王 刚
(中铁十八局集团第一工程有限公司，河北 涿州 072750)
大型深基坑作业是铁路桥梁深埋承台施工的一大难点，当前对于此类工程主要是从安全角度进行施工，思路比较单一。对此，本工程不仅充分考虑了基坑的安全性，还注意到了地下水的干扰，并且预防施工过程中可能会出现的变形问题。基于此，昌景黄铁路在铁路桥梁工程深埋承台施工中，采用拉森钢板桩作为支护结构，配合四周设置排水沟和集水井避免地下水的影响，以及对基坑变形进行监测，通过上述多种方式相结合最大程度保证施工质量及安全性。
昌景黄铁路位于安徽省黄山市祁门县和江西省景德镇市浮梁县境内，线路起自林场中桥黄山端台尾DK88+519.91，向西南跨越205省道、东河后行至标段终点前山隧道进口DK130+422.21，标段全长37.025 km。其中安徽段长0.998 km，江西段长36.027 km。江西段桥梁共23座，总长14.510 km。承台共计459个，其中基坑深度超过5 m，陆上承台共计2个，本工程提出的施工方案正是针对其中的承台深基坑所制定，深基坑情况见表1。
表1 铁路桥梁深基坑承台情况
王港东河特大桥51#承台位于东河边，顺线路右侧有一条4 m宽的施工便道，距离基坑边8 m；
基坑周围地势平坦，无构筑物及重要的管线。上覆土层主要为：第四系全新统人工填土层种植土、杂填土、素填土；
第四系全新统冲洪积层淤泥质黏土、粉质黏土、细砂、砂砾；
下伏基岩主要为印支期侵入花岗岩、元古界木坑组板岩、元古界牛屋组板岩(表2)。
表2 地质特征表
地表水主要为东河水，接受大气降水以及上游支流、地表水体和地下水补给，流量和水位变动大，受季节或降雨影响显著。地下水主要接受降水和地表水入渗补给，以蒸发排泄为主，动态变化较大。地下水位埋深为0.7～20.0 m，随季节而变化，变幅约1～5 m。
基坑工程按照以下的施工流程依次进行(图1)。
图1 铁路桥梁深埋承台的深基坑施工流程图
2.1 基坑开挖
结合承台的尺寸、埋设的深度等确定基坑的尺寸，确定边柱、标高，做好规划。此外，开挖还应设置排水沟等排水设施[1]，之后根据开挖深度和尺寸要求，通过开挖设备从上至下开挖，配合人工修整[2]。按照由上至下、分层开挖的原则有序进行，不能直接掏底。在开挖过程中，疏散非作业人员，并注意铲斗不能直接从驾驶室上方经过。
2.2 基坑支护施工
2.2.1 钢板桩施工
本工程深基坑支护结构为拉森Ⅳ型钢板桩，每根长度为9 m，可根据实际情况进行适度调整。拉森钢板桩的首道围檩设置于地平面下大约1.5 m的位置，低于第1道内支撑结构约0.3 m，围檩为双拼结构HM600×300b型号的型钢材质，以及直径为630 mm,厚10 mm的钢管桩用以对撑，在首个内支撑完工之后，接着继续下挖3.2 m的距离，比第2道内支撑低0.3 m的位置，设置第2道的内支撑[3]。第2道围檩的材质和尺寸和第1道相同，在支撑完成后，继续朝下开挖2.6 m的深度，平整基底之后浇筑0.5 m厚的混凝土材料封底(图2)。等到混凝土材料达到设计的强度后，将第2道支撑先拆除，安装承台。此外，基坑底四周均设置有排水沟，在封底时要注意不能把所有基坑都封闭，应在基坑底部的四角位置设置汇水坑，以及时排除基坑积水[4]。
图2 51#墩承台钢板桩围堰立面布置图(单位：mm)
2.2.2 围檩及支撑结构的设计验算及安装
钢板桩围堰由钢板桩和内支撑体系两部分构成。钢板桩规格为JU400×170×15.5，S390钢材；
内支撑体系包括围檩和支撑钢管。围檩采用双拼HM600×300b型钢；
支撑钢管采用直径630 mm，厚10 mm的钢管。
