软基桥梁基坑支护设计方案与施工

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【摘要】软基桥梁施工是桥梁建筑中的一项重要课题，尤其，我国绝大部分的桥梁工程都建造在软土地区，科技支护方案是否合理直接影响着工程质量。通过软基的软土工程特性的分析，总结软基桥梁基坑支护方案基本原则，及根据基坑开挖深度不同，确定相应的挡土支护结构类型，为桥梁工程基坑支护设计方案及施工作参考。

【关键词】：软基；桥梁；基坑支护；施工

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

我国的桥梁工程相当大的一部分建造在软土层上，因此需要对软基基坑支护的问题进行深入研究。软土地区的桥梁建设中如果基坑开挖过程中稍有疏忽，就会使邻近建筑及地下管线损坏，此类软基基坑事故已屡见不鲜，必须分析软土的工程特性，根据其特点制定软基基坑支护设计方案，保证施工质量及安全。

一、软基概述与工程特性

（一）软基概述

软基既是软土路基的简称，我国公路行业规范对软土地基定义是指强度低,压缩量较高的软弱土层，多数含有一定的有机物质。按《岩土工程勘察规范》（GB-50021-94）规定，天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等，其压缩系数宜大于0.5MPa-1；不排水抗剪强度宜小于30KPa。

日本高等级公路设计规范将其定义为：软基主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成；地下水位高,其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。软土的成因一般认为是由于第四纪后期地表水所形成的沉淀物质，多分布在海滨、湖滨、河流沿岸等地势低洼地带，地表常年潮湿或积水。所以地表往往有大量喜水植物，由于这些植物的生长和死亡，使软土中含有较多的有机物。

（二）软基的工程特性

软基由于是强度较低的软土层，因此必须了解其工程特性才能制定适合的支护方案，软基的工程特性可以总结为以下几点：

触变性：当原状软土受到振动后，土结构的连接被破坏，强度降低或很快地使软土变成稀释状态，易产生侧向滑动、沉降及基地面侧向挤出现象。

流变性：在剪应力作用下，土体还会发生缓慢而长期的剪切变形。

低强度：不排水抗剪强度一般在20KPa以下。

高压缩性：压缩系数大，大部分压缩变形发生在竖向压力为100KPa左右时。

低透水性：透水性能弱，一般竖向渗透系数在i*（10-8-10-6）cm/s之间，对地基排水固结不利；在加载初期，地基中常出现较高的孔隙水压力，影响地基沉降，使建筑物沉降的延续时间很长。

不均匀性：由于沉积环境的变化，粘性土层中常局部夹有厚薄不等的粉土，使水平向和竖向分布上有所差异。

二、软基桥梁基坑支护设计方案原则

支护方案的设计必须从基坑的具体情况出发，根据基坑周边土质地质条件、场地条件和基坑深度等情况综合考虑，支护方案应采用一种还是多种挡土支护结构混合使用。

（一）设计方案要根据土质地质条件制定

当软土层很厚的情况下，可采用地下连续墙；在土质较好的情况可采用土层锚杆或排桩等类型，土质较差的情况，则可采用深层搅拌水泥桩墙。从地区考虑，各地区软土的工程特性差异较大，因此挡土支护结构不能照搬照抄，应根据地区特点因地制宜地设计与施工。

（二）设计方案根据场地和环境制定

如果基坑周围施工宽度狭小并且邻近建筑物需要保护时，则必须按照被保护建筑物的重要性与安全等级标准，采用能够相应控制地面位移与沉降的挡土支护结构类型；如果基坑周围场地较为开阔，则可采用上段放坡开挖，下段采用深层搅拌水泥土桩墙或高压旋喷桩墙等。当场地内有地下水时，应根据场地及周边区域的工程地质条件、水文地质条件、周边环境情况和支护结构与基础形式等因素，确定地下水控制方法。场地周围有地表水汇流、排泻或地下水管渗漏时，应对基坑采取保护措施。

（三）设计方案根据基坑开挖深度和范围制定

开挖深度较大时，可视情况采用单支点或多支点挡土支护结构；开挖深度较小时可采用悬臂式挡土支护结构；开挖范围较大时，可采用单层或多层锚杆；开挖范围较小时，可采用内撑型支点。

此外支护结构设计还应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周边环境的水平与竖向变形的影响，对于安全等级为一级和对周边环境变形有限定要求的基坑侧壁，应根据周边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值。

