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1、纳潮河特大桥深基坑开挖及支护施工工法1. 工程概况1.1. 工程简况纳潮河特大桥起讫里程为DK3+031.6DK4+862.1，孔跨布置为18-32m+（13+20+13）m+11-32m+45m预应力混凝土梁+128m系杆拱+45m+11-32m+（13+20+13）m+6-32m预应力混凝土梁，全长1830.5m。纳潮河特大桥为双线直线桥，既有迁曹铁路为右线，预留左线，线间距为4米。纳潮河特大桥深基坑共有12个，其桥墩承台尺寸有813.13.8m、9.312.54.15m两种形式，承台基坑开挖深度11.312.4m不等。承台基坑开挖位于既有线曹铁路预留线路基之上，东侧为防浪墙及6米宽特大桥
2、施工便道，西侧为铁路施工过渡便线，承台东西两侧边缘距离铁路施工过渡便线及防浪墙距离较近，承台东侧边缘距防浪墙最大距离8米，最小距离4.5米，承台西侧边缘距施工过渡便线最大距离9.7米，最小距离6.2米，纳潮河特大桥桥右线距西侧铁路施工过渡便线近，两线中心距只为12.9m；因此承台基坑不能采用放坡开挖的方式进行施工，必须采用垂直开挖法施工，除128m系杆拱两桥墩承台基坑便线侧采用24米D梁对铁路过渡便线进行防护外，其余基坑开挖时均采用插打拉森钢板桩的支护方式。开挖支护的稳定对铁路施工过渡便线列车行驶及特大桥施工便道的设备进出场、土方、材料运输、混凝土施工均有较大影响。1.2. 自然条件1.2.1
3、. 地质情况本区地层以海相、海陆交互相沉积层为主，岩性主要有黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂组成，按地层的沉积年代，成因类型、沉积韵律及工程特性等划分工程地质层组，其代号按时代从新到老，地层从上到下顺序排列共分7各大层。纳潮河特大桥承台基坑开挖土层分布如下表所示：场地岩土工程地质特征表土层号土质名称级别厚度（m）性状人工填土层1层：角砾土级硬土1.02.7杂色，含碎石及飘石，已压实。0=350 kPa2层：吹填粉细砂级松土2.35.8灰色，砂质均匀，既有路基段为中密密实，填海造地段呈松散状。0=80150kPa粉细砂夹淤泥质粉质粘土1层：淤泥质粉质粘土级普通土0.63.2灰色、灰黑色，流塑为主
4、。0=80100kPa2层：粉细砂级松土2.512.4灰色，既有铁路路基段为中密密实，填海造地段呈松散状。0=80150kPa黏土、粉质黏土层1层：淤泥质粉质黏土级普通土1.84.9灰色、黑色，流塑为主，局部软塑。0=100kPa2层：粘土级普通土1.55.3灰色、灰黑色，软塑。0=120kPa3层：粉质黏土级普通土516.9灰色、灰黑色，软塑硬塑。 0=150kPa4层：粉土级普通土1.38.4土质均匀，饱和、中密。0=120kPa5层：粉细砂级松土1.53.2灰色，饱和、中密。0=150kPa1.2.2. 水文地质情况地表水为海水，水深23米。地下水为潜水，地下水位埋深3.54m，含水层主
5、要为粉细砂层。20m以上的含水层补给来源为海水补给，途径短，水量丰富；下部粉细砂由于黏性土的隔水层作用，水量相对较小。第- 18 -页 共18页2. 施工工艺及施工方法2.1. 施工方案深基坑承台基坑采用垂直开挖法施工，土方开挖时，承台基坑采用2层矩形支护结构。深基坑围梁由三扣型号为40c工字钢组成；斜撑和连接撑由双扣型号为200H型钢组成。深基坑承台基坑施工地点位于海域，地下水为潜水，且水量较为丰富，所以承台基坑开挖采用插打18米长拉森-型止水钢板桩进行支护，使止水钢板桩沿承台四周形成封闭的支护结构。2.2. 施工工艺2.3. 施工方法2.3.1基坑支护方案及力学检算（1）基坑支护方案纳潮河
