1、桥梁深基坑施工方法中图分类号：U445 文献标识码：A 1.工程概况 谢家崴子太子河特大桥位于辽宁省本溪县谢家崴子村境内，主要为跨越太子河、耕地和道路而设。中心里程为 DK14+452，孔跨布置：1 孔32m 简支 T 梁+27 孔 64m 简支箱梁+1 孔 32m 简支 T 梁，桥全长1873.74m。本桥 30 个墩台的基础全部为挖井基础。0#台、29#桥台的基础为矩形， 1#-28#墩的基础为圆端形，基础的圆形直径分布于8.5m14.75m 的范围内（共 21 个大小不等的尺寸） ，基础设计高度为8m18m（其中 4 个基础的高度小于 10m、24 个基础的高度大于 10m） 。挖井基础
2、的最小挖深为 9m、最大挖深为 20.4m，大部分基础的土质构造：上部砾土、卵石土，下部石灰岩、页岩，上部非岩层土质的最大深度11.08m，岩层最大深度为 15.14m。除 0#、1#、27#、28#、29#墩台位于山上外，其他桥墩均位于山下平地上，地下水丰富，且水位较高，最小为地面以下 1m。 2.施工重点、难点 基坑施工过程中地下水的控制。 基坑土石方开挖。 大体积混凝土灌注。 基坑施工危险性大。 3.主要施工工艺和施工方法 3.1 总体方案 基础施工顺序从小里程向大里程进行。其中，0#-1#墩台位于小里程山体上，根据架梁工期要求，先要完成该处基础，该处基础施工前，需将小里程处的便道施工完
3、成，使用该便道进行 0#、1#墩台基础的施工；27#、28#、29#墩台位于大里程山体上，位于架梁末端，不制约架梁施工，计划在谢家崴子太子河特大桥大里程处的上山便道完成后进行施工；8#、9#、10#、11#墩位于太子河中及其岸边，考虑枯水期施工。其余基础按计划顺序施工。 3.2 主要施工方法 3.2.1 准备工作 （1） 、测定基坑中心线 、高程； （2） 、按地质水文资料，结合现场情况，确定开挖方案，开挖坡度及范围、支护方法和防、排水措施。 （3） 、做好工、料、机配置计划。 3.2.2 开挖方法 根据现场实际情况，考虑地下水较丰富，基坑施工采用三种方案。第一种方案为上部非岩层土体采用放坡开
4、挖的方式、岩层爆破施工；第二种方案为沉井护壁施工；第三种方案为边开挖、边护壁，混凝土护壁从上到下依次施工。砂砾层小于 8.5 米的基础及太子河中的基础首选第一种方案，大于 8.5 米的基础及位于村子中的基础根据地质和水文情况选择第二种或第三种。根据基础地质情况，0#-3#、5#、8#-19#、22#-25#、27#-29#墩台的基础施工采用第一种方案，4#、6#、7#、20#、21#、26#桥墩的基础施工首先采用第二种或第三种方案。 第一种上部砂砾土体放坡开挖方案，开挖坡度不小于 1:1，直接挖至岩层顶面，开挖底部坡脚距基础边线不小于 2m，坡脚堆码土袋防护，沿坡脚开挖一条截水沟，对角设置 2
5、 处降水井。沿基础外侧四周设 30cm 宽、1m 高的 C20 混凝土墙用于防止水及其他杂物进入到基坑作业区域内。基坑顺桥向设置 1 个开挖工作通道供挖掘机通行，该通道直达岩层顶部。 第二种沉井护壁方案。沉井分阶段施工，每次施工高度不超过 6m，沉井厚 50cm，设置两道肋墙，分别距中心线 1.5m，主筋采用 22 圆钢，施工时参照沉井设计图纸。采用 3015 组合钢模板，模板外侧采用横向，竖向钢管加固，内外模板采用 16 的钢筋对拉，拉筋间距 0.75x0.75m。沉井最下面一节护壁的最底部外侧沿四周设 20cm 宽、40cm 高的梯形刚性扩大脚。每节沉井施工完成后，进行基坑开挖，沉井下沉。
