裝配式型鋼桁架支撐用于大跨度客運樞紐基坑

涂智溢

（浙江數智交院科技股份有限公司，杭州310030）

1 工程概況

1.1 項目概述

本工程（樞紐地塊）總占地面積為5.3×104m2。樞紐地塊項目共擬建5幢建筑物，分別為4層客運中心、5層辦公樓、26層酒店式公寓、4層旅游集散中心、24層星級酒店。場地整體設2層地下室，地下室面積43 104.67 m2。基坑邊線地面高程47.31～50.59 m，開挖深度9～11.6 m。

基坑邊北側距東方明珠苑小區42 m；東側距東升北區住宅小區41 m。周邊道路主要埋設有通信管線（聯通、電信、電視）、污水管、雨水管、自來水管以及電力管線等，無其他重要管線。東側距基坑邊5 m，南側管線距基坑邊12 m，北側管線距基坑邊17 m。西側為開發地塊，地塊地下室目前正在放坡施工，2個基坑頂部間凈距大于8 m。

1.2 工程水文地質

場地屬于甌江水系麗水盆地沖積地貌，場地原位于歐江水系好溪支流河漫灘階地地貌，地形略有起伏，總體上西南高北東低，在勘探深度范圍內，如圖1所示。地層可劃分為①-0層素填土、⑤層砂質粉土、⑥層卵石、⑩-2層強風化粉砂巖、⑩-3層中風化粉砂巖等組成。場地地下水主要為松散巖類孔隙潛水和紅層孔隙裂隙水。孔隙潛水分布于①-0層素填土至⑥層卵石中，其中⑤層砂質粉土滲透性及富水性較好，為場地相對含水層，⑥層卵石滲透性及富水性好，為場區主要含水層；紅層孔隙裂隙水主要分布于⑩層強-中風化粉砂巖中。勘察期間水位埋深1.3～6.0 m，水位高程43.02～48.56 m。地下水位年變幅為1～2 m，局部水位埋深較大的部位隨季節變化較大。工程區西側約120 m處有一條水流自北向南流的甌江（南明湖），正常水位48 m。甌江與場地具有水力聯系。

圖1 工程場地地層剖面圖

場地存在⑤層砂質粉土，流動性強，屬分散性土，易發生管涌、流砂等不良地質現象，抽排水易引起⑤層砂質粉土的塌陷和發生流砂，從而導致周邊道路及相鄰工程建筑物有可能發生地面裂縫和地面沉降，對場地周圍影響很大。同時場地距甌江較近，地下水活動強烈，地下水位較淺，對地下室開挖和排水會產生較大影響，不利于工程施工。

2 圍護支護方案

2.1 圍護方案比選

圍護支護的選型不僅與水文地質條件和環境條件有關，還與施工工期、工程造價和承包商的設備條件等有關。本項目結合工程水文地質、環境及項目工程特點，選擇了地下連續墻、鉆孔咬合樁、鉆孔灌注樁及型鋼水泥土攪拌（樁）墻（Soil Mixing Wall，SMW）工法樁等圍護支護型式進行技術和經濟比較，基坑范圍內存在⑤層砂質粉土、⑥層卵石地層，SMW工法樁適應性較差，基坑臨近甌江，因地下水與甌江具有水力聯系，對基坑隔墻防水要求較高。綜合考慮基坑圍護的經濟性及周邊管線和環境的安全性，對基坑圍護采用鉆孔咬合樁方案。

2.2 支撐體系比選

明挖順作或蓋挖順作的基坑，一般需設置支撐體系，其支撐體系的選擇不僅與圍護型式有關，還與基坑周邊條件等[1]有關，針對本工程自身特點及周邊環境，選擇了鋼筋混凝土支撐、裝配式型鋼桁架支撐進行比較（見表1）。