三、软基桥梁基坑支护方案与施工

（一）基坑深度小于6m的施工方案

勘察场地后确认现场条件允许，宜采用悬臂式深层搅拌水泥土桩墙，一般采用双头湿法水泥土搅拌桩。根据各地经验，墙厚为开挖深度的0.6-0.8倍；墙插入坑底以下深度为开挖深度的0.8-1.5倍。也可采用直径为600-800mm灌注桩密排，桩与桩的相切处可用树根桩封密，也可以灌注桩后面压力注浆或设深层搅拌水泥桩，在灌注桩顶部须设一道圈梁。还可选择通过打入钢板桩、预制混凝土板桩或方桩，其后面压力注浆、加水泥搅拌桩或旋喷桩，设一道围檩的支护结构类型。

（二）基坑深度在6m-9m施工方案

勘察场地后确认现场条件允许，采用悬臂式深层搅拌水泥土墙。例如河南新阳大桥的基坑开挖深度，从自然地面算起，大部为8.5m，局部深度为9-11.40m，占地面积约为2000m2,，成功的采用了悬臂式样深层搅拌水泥土墙。

采用直径为800-1000mm的灌注桩，后面压力注浆、设深层搅拌水泥桩或旋喷桩作防水帷幕，一般设置1-2道支撑，有时还可不设支撑。例如汉口大桥，挖深7.68m，采用钻孔灌注桩挡土支护，桩长19-21m，并在桩前用粉喷桩加固流塑状淤泥质土体，桩后用压力注浆止水。

（三）基坑深度在9m-10m施工方案

对于开挖深度9-10m的基坑，也有采用地下连续墙的，壁厚为600-800mm，另外加设支撑系统。若基坑面积较大且宜形成较大的集雨面积而导致塌方，为避免该现象则应在挖土过程中队开挖坡面采取保护措施，一般采用在坑内的留土平台及坡面在其保护棉铺设钢筋网，之后在其上面覆盖50mm左右厚的细石混凝土，并在坑外卸土坡面上铺设一层无纺土钉布之后在其上铺设钢筋网并覆盖50mm厚细石混凝土，并在其坡面留有泄水孔。

同样也可以采用打入预制混凝土板桩或钢板桩（如图3-3-1湖北武荆高速公路乐渠大桥），并采用注浆或深层搅拌水泥土桩措施，再设置支撑或锚杆支护。若地下土层条件较好则可放宽基坑深度范围，由于水泥搅拌桩既可挡土又可挡水，可与钻孔灌注桩配合使用。

湖北武荆高速公路乐渠大桥简易钢板桩大样图

（四）基坑深度大于10m施工方案

应当采用直径为1000-2000mm的灌注桩，后面压力注浆或水泥土桩挡墙作防水帷幕，一般设置2-3道支撑。防水止水方法是在挡土桩外侧设直径700mm双头单排深层搅拌桩，桩长18m，搭接20cm，与挡土桩之间用压密注浆进行填充，深度16m。采用3道井字形双向正交钢筋混凝土水平自支撑。

桩锚式支护是武汉、天津和广州等地区常见的基坑支护类型。如天津某大桥开挖面积较大，平面很不规则，坑深14m，选用钻孔灌注桩及3排预应力锚杆支护，桩长28m，3排定喷防水板墙深入基岩，形成止水帷幕。

钢筋混凝土地下连续墙加支撑或锚杆也是常见的挡土支护结构类型。例如上海某大桥，基坑开挖深度为11.10m，局部挖深为13.80m，采用壁厚800mm，深度23.10-25.10m的地下连续墙，接缝处用注浆封闭，另一侧设围护加固体，基坑底部注浆加固。

【总结】

基坑施工是桥梁建设工程的关键环节，尤其是软土地层的桥梁工程要格外注意基坑的支护设计，将工程质量和施工安全放在第一位。在施工前根据施工地的土质地质条件、场地条件以及基坑深度等条件做好合理的支护设计选择恰当的施工工艺。只有这样才能最终保证施工质量和施工安全并降低施工成本，提升工程的质量和提高工程的经济效益。

【参考文献】

[1] 倪金姣. 深基坑支护结构变形特性研究[D]. 西安建筑科技大学 2011

[2] 吴刚刚,李彩霞,张庆谱. 曹娥江袍江大桥承台钢板桩围堰设计与施工[J]. 西部交通科技. 2010(11)

[3] 白洪潮. 深基坑支护技术方案的选择及其优化设计[D]. 长江大学 2012