6、特大桥深基坑承台基坑采用垂直开挖法施工。承台基坑沿承台设计平面尺寸各放宽1.5米。采用18米长的拉森-型止水钢板桩组成闭合的基坑支护结构。承台基坑采用2层矩形支护结构。深基坑围梁由三扣型号为40c工字钢组成；斜撑和连接撑由双扣型号为200H型钢组成。为保证既有线行车安全，防止路基土方坍塌，靠近线路侧（承台西侧）钢板桩桩顶高程提高1米。如下图所示。深基坑支撑平面示意图（2）力学验算已知条件：（以最深的39号基坑为例）地面高程：3.1m，开挖底面高程：-6.93m；开挖深度：10m；土的容重加权平均值：19KN/m3； 内摩擦角加权平均值：22；均布荷载q：10.0KN/m2；黏聚力c：=24kp
7、a；基坑开挖长a=15.5m 基坑开挖宽b=10.4m；外力计算：作用于板桩上的土压力强度及压力分布图见图1所示：ka=tg2(45-/2)=tg2(45-22.0/2)=0.455kp=tg2(45+/2)=tg2(45+22.0/2)=2.198板桩外侧均布荷载换算填土高度hq，hq=q/r=10.0/19=0.526m钢板桩长18米，入土深度设为8.0米：主动土压力EaEa=【0.526+（9.5+8.5）/2】（9.5+8.5）190.455=1482.4KN/m2被动土压力EpEp=（198.522.198）/2=1508.7KN/m2EpEa 满足要求钢板桩埋入深度为8米，为安全起
8、见，埋深为1.28米=9.6米。基坑底的隆起验算 在软土中开挖较深的基坑，当钢板桩背后的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象。为避免这种现象的发生，施工前，须对地基进行稳定性验算，验算如下：K=（23.14c）/（q+h）=（23.1424）/（10+199.5）=0.79式中K-抗隆起安全系数；-土的容重加权平均值 -内摩擦角加权平均值q-均布荷载c-黏聚力=24kpa；基坑底的管涌验算t=【Khw-h】/2=【1.5(9.5-1)10-(19-10)(9.5-1)】/2(19-10)=2.838.5m（钢板桩入土深度）
9、故不会发生管涌现象。式中：t-板桩的入土深度;K-抗管涌安全系数，取1.5;h-地下水位至坑底的距离，地下水位距地面1米;w-地下水重度，w=10kn/m3 ;-土的浮重度;验算内支撑层数及间距采用型号为40c的钢板桩作为内支撑，能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h（见图9 ）：h=3(6W)/Ka=3(62001051190)/(191030.455)=254.6cm2.55mh1=1.11h=2.80mh2=0.88h=2.24mh3=0.77h=2.00mh4=0.7h=1.79mh5=0.65h=1.65m根据施工实际情况确定支撑位置如图4所示。横梁计算横梁强度校核以最大受
10、力点作为计算参考：计算h2处横梁承受土压力pn=KaD（h+h1+h2+h3）/2=190.4557.599.59/2=314.6KN/MF=pn（h+h1+h2） =314.6(2.55+2.8+2.24) =2372KN=F/A=2372103/10210-4=232MPa=235MPa故满足强度要求稳定校核40c工字钢 查得i=15.2cm由于两端固定，所以u=0.5=ul/i=0.511.5/0.152=37.83 F/Nst =2372/1.1=2156 KN 稳定要求满足。2.3.2基坑开挖（1）开挖方案深基坑开挖采用机械开挖和高压射水抽砂法相结合的方法，土方开挖按“先支护后开挖，