6、 根据铁路桥涵地基和基础设计规范 （TB10002.5-2005） ，混凝土与圆砾土的摩擦系数在土为中密的条件下为 90 KPa -150KPa，计算书时取其平均值 120 KPa，以 21#墩基础为例，对护壁摩阻力进行计算。 护壁摩阻力 P=Ufl/2， 其中：P护壁摩阻力； U护壁周长； f摩阻系数； l护壁高度； 对于 21#墩基础，U=3.14x（12.6+0.4）+4=44.8m，f=120 KPa，l=11 代入公式得 P=29595KN。 经计算，混凝土自重为 G=（3.14x（12.6+0.175）+4）x0.35x11x26=4418KN，混凝土自重 G=4418KN 远小于
7、沉井侧壁摩阻力P=29595KN，若配重需配 25177KN，该重量过大，配重无法实现，采用侧壁减摩措施（在沉井外侧注泥浆的方式） 。首先在基坑周围设一长不小于4m、宽不小于 3m、深不小于 1.5m 的造浆坑，然后用膨润土或黄土进行造浆，使泥浆比重不大于 1.2。护壁施工时，在基坑四周设置 100mm 的竖向预留孔、相邻两个预留孔之间的间距 1.2m（小于 1.2m 时，根据实际情况调整） 。沉井预制完成拆模后，在预留孔中设置 100x3mm 的带孔铁质压浆管，铁管上孔的间距按不超过 25mm、孔径 5mm 设置，压浆管安装时与护壁混凝土采用开口连接牢固，压浆管沿护壁垂直方向通常设置。造浆完
8、成后，沉井下沉时，用注浆泵将泥浆注入压浆管中，用于减少侧壁摩阻，沉井下沉过程中，同时将护壁外侧周围土体挖槽用于减少侧壁摩阻。 减摩措施需将摩阻系数降至 18 KPa 以下，根据公式 P=Ufl/2，当f=18 KPa 时，P=4439KN，仅需配重 21KN，施工容易实现。 按照以上方法，分别对各个基础进行计算，配重最大的基础为 4#基础和 20#基础，最大配重为 23KN，采用沉井护壁各个桥墩基础的配重如下表所示： 墩号 基础尺寸（m） 石方深度（m） 非岩层深度（m） 摩阻系数（kpa） 侧壁摩阻（KN） 护壁自重（KN） 配重（KN） 长 宽 高 4# 13.05 11.05 12 3.
9、0 9.3 18.0 3360.0 3337.2 23 6# 12.9 10.9 9 2.3 7.0 18.0 2502.7 2485.2 17 7# 13.95 11.95 17 10.5 7.2 18.0 2775.3 2759.8 16 20# 13.55 11.55 12 3.5 10.1 18.0 3777.3 3754.3 23 21# 14.6 12.6 15 5.3 11.08 18.0 4439.2 4417.8 21 26# 16.75 14.75 11 3.6 8.84 18.0 4103.1 4091.8 11 在下沉过程中对护壁的轴线及垂直度进行测量，当沉井出现倾斜时
10、，采取以下措施进行纠偏：（1）在下沉少的一侧，井内加快挖土，同时井外挖土，在沉井顶部压重。 （2）在下沉多的一侧，井内停止挖土，回填砂石，在沉井顶部施加水平力向下沉少的一侧扳拉。 第三种方案：非岩层土体厚度超过 8.5m，采用混凝土护壁施工的方案，当护壁厚度不足时，采取加设内支撑或锚杆等措施进行补强。 混凝土护壁从上到下依次施工。施工时先进行降水井施工和基坑降水，再开挖基坑，护壁施工。 基坑及护壁施工分节段进行，按每个节段 1m，直至岩层并与之紧密结合。 基坑开挖考虑以机械开挖和爆破施工为主、人工为辅的方式进行。上部非岩层部分采用机械开挖，岩层部分采用爆破和机械开挖相结合， 基坑顶层开挖时，从
11、一侧向另一侧进行，开挖的土体临时堆放离基坑近边线不小于 10 米处，分批及时装车运走。岩层部分爆破施工，钻孔数量和位置根据岩层情况计算确定。爆破要严格控制基础尺寸，在规范允许的范围内。 3.2.3 降水方案 由于桥位处地下水比较丰富，水位较高（最高水位为地面以下 1m） ，且上部砂砾层部分较深（最浅 4m、最深 11m） ，开挖时，会出现较大涌水。为确保基坑施工顺利进行，基坑降水考虑两种方案，方案一为坑内明排降水方案，方案二为坑外降水井降水和坑内明排降水相结合的方案（以降水井降水为主） 。 当基坑采用放坡开挖时，用坑内明排降水方案，当采用护壁施工时，采用坑外降水井和坑内明排相结合的方案。 （1