根据钢板桩围堰施工工序，钢板桩围堰的计算分为4种工况(表3)。
表3 钢板桩围堰支护结构计算工况
经建模计算，内支撑反力情况如表4所示。
表4 51#墩围堰钢板桩反力计算结果汇总 单位：kN/m
第1、2道内支撑布置及材料均相同，根据钢板桩计算结果，将最大反力110.5 kN/m作为荷载作用于内支撑体系，进行内支撑检算。内支撑应力计算结果如图3所示，小于设计强度215 MPa。变形计算结果如图4所示，绝对最大变形9 mm，相对变形约2 mm，小于容许值5 000/400=12.5 mm。其余部位变形也满足要求，强度和变形均满足要求。
图3 51#墩钢板桩围堰内支撑应力计算结果(单位：kPa)
图4 51#墩钢板桩围堰内支撑变形计算结果(单位：mm)
在围檩制作时，需要确保其支撑的性能满足设计要求，本工程围檩采用的是双拼结构HM600×300b型号的型钢材质，所受轴力1 072 kN，计算长度为5 m，ix为252 mm，iy为165 mm，截面积为23 616 mm2。
内支撑钢管为直径为630 mm,厚10 mm的钢管，钢管的回转半径为22 cm，其截面积19 478 mm2，斜杆自身承受的轴力是994 kN，按照7 m进行长度计算，短边的支撑杆受到的轴力是289 kN，按照长15.6 m进行计算。
由此可见，本工程所设计的围檩及支撑结构能够满足基坑支撑的性能需求，按照设计尺寸进行制作，制作完成后送入施工现场进行安装。
在拉森钢板桩插入之后，按照从上到下的原则逐层开挖，并及时安装围檩到设计的位置[5]。按照基坑开挖的深度，把第一道的围檩和支撑结构设置在钢板桩顶下方大约1.5 m的位置，第二道围檩安装在第一道下方大约3.2 m处。在设计位置于钢板桩的内壁安装托架，焊接牢固，之后将围檩下吊到基坑中，紧贴钢板桩安装在托架上，并焊接牢固。达到设计高度安装完成后，根据空间实际情况选择安装牛腿的长度，分段将牛腿安装到位，并紧贴着围护桩。对于双拼的连接板需要在安装前拼装好，再整体吊入基坑进行安装。
双拼型钢为直接拼接，通过翼板、腹板以及补强板进行固定，补强板宽度要小于翼板20 mm，小于腹板40 mm。长度是翼板以及腹板宽的1.5倍，厚度和翼板、腹板相同。
2.2.3 斜撑和横撑的安装
按照设计的位置进行斜撑和横撑的安装，之后进行钢牛腿的烧焊。预先量出接触点的长度信息，结合实测结果来下料制作斜撑，拼装完成后焊接牢固[6]。斜撑及横撑都是在地面上拼装，等拼装完成之后，通过吊车下放到基坑内部进行安装。斜撑和围檩的安装都需要保证平直。为了避免围檩或是横撑、斜撑的掉落，在焊接的同时，还通过钢丝绳进行捆扎，作为防止掉落的强化措施。
2.3 基坑排水防护
考虑到承台深度较大，势必会受到地下水及地表水的影响，因此设置排水沟等地下水排水设施。首先，在基坑顶面的四周区域利用挖出的土体制成高度约30 cm的土埂围挡，从而避免雨水等地表水流入到基坑之中。其次，在土埂围挡基础上加入若干个栅栏，每个栅栏长为2 m，高为1.5 m，每个栅栏都通过砂浆基座固定，并都设置进出口，在进出口位置设置警示牌。
在基坑开挖后，需要于基坑的四周设置用于及时排除地下水的排水沟以及集水井等设施。排水沟的横截面尺寸为0.3 m×0.3 m。集水井的尺寸为0.5 m×0.5 m×0.5 m。在集水井中设有水泵，利用水泵将基坑中的积水及时排出。如果基坑开挖到承台基面大约20 cm的位置时，为避免过度开挖影响承台稳定，最后一段距离采用人工和机械设施配合的方式进行；
挖到和承台深度设计底部位置大约5～10 cm的最后距离，通过人工进行。
2.4 钢板桩及围檩等支护设施的拆除
