鎖口鋼管樁圍堰在復雜地質條件下橋梁深基坑支護中的應用

郭文杰，方召欣

（1.中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088；2.煙臺大學土木工程學院，山東 煙臺 264005）

1 工程概況

曹妃甸工業區1號路跨納潮河大橋工程位于曹妃甸規劃網路“三縱七橫”路網骨架的1號路上，是由規劃納潮河引起的改建工程，由橋梁和引線工程組成，其中橋梁長1 297m，橋面總寬38.5m，主跨采用（80＋128＋80）m三跨預應力混凝土部分斜拉橋結構，鉆孔灌注樁基礎。全橋共64個承臺，其中主墩17#、18#承臺尺寸均為26.8m×26.8m×5m，基坑挖深達11.3m。

（1）地層巖性

根據詳細地質勘察報告，橋位地層以海相、海陸交互相沉積層為主，巖性主要由粘土、亞粘土、亞砂土、粉細砂組成，總厚度大于130m。

（2）水文地質特征

場地內地下水為潛水，水位埋深2.6～3.0m，含水層主要為碎石土及粉細砂層。20m以上的含水層補給來源為海水補給，途徑短，水量豐富。

（3）施工場地布置

擬建大橋中心線右側是為曹妃甸島內提供生產、生活用電的100kV高壓線路鐵塔及工業區1號路施工便線，左側緊鄰遷曹鐵路施工便線，部分承臺外邊線至遷曹鐵路曹南線路基坡腳的最近距離僅2.85m，作業場地狹窄。

2 深基坑圍護方案優化

2.1 本工程深基坑支護難點與關鍵

（1）基坑開挖深度達11.3m，且需穿過塊石約占10%左右的碎石層，對支護結構的強度要求高。

（2）橋址位置陸地主要系圍海吹砂造地形成，地質條件差，且待挖基坑緊挨鐵路路基，要求支護結構具有足夠強度、剛度和穩定性，控制側向變形不超出20mm，確保現場施工和鐵路運營安全。

（3）場地內地下水埋深淺，含水層透水性好，補給路徑短，水量充足，承臺開挖后基坑內平均水深在5～6m，最大水深達8.3m，要求支護結構有效應對地下水滲流。

（4）大橋建成后，根據工業區整體規劃，主橋位置納潮河河道需開挖，且有通航要求，故不僅要考慮深基坑支護結構體系的可靠性，而且要求基坑回填后臨時支護結構等易于清除，便于后續航道開挖，并減少環境負荷。

顯然，承臺施工順利與否很大程度上取決于基坑支護方案決策及施工全過程控制的成效。

2.2 基坑支護方案決策

基坑支護結構的功能是擋土、截水并保證坑底穩定，同時承受必要的施工荷載，控制土體變形，確保施工安全。根據現場水文地質條件，結合《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）[1]以及工業區內其他工程基坑支護實踐，確定三種備選支護方案，見表1。經綜合比較，選定鎖口鋼管樁圍堰加型鋼內支撐方案。

表1 深基坑支護方案比較[2-3]

3 支護方案的結構選型

根據工程特點及現場施工條件，鎖口鋼管樁圍堰的總體布置要點包括五個方面。

（1）鎖口鋼管樁采用Φ800mm鋼管，長24m，壁厚14mm，從承臺邊緣外擴1.3m作為鎖口鋼管樁的插打軸線，鋼管樁間距1.05m，樁間設鎖口，鎖口形式采用Φ219mm、長24m的鋼管和長24m的I20b工字鋼組合，形成圍堰抵抗土壓力并止水（見圖1）。

圖1 主承臺深基坑支護結構平面圖（單位：cm）

（2）按開挖深度自上而下，鋼管樁內側設兩道支撐體系，內側圍檁采用2×H500×300型鋼。內支撐采用Φ800×14的Q235A鋼管，其兩端增設2[40a槽鋼斜撐，轉角處適當加強。

（3）因內支撐水平向跨度大，為防止內支撐下撓失穩，設置豎向支撐以確保其平面外剛度。

（4）鋼管樁安裝就位后，內填砂土并水夯密實。

（5）因地下片石、山皮石夾層的存在，鋼管樁在施工前需引孔，樁孔上部采用沖擊鉆成孔，沖孔深度根據現場試驗確定為12m。

（6）基坑開挖過程中，支護結構可能在外力作用下變形而導致滲、漏水，影響到開挖，為此，預留注漿花鋼管作為輔助措施，必要時，做注漿處理或采用旋噴樁進行止水。

4 支護方案受力驗算及實施效果

4.1 受力驗算

深基坑開挖、支護遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則。依據地基巖土層參數，利用理正深基坑支護結構設計軟件進行支護結構受力情況的驗算。結果表明，本支護結構支反力、位移、剪應力均滿足設計要求；抗傾覆穩定安全系數Ks=1.538≥1.2，滿足《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）[4]要求。按Prandlt公式計算的抗隆起穩定安全系數Ks=2.091≥1.1～1.2，按Terzaghi公式計算的抗隆起穩定安全系數Ks=2.349≥1.15～1.25，均符合原冶金部《建筑基坑工程技術規范》（YB 9258—97）[5]要求。抗管涌穩定安全系數Ks=4.221≥1.5～2.0，滿足《基坑工程設計規程》（DBJ—61—97）[6]要求。

4.2 實施效果

深基坑工程支護結構動工后，由石家莊鐵道大學按批復的監測方案對大橋深基坑周邊地表水平位移和沉降、鐵路施工便線水平位移和沉降、鋼管樁側向位移、鋼管樁樁體內力、圍檁內力、格構柱內力等開展監測。以大橋主墩17#墩承臺為例，周邊地表沉降最大累積量為17.655mm，鐵路路堤坡腳位移最大累計量為5.83mm，均未超出相應的監測預警指標，支護效果穩定、可靠。

5 結語

（1）本深基坑工程開挖采用鎖口鋼管樁加型鋼內支撐支護結構，精心組織，科學施工，成功解決了軟土地基含塊石、山皮石夾層，側向變形控制要求高的深基坑開挖、支護、止水的復雜系統問題，對該類地區及類似工程深基坑支護具有明顯借鑒意義。

（2）深基坑開挖中實時、動態監測施工控制數據，以此作為圍護、支撐結構可靠性的保證措施，充分利用了信息化施工的優勢。

（3）采用鎖口鋼管樁圍堰加型鋼內支撐方案對軟土地基橋梁深基坑進行支護，具有強度高、截面剛度大、止水性好、可顯著減少圍堰內支撐數量等優勢，適合復雜水文、地質條件下的深基坑支護，只要止水防滲措施得當，應用前景廣闊。

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規程[S].

[2] 趙志縉，應惠清.簡明深基坑工程設計施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.

[3] 彭振斌.深基坑開挖與支護工程設計計算與施工[M].北京：中國地質大學出版社，1997.

[4] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[5] YB 9258—97，建筑基坑工程技術規范[S].

[6] DBJ—61—97，基坑工程設計規程[S].