥，使淤泥打散成堆，再利用直徑φ50mm高壓氣管將160kW空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體由直徑φ273mm排渣管底部向上鼓入，充分利用氣體逃逸產(chǎn)生的動(dòng)能，帶動(dòng)已打散的松軟土體進(jìn)入直徑φ273mm排渣鋼管，排出基坑外。在排渣過程中，持續(xù)利用潛水泵向坑內(nèi)回灌水，保證坑內(nèi)水位標(biāo)高不低于坑外水位，以減小支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外壓力差。排渣鋼管采用起重設(shè)備吊掛，汽車吊站位于基坑兩側(cè)支棧橋。排渣管出口位于航道側(cè)，以利于泥漿船停泊，進(jìn)行儲(chǔ)渣外運(yùn)。

圖13 水下開挖原理圖

圖14 水下開挖實(shí)景圖

圖15 基坑水下封底

圖16 橋梁承臺(tái)施工

6 結(jié)語

在深水湖區(qū)施工中，應(yīng)充分對基坑所處地質(zhì)、水文情況進(jìn)行充分調(diào)查，并結(jié)合基坑開挖深度及作業(yè)環(huán)境合理選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)材料及開挖方式，對超深基坑圍堰支護(hù)材料盡量選用截面剛度較大的支護(hù)材料，并可采用回灌水配合潛水員水下開挖及水下封底的方式，在確?；影踩疤嵯拢M可能減少支撐層數(shù)，為主體結(jié)構(gòu)施工帶來便利。

勇進(jìn)路大橋主橋已完成承臺(tái)施工，施工中基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)各監(jiān)控指標(biāo)數(shù)據(jù)正常，承臺(tái)施工安全、質(zhì)量均可控，為其他同類型深水湖區(qū)承臺(tái)施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。