11、分层支撑分层开挖”的原则进行。基坑开挖分3个阶段进行，第一阶段开挖第一层砂土，采用挖掘机进行土方开挖，挖完安装第一层围梁支护结构；第二阶段开挖第二层砂土，使用加长臂挖掘机进行土方开挖，挖完安装第二层围梁支护结构；第三阶段开挖至设计标高，采用高压射水冲击砂土，将其打散，然后通过大功率高压泥浆泵将其抽出坑外，直至基坑设计标高。（2）钢板桩插打、土方开挖、支撑安装方法插打钢板桩插打钢板桩的施工顺序为：施工准备开挖平整场地测量定位插打钢板桩。打桩前，首先将基坑施工范围内土层开挖下降2米，挖除原有路基山皮土层，露出砂层，为插打钢板桩施工创造工作面，并增加钢板桩埋入深度，加大了安全系数。由测量人员根据各基
12、坑平面布置图施放钢板桩边线，并撒白灰线，外侧设控桩。钢板桩打入方式选择，板桩打设方式采用“单独打入法”。这种方法是从一角开始，逐根大入，直至打桩工程结束。钢板桩打设工艺程序：测量定位放线桩机导架安装机就位测建桩机垂直和水度吊车板桩就位插桩套上桩帽轻轻加以捶击桩打设至标高桩机移位重度施工程序至打桩结束。土方开挖基坑开挖顺序及支撑安装步骤如下所示：开挖步骤一：开挖第一阶段施工。开挖至第一道围梁、牛腿位置，安装第一道围梁、牛腿。如图所示。开挖步骤二：开挖第二阶段施工。开挖至第二道围梁牛腿位置，安装牛腿、围梁。如图所示。开挖步骤三：开挖第三阶段施工。高压射水抽砂至基坑设计标高。2.3.3基坑开挖注意事
13、项插打钢板桩结束后用短臂挖掘机开挖基坑，挖至第一层围梁的位置，此次开挖应多挖深一米给工人焊接牛腿留出空间，第一次开挖结束后由项目部技术人员用水准仪抄点，给出具体牛腿焊接位置，与此同时挖出的砂土应及时倒运，减少基坑周边荷载并为第二次出土留出场地。待牛腿焊接完成后及时下围梁，首先下南北两侧方向的围梁，然后将事先下好的东西两侧的围梁放到南北围梁当中并焊接牢固，使其具有整体性。然后将两侧鱼尾梁就位，在焊接斜撑和横撑之前应用长臂挖掘机挖出基坑的四个拐角的砂土，挖土范围以大斜撑位置为准，此次挖土不易挖出太多，以免在支护不完全的情况下钢板桩受力发生变形。待四角土挖出后立即按照基坑支护图纸焊接剩余的围梁。第一
14、层围梁全部焊接完成后用长臂挖掘机继续开挖，由于受到第一层围梁影响第二层基坑内砂土无法完全挖出，所以用挖掘机和吸浆法配合施工。由于机械开挖的效率比吸浆法要高，所以待机械挖不到土时再考虑吸浆法。采用吸浆法前要用挖机在基坑中间挖出一个槽以便安放泥浆泵。吸浆设备安装工作要快速进行，由于工作现场和大海较远，所以准备足够长的水管和接头，将在大海里的潜水泵和现场的离心泵连接起来，将两把高压水枪头连接至离心泵。吸浆设备要选用合理的潜水泵和水管否则会造成供水不足、水压不够导致作业效率不高。本工程采用每小时40m3扬程25m的大功率潜水泵和80mm的供水管保证有足够的水压作业。待吸浆设备安装调试好后进行吸浆作业，此时要经常清理泥浆泵管防止贝壳碎片和石子堵塞发生“憋泵”现象。由于基坑内有淤泥层，高压水枪无法将淤泥层吹散，所以现场作业时将淤泥层下面的砂层冲散吸走，此时淤泥层悬空掉落再用机械配合挖出淤泥，以此方法作业直至深度达到设计标高。2.3.4基坑流砂处理在基坑施工过程中时常会发生流砂现象，主要由于地质大部分由粉细沙构成，在强大的水压力挤压下，即使钢板桩只有一公分的缝隙，粉细沙也会随着流水不停的流进坑内，项目提