12、）坑内明排降水方案 基坑施工前，先在现场实际量测砾土的渗透系数，根据实测的渗透系数及其他参数，计算基坑涌水量，选择排水泵的规格和数量。基坑底四周设置排水沟和集水坑，汇集基坑渗水，然后用污水泵排出基坑外。 （2）坑外降水井和坑内明排降水相结合的方案 如果第一种方案降水效果满足不了施工需求，在基础周围设置降水井。降水井距离基坑边缘 2m，底面入岩 2 米，间距 10m。结合坑内明排共同降水。 3.2.4 护壁施工 按施工方案，基坑需要采用护壁防护的，采用 C30 钢筋混凝土护壁，护壁厚度 30cm，护壁每节 1m，护壁钢筋竖向采用 12 螺纹钢筋、环形采用 16 螺纹钢筋。护壁钢筋在钢筋场统一加工
13、，运至现场进行安装，钢筋安装完成后，组立模板及支架。采用钢管加固，每节护壁预留钢筋接头，形成整体。 进行护壁混凝土施工，混凝土强度达到要求后，拆除模板，进行下一循环的施工。 3.2.5 基坑稳定性监测 根据铁路工程测量规范 （TB10101-2009）中的规定，当基坑采用护壁施工时，需要对基坑护壁进行稳定性监测，监测内容主要有以下方面： （1）基坑护壁水平位移； （2）基坑护壁的倾斜； （3）基坑支撑的最大挠度； （4）基坑的整体完整性； （5）地下水位监测。 根据规范规定，基坑的变形监测的精度不宜低于三等，变形观测点点位宜布设在基坑侧壁的顶部和中部，点位间距 10-20m。按照该要求，分别在
14、基础护壁的圆端、直段的中心及内支撑的中心设置观测点，观测点设两排，分别为基坑护壁顶部和护壁中部。变形观测点的平面位置见下图： 对基坑护壁的水平位移和支撑的挠度变形，根据混凝土结构设计规范 ，参照表 3.4.3 受弯构件挠度限值，取 l0/250，对于基坑护壁的倾斜度，根据铁路桥涵工程施工质量验收标准的规定，其倾斜度小于l/50，每个基础根据护壁的尺寸确定其限值。 每日对基坑变形进行一次测量，同时，对基坑的完整性进行检查，防止基坑发生较大裂缝及其他破损情况出现，一经发现立即采取补救措施。同时设专人对基坑内水位进行 24 小时监控，当出现较大水量时及时排除坑内积水。 4.基础混凝土灌注 基础采用
15、C30 片石混凝土，单个基础混凝土最小 620.18m3（28#墩） 、最大为 2542.3 m3（8#墩） 。采用放坡开挖的基础均分为两次浇筑完成，入岩部分浇筑一次，上部非岩层部分浇筑一次，采用混凝土护壁的基础一次浇筑完成。 基础两次浇筑时，岩层部分不组立模板，首次混凝土直接浇筑至岩层顶面，然后安设好接茬筋，二次浇筑部分采用定型模板组立，直至基础顶部。 5.资源配置 5.1 劳动力计划 深基坑施工：钢筋班组 35 人、模板班组 30 人、砼班组 20 人，共 85人。 5.2 机械设备计划 中型挖掘机 1 台、小型挖掘机 2 台、18m 长臂挖掘机 2 台。铲车 2台、翻斗车 5 台、30t
16、 汽车吊 2 台。状态均良好。 5.3 材料供应计划 （1）根据施工组织设计及施工进度制定详尽的季度、月度用料计划，对钢材、水泥等需求量大及新材料、紧缺材料提前备料。 （2）物资供应站设置材料储备场地和存储仓库，库房设计满足存储要求，水泥储存周转量不少于一个月、钢材等其它材料不少于三个月，以保证在施工高峰期及特殊情况下的物资供应。 6.参考文献 铁路桥涵工程施工质量验收标准 （TB10415-2003） 铁路工程基本作业施工安全技术规程 （TB10301-2009） 铁路路桥涵程施工安全技术规程 （TB10303-2009） 桥梁施工工程师手册 （GB50496-2009） 铁路桥涵地基和基础设计规范 （TB10002.5-2005）
