浅析滩涂路段桥台和涵洞基坑开挖与支护方案

浅析滩涂路段桥台和涵洞基坑开挖与支护方案

周建长

莆田市交通投资集团有限公司 福建省莆田市 351100

摘 要：在道路基坑施工过程中会遇到各种不同地质的路段，需根据实际情况采取针对性的施工方案，但如何在沿海滩涂这种不良地质和施工困难路段进行大尺寸基坑开挖，施工方案如何拟定、施工过程中如何解决排水问题、如何保证基坑安全稳定等一系列问题都需要深入探讨。本文结合所从事的国省干线公路联十一线涵江段A3合同段，通过对其桥台、涵洞基坑开挖与支护的难点进行分析，制定相应的施工方案，为今后在类似条件下进行桥台涵洞基坑开挖与支护提供参考。

关键词：桥台涵洞；深基坑；开挖与支护

1 前言

在各种地质条件下修筑公路桥梁，对我国来说早已司空见惯。然而，在沿海滩涂段落，地质均位于淤泥层，开挖尺寸较大较深的情况下进行基坑开挖与支护，由于开挖过程存在较大安全隐患，且施工条件较为困难，因此此类状况下基坑开挖与支护方案仍具有较大研究性，挑战性。为此，本文从工程项目概况、施工方案拟定、施工工艺介绍几个方面对国省干线联十一线A3合同段中的桥台、涵洞基坑开挖与支护进行介绍，为相关从业人员在遇到类似工程条件下如何进行基坑开挖与支护作业提供借鉴。

2 工程概况

2.1 工程简介

联十一线A3合同段，北接锦岚互通，南接三江口互通，全长3.3公里，其中路基长1.8公里，桥梁长1.5公里，按一级公路标准设计，设计速度为80km/小时，线路内分布有桥梁5座，涵洞2座。桥台基坑开挖10道，涵洞基坑开挖2道。

2.2 桥台、涵洞工程情况

该项目的桥台、涵洞基坑总体概况详见表2-1和表2-2。其中桥梁最大开挖深度达6.462m，涵洞最大开挖深度达7.4m。

表2-1 桥台基坑概况

注：图中涉及单位均为（m）。

表2-2 涵洞基坑概况

2.3 水文地质情况

本合同段路线穿过地貌沿海滩涂路段，在长期的静水和缓慢流水环境中逐渐沉积出较厚的淤泥层，厚度5.8~15m不等的淤泥质地，淤泥层的天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高，工程地质条件很差，中间夹杂有有机质的细粒土，具有触变性，流动性显著，稳定性差，工程地质条件差。

地面高差小，地上沟渠众多，水量充沛，该区域主要为原为海水养殖区域，布满小河与鱼塘，部分路段跨越潮间带，水位受海潮影响较大。由现场勘察钻孔可知地下水埋深0.5~0.6米，标高2.55~3.0米。

3 施工方案拟定

3.1 工程施工难点分析

结合调查资料及现场勘查水文地质资料总结，对于该路段桥台、涵洞基坑开挖与支护施工难点在于：

1. A3合同段整段位于填海范围，路线位于海边滩涂地段，路线经过地段原为滩涂养殖区，后因海岸线外移，逐渐填海形成陆地，但地表仍分布有较深的淤泥层，土层的含水量高，不易固结，全路线桥台、涵洞基坑均位于淤泥层，地质条件差，基坑开挖和施工过程中极易发生失稳；

2.该段落地下水位高，地下水埋深仅0.5~0.6m，地下水位标高受潮汐影响较大，由于项目处于填海新区，周边路网尚未形成，相关排水设施尚未完善，基坑开挖过程中无法通过基坑外围井点降水等措施降低地下水位，只能通过基坑支护来隔离开地下水，并通过基坑内部井点抽水来排除基坑内部积水；