等到浇筑的封底混凝土强度达到设计值后，将第二道的内支撑予以拆除，开始承台的施工作业，待墩身的混凝土浇筑完工并经过14 d养护[7]，对基坑分层回填，将第一道内支撑全部拆除，拔出钢板。
2.5 基坑变形监控
深基坑在施工过程中存在很多不确定因素，为保证施工的质量，在施工的同时需设置变形监测点，及时观察基坑质量情况，当有异常时及时处理，达到实时检测的目的。在基坑四周钢围檩的中心位置分别设置监测点，用于检测基坑支护结构的位移情况，通过焊接钢筋头，在钢筋头顶端通过划十字线的方法，确定测点位置。在基坑四周再分别做竖向位移观测点，利用混凝土包裹钢筋的方式固定测点(图5)。
图5 深基坑质量监测点的布置
检测工作以所设置的监测点作为基准，利用全站仪先测量各监测点的坐标情况，作为参照，在施工过程中观察基坑及其支护结构的位移情况。结合基坑的地质情况、深度、工序等，确定不同位置的检测频率，及时发现质量问题，不同情况的检测频率见表5。
表5 深基坑工程项目的检测频率
观测频率的周期调整要依据监测对象变形量的变化情况适当进行调整，以确保监测结果的实时准确。二级基坑支护结构最大水平位移允许值为0.01h(h为基坑深度,mm)。出现下列情况之一时须加强监测，提高监测频率，并及时向上级单位报告监测结果:1) 监测数据变化量较大或速率加快；
2) 基坑及周边大量积水、长时间连续降雨、周边管道出现泄漏；
3) 基坑附近地面荷载突然增加或超过设计限值；
4) 支护结构出现开裂；
5) 基坑支护结构或周边土体的位移值突然明显增大；
6) 基坑支护结构体系出现过大变形、压屈、断裂、松弛或上浮的迹象；
7) 周围建(构)筑物的结构部分、周边地面出现较严重的突发裂缝或危害结构的变形裂缝。
当基坑出现检测数据异常时，需要立即通知施工方暂停施工，分析异常的成因，针对成因制定处治措施，并跟踪改进后的总质量情况，直到异常解除为止[8]。本工程基础在施工过程中，对周边建筑物影响较小。经检测，最大值为测点7，累计竖向最大位移为- 9.4 mm，满足要求，其他监测点累计值均未超出警戒值范围。
本工程基坑深度较深，为避免地下水影响工程稳定带来坍塌等安全事故，需要在基坑周围安装防护栅栏，利用开挖土体制作防水围挡，在基坑内部设置排水沟、集水井，从而有效将地下水及地表水所带来的安全隐患予以解除。基坑四周距离2 m以内，以及在基坑相距1 m的位置都不能堆放材料和施工设备，以避免对工程稳定性造成影响。为防止出现极端天气，准备好防雨、防洪和防大风的防护所需设备。如果在施工过程中，基坑周边出现了裂缝，就需要通过灌浆材料及时修复，以免裂缝越来越大。基坑需按规定做好检测，且设专人巡查，包括基坑周边的沉降、周边地面裂缝、支护结构裂缝、坑内外地下水位等，并做好记录。发现异常和危险情况，应对照仪器监测数据进行综合分析。
铁路桥梁深埋承台的深基坑施工具有一定难度，为保证深基坑的施工质量，不仅要按照设计尺寸及深度开挖基坑，而且还应加强基坑支护。本工程在深基坑工程中采用拉森钢板桩作为支护结构，还在基坑四周设置排水沟和集水井避免地下水及地表水的影响，配合实时的基坑变形监测，保证深基坑施工质量，并且在施工过程中还注意安全防护工作。结果显示，采取上述方案施工后，不仅如期完成施工，而且施工期间也未出现安全事故。经验收，深基坑无论是深度还是尺寸均满足承台的施工要求，支护拉森钢板桩也均达到设计高程，倾斜度为0%～0.8%，满足本工程倾斜度不超过1%的设计要求，验收合格，取得了理想的施工效果，此施工方案值得推广。
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