軟土地質承臺深基坑預留核心土開挖施工關鍵技術

唐永順，李波

（中交第二航務工程局有限公司，武漢430014）

1 引言

承臺基礎已經在國內外公路、市政、鐵路橋梁等領域廣泛應用，對于開挖深度范圍為軟土地質條件下的埋入式橋梁深基坑承臺施工，通常采用鋼板樁支護開挖方案，承臺底被動區土體加固通常采取水泥攪拌樁等加固處理，或采用一道或數道臨時鋼圍檁、鋼支撐支護開挖。深基坑支護開挖作為埋入式深基坑承臺施工的關鍵部分，被許多學者研究，然而大量的參考文獻主要針對支護鋼結構設計優化，以利于施工。也有一些參考文獻對被動區土體加固進行研究，但也僅僅是針對被動區土體采用何種地基處理展開探討，但對于軟土地質條件下的埋入式橋梁承臺深基坑開挖施工能否有更優的解決辦法研究甚少。

2 被動區土體加固方案比選

從結構組成、施工難度、便捷性、工期、經濟性、適用性等方面綜合對比分析水泥攪拌樁加固、臨時鋼圍檁支撐、預留核心土混凝土拱形支撐3 大類型方法的優缺點。

從表1 中的分析可見，對于被動區土體加固有水泥攪拌樁加固、臨時鋼圍檁支撐、預留核心土混凝土拱形支撐等3 類方法，水泥攪拌樁加固、臨時鋼圍檁支撐消耗工期長、成本高，而預留核心土混凝土拱形支撐特別適用于軟土地質條件的埋入式橋梁深基坑承臺施工，施工便捷，工期短、成本低等。

表1 被動區土體加固方案比選

3 工程實例

智慧城檀軍公路道路及橋梁工程跨越通順河，西起中山湖路，東至通順大道，全長3 598.9m，其中橋梁段長1 779m，全線設置雙向六車道，新建橋梁寬33.5m，道路紅線寬50m。

全線橋梁墩柱承臺共118 個，均采用矩形形式。其中25#～30#承臺位于規劃通順河河道，承臺開挖深度最深為7.9～8.4m（30#承臺開挖深度為8.4m），左右分幅，共12 個承臺，單個承臺尺寸9.4m×9.4m 或7.5m×7.5m，承臺厚3.0m。25#～30#承臺基坑采用預留核心土鋼板樁支護開挖施工。

3.1 地質條件

根據詳勘資料分析，鋼板樁圍堰涉及土層及特性取值如下：

1）素填土：厚度4m；重度γ=19.8kN/m3；黏聚力c=15；內摩擦角φ=10°；水平抗力系數m=4 000kN/m4；

2）淤泥質粉質黏土②-1：厚度11.3m；γ=17.6kN/m3；c=14；φ=6°；m=2 736kN/m4；

3）粉質黏土②-2：厚度1.5m；γ=19.7kN/m3；c=24；φ=13.8°；m=4 828.8kN/m4；

4）粉質黏土②-3：厚度3.0m；γ=20.50kN/m3；c=24；φ=13.8°；m=4 828.8kN/m4。

3.2 關鍵工藝

預留核心土承臺深基坑支護開挖技術包括預留核心土開挖、混凝土拱形支撐兩大核心部分。

開挖深度范圍為軟土地質條件埋入式深基坑承臺開挖施工工藝流程：施工準備→測量定位→導向架安裝→插打鋼板樁至設計標高→基坑開挖，開挖至第一層圍檁以下0.5m安裝圍檁支撐→開挖至第二層圍檁以下0.5m 安裝圍檁支撐→預留核心土開挖至設計承臺底高程以下0.5m 施工拱形內撐混凝土→等混凝土達到強度后開挖核心土并澆筑核心土區域墊層混凝土→承臺施工[1]。

3.3 受力分析

選取受力最不利工況30#承臺基坑，運用MIDAS 建立整體模型計算。

邊界條件：外荷載沿單元法向加載；圍檁與鋼板樁之間采用只受壓彈簧模擬；鋼管支撐與圍檁之間采用剛性連接，模擬焊接效果；巖土對鋼板樁的被動作用以彈性地基梁理論等效為一般彈簧單元[2]。

3.3.1 預留核心土開挖至基底圍堰受力計算

安裝完第二道支撐，預留核心土，基坑四周開挖至基底時，整體模型應力云圖如圖1 所示。圍堰整體模型變形云圖如圖2 所示。

圖1 圍堰綜合應力云圖（單位：MPa）

Q390bz 材料：鋼板樁強度：σmax=112MPa＜f=335MPa；板樁剛度：σmax=5.89mm＜L=3 000/400=7.5mm。

Q235b 材料：支撐圍檁強度：σmax=195MPa＜f=205MPa；支撐圍檁剛度：σmax=4.66mm＜L=5300/400=13.25mm。

因此，整體計算各構件剛度、強度均能滿足規范要求。

3.3.2 混凝土拱形支撐受力計算

拱形支撐混凝土澆筑后達到一定強度、核心土全部挖除后，采用混凝土圈梁作為臨時圍檁，計算圈梁強度：

第一主應力為P1=1.31MPa＜1.43MPa，圈梁抗拉強度滿足規范要求；

第三主應力為P3=5.22MPa＜14.3MPa，圈梁抗壓強度滿足規范要求。

3.4 現場實施效果

軟土地質預留核心土承臺深基坑支護開挖方法相比傳統工法化繁為簡，混凝土拱形內撐結構簡單，各部分均取材自常見材料，施工成本低、強度高，適用于開挖深度范圍為軟土地質條件下的埋入式深基坑承臺施工，大幅度提高工效的同時節約了大量的型材、混凝土等措施項目費用，取得了預期的經濟效益。

4 結語

軟土地質預留核心土承臺深基坑支護開挖方法，巧妙地利用了被動區土體自身質量產生的土體壓力彌補了土體強度不足的問題，再巧妙利用混凝土拱形內撐解決基坑開挖到底后最下面一層內部支撐受力問題，軟土地質預留核心土承臺深基坑支護開挖方法相比傳統工法，化繁為簡，大幅度提高了施工功效，節約了措施用材，對類似軟土地質深基坑支護開挖施工有較大的借鑒作用。