3.该项目涵洞及桥台的基坑开挖尺寸较大，基坑开挖深度最深达7.4m，对基坑开挖和支护增加了较大的难度。

3.2 方案拟定

根据场地工程地质条件及桥梁涵洞设计，本路段桥梁、涵洞位于填砂和淤泥等地层，不具备放坡开挖条件（若开挖放坡边坡率需要很缓才可保证边坡稳定，因此造成开挖面极大），故常规开挖放坡方案已不可取，因此考虑采用钢板桩支护。由于地下水位高，基坑开挖和支护过程需要兼顾排水需求，施工过程中还要考虑安全防护，经综合考虑，全路段桥台及涵洞基坑采用外侧钢板桩（钢管桩）支护，中间型钢围檩加固，内侧采用钢管内支撑进行加固的支护方案。采取这种支护方案的优点是基坑支护完全依靠内部结构支撑，安全可靠，外侧采用拉森钢板桩可以有效隔离地下水。支撑设计概况见表3-1。

表3-1 支撑设计概况

为确保施工过程基坑内部排水顺畅，基坑支护时预留的施工活动平台宽度为1米，基坑四周设置0.3米宽的矩形排水沟，在基坑底部沿对角线位置设置2个尺寸为长宽各为0.8米，深度为1米的集水井，确保排水通畅^[2]。

4 施工工艺

4.1 桥台、涵洞基坑开挖支护总流程

图4-1 基坑开挖支护总流程

4.2 钢板（管）桩施工

4.2.1 施工准备

1、施工用的钢板桩运到现场后排列整齐，由于钢板桩材料质量较重，在场地的选择上要找地势平坦且地面比较坚固的地方进行堆放，以防材料堆放地方发生地面下沉，堆放的地点还要考虑大型车辆进出比较方便，堆放后进行检查、分类和编号；

2、施工前要先对施工机械进行检查，确保符合使用要求，填写施工机械报验单，检查合格合方可使用；

3、测量放样，特别要做好控制点的保护措施，施工前先基坑四周进行准确放样，做好标记，然后沿着放样好的位置逐根插打，同时保证垂直度。

4.2.2 钢板桩施工

钢板桩采用SP-U400*170*15.5钢板桩（Q295bz），打设前需进行除锈、调直处理，施打过程中有不断观察，确保钢板桩不要发生倾斜，当倾斜度超过1%时要及时调整纠正，采用逐桩施打，渐渐闭合的方式施工，该方法打入精度高，操作易于控制，可实现封闭合拢^[3]。

4.2.3 钢管桩施工

施工前先对基坑的对角线进行放样，并埋竹片，做好标记。确定第一根钢管桩的位置，然后用打桩机进行插打，第一根完成后要设立导向卡，根据设立的导向卡再进行第二根钢管桩的施工。要注意施打深度，先到稳定再依次到设计深度。

4.3 基坑土方开挖

本合同段内主线涵洞涵长在72～86m，涵洞采用分幅施工，先施工左半幅基坑支护和涵洞，完成后再施工右半幅基坑支护和涵洞。遵循“开槽之前先设置好支撑、待先撑稳固后再进行开挖、采取分层开挖的方式、严格控制超挖”，每层的开挖顺序应为先四周再中间，以保证受力均匀，开挖方式选择机械开挖。基坑开挖及出土示意图如图4-2：

图4-2 基坑开挖及出土方法

4.4 钢支撑施工

施工流程如图4-3：

图4-3 钢支撑施工流程

桥台基坑围檩采用HW428×407型钢，涵洞基坑围檩采用HW300*300型钢（双拼）；桥台基坑支撑采用φ426*10的钢管支撑，涵洞基坑支撑采用φ610*12的钢管支撑，大样图见图4-4：

1. 腰梁与托架大样 （b）钢管横撑与腰梁连接大样

图4-4 钢板桩（钢管桩）连接大样图

4.5 涵洞基坑地基加固处理说明

4.5.1 地基处理参数

经过安全稳定验算，该项目基坑两侧和基底采用PTC管桩的软基处理方式。

K5+530涵洞基底处编号为P6~P12的PTC管桩采用间距为2.2*2.2m正三角形布置，基坑两侧位置按2.3*2.3m正三角形布置，PTC管桩型号为PTC-400（60）AB-12；涵身部分PTC管桩长14米，涵身外部分PTC长18米。桩帽顶标高为-0.1m，桩帽长宽高分别为140*140*35cm。

K6+510 涵洞基底处编号为P6~P12的PTC管桩采用间距为2.2*2.2m正三角形布置，基坑两侧位置按2.3*2.3m正三角形布置，PTC管桩型号为PTC-400（60）AB-12；涵身部分PTC管桩长14米，涵身外部分PTC长18米。桩帽顶标高为-0.68m，桩帽长宽高分别为140*140*35cm。

4.5.2 地基处理技术指标

管桩施工实测项目及其规范值见表4-1：

表4-1 管桩施工实测项目及其规范值^[4]

单桩承载力、复合地基承载力要求：PTC管桩单桩承载力≥500KN；复合地基承载力≥180Kpa。

4.6 桥台桩基破桩头施工

施工完的桩基达到破桩头条件后凿除桩头，凿除过程中切忌损伤钢筋，不得超凿。采用全站仪测出中心点，同时检测是否偏位，并进行承台边线位置的放样，根据设计及规范校对桩顶标高^[5]。

4.7 混凝土垫层施工

涵洞基坑钢板桩围堰砼封底垫层厚度30cm，采用C25混凝土，桥台基坑钢管（板）桩，围堰砼封底垫层厚度15cm，采用C15混凝土。砼顶面标高即涵洞、承台底标高，砼浇筑后要找平。此砼作用类似地梁，承受下支点水平推力同时固定钢板（管）桩。

4.8 基坑排水降水措施

施工过程中要做好基坑的临时排水，可以在基坑底对角线设置2个长、宽、深分别为800 ×800 ×1000mm的集水井，并沿基坑四周开挖临时排水沟，当基坑里面有积水时及时用水泵抽出流入集水井内的地下水，并排于坑外指定处。

4.9 拆除围堰

结构物施工完成后，对台背进行回填，之后拔除拉森钢板桩（钢管桩），清洗干净后，堆放整齐，以备下次使用。拔除前应认真研究拔桩方式、顺序、时间和土孔处理办法，方可进行拔除。拔出后，其孔隙用膨润土浆或中粗砂及时填充密实。此处利用振拔设备，它的原理为：通过液压振动，扰动土体，破坏其粘聚力，且克服阻力，在振拔作用下将其拔除。

4.10 基坑支护施工技术要求

根据基坑支护施工工艺，提出以下要求和注意事项：

（1）钢板桩采用拉森Ⅳ型。

（2）钢板桩打设前注意锈迹清除，垂直度调整。插口涂黄油。

（3）钢板桩在施工过程，要严格按照放样的位置施打，确保位置准确，施工过程中要严格控制桩身垂直度，若发现倾斜，应立即采取纠正措施或拔起重打。钢板桩垂直度控制偏差为1%，紧密锁口。

（4）钢板（管）桩拔出后，应填充密实其空隙（可采用水泥浆或中粗砂）。

（5）在钢板（管）桩设置钢围檩连接，具体标高详见基坑支护立面图，工字钢放置在角钢托架上。

（6）钢围檩应安装在同一水平线上，钢围檩与基槽土之间的空隙用C20砼填充。

5 结语

本文详细介绍并分析了在沿海滩涂软土地质段落下大尺寸桥台、涵洞基坑的开挖与支护施工方案、施工难点和施工注意事项。根据地质调查资料与现场勘察情况，在软基采用PTC管桩的情况下，采用“钢板桩（钢管桩）+型钢围檩+钢管内支撑”支护，遵循“开槽之前先设置好支撑、待先撑稳固后再进行开挖、采取分层开挖的方式、严格控制超挖”的原则进行基坑开挖工作，较好的解决了滩涂地段基坑开挖这一难题，为今后在类似工程地质环境下进行桥台、涵洞基坑开挖与支护施工作业提供了一定的参考和借鉴作用。

参考文献：

[1] JGJ120-2012, 建筑基坑支护技术规程[S].

[2] 苟治强. 桥台基坑支护结构, CN201933421U[P].

[3] 林炳宏. 钢板桩支护在深基坑开挖中的应用[J]. 科技信息：科学教研, 2007(16):113-113.

[4] 唐俊华. 复杂环境下软土基坑钢管桩围护体系研究[J]. 城市道桥与防洪, No.229(5):26+278-281.

[5] 周炎辉. 莲花大桥桥台斜坡深基坑开挖施工技术[J]. 科技展望, 2015, 25(35).