表1 2種支撐體系布置比較

本基坑周邊建筑物較密集，地下管線復雜。綜合考慮基坑安全性，為了有效減少基坑造價，縮短施工工期，鑒于本基坑深度較淺，支撐體系采用裝配或型鋼桁架支撐。

2.3 支護方案

本基坑支護結構的安全等級確定為一級，變形控制保護等級為二級，基坑圍護結構選型根據地質條件、基坑深度及周邊環境等因素采用鉆孔咬合樁型式。基坑內支撐采用一道裝配式型鋼桁架支撐，支撐撐在圍檁上。圍護結構鉆孔咬合樁參數φ1 000 mm×750 mm，葷樁樁長A類15 m、C類（基坑東側外突轉角處）16.5 m，素樁樁長13.5 m或進入中風化≥1 m。坑內電梯井局部下沉約2 m，采用1∶1放坡開挖，坡面噴射C20素混凝土厚5 cm。

經計算，地面最大沉降量為39 mm≤0.4%H=42.4 mm。H為基坑深度，取最大值10.6 m；圍護結構最大水平位移25.85 mm≤0.3%H=31.8 mm且≤30 mm；支撐位移最大值27.8 mm，彎矩最大值2 494 kN·m，整體穩定安全系數Ks=3.357＞1.35，坑底抗隆起Ks=3.692≥2.200。各項指標均符合要求。

根據DB33/T 1142—2017《基坑工程裝配式型鋼組合支撐應用技術規程》相關條文[2]，其型鋼參數表僅適用支撐長度≤150 m的基坑。本基坑支撐長度166 m，規程中的相關構件不能滿足設計需要。因此，設計采用8肢Q345b，H350 mm×350 mm×12 mm×19 mm型鋼，加強型筋板間距500 mm。經驗算，根據剖面計算，每延米軸力443 kN，軸力設計值11 197 kN；對主軸y最大彎矩My=5 443 kN·m；對主軸x最大彎矩Mx=555 kN·m，則構件強度為218.9 MPa＜295 MPa，彎矩作用平面內(繞y軸)穩定性為251.5 MPa＜295 MPa，彎矩作用平面外(繞x軸)穩定為273.7 MPa＜295 MPa。支撐強度和穩定性均滿足安全要求。裝配式型鋼桁架支撐方案布置如圖2所示，三維計算位移如圖3所示。

圖2 裝配式型鋼桁架支撐方案布置圖

圖3 三維計算位移圖

2.4 地下水控制

基坑開挖范圍內地表水、地下水豐富，圍護結構采用鉆孔咬合樁，咬合樁素樁進入了中風化粉砂巖層1 m以下，以有效隔斷地下水的坑內外側聯系。基坑內側按縱橫向17.2 m×15 m梅花形設置1口疏干井，共布置78口降水井，單口井控制面積約550 m2，在基坑開挖前將坑內地下水降至坑底1 m。坑外每40 m設置1口備用降水井兼水位觀測孔。

3 施工效果分析

施工期間嚴格遵循“先撐后挖原則”，并滿足以下施工工序：（1）施工工程樁、立柱、坑內降水井分層分塊挖土至支撐底50 cm；（2）施工型鋼圍檁及預應力型鋼組合支撐；（3）型鋼組合支撐施加預應力后，分層分塊挖土至底板墊層底；（4）人工修土邊，設底板墊層，并設好坑底集水井；（5）挖地槽至承臺及地梁底標高，并立即設好墊層及磚胎模；（6）設好2次圍護措施，挖坑中坑土體至設計標高，并立即設好墊層；（7）地下室基礎和底板傳力帶施工；（8）向上施工完成-2層頂板、傳力帶；（9）拆除預應力型鋼組合支撐；（10）向上施工作業，逐步澆筑側墻、頂部；（11）回填土方至設計標高。基坑施工約210 d。

預應力型鋼組合式支撐安裝要嚴格控制允許偏差：兩端中心線的偏心誤差＜20 mm，兩端安裝完成后的標高差取20 mm和單個支撐長度6%中的較小值，整體撓曲度＜0.1%跨度，軸線偏差≤30 mm。在鋼支撐安裝后，土方開挖前必須施加預應力，預應力應分級施加，依次為總量的30%、50%和20%[3]。

施工期間對基坑、支護結構及周邊環境進行嚴密監測，實現信息化施工，并根據施工現場監控量測信息反饋修正設計。本項目監控量測主要包含圍護結構樁頂的水平位移、豎向位移；圍護樁的水平位移；立柱結構的豎向位移和水平位移；支撐軸力和地表沉降。監測頻率為1次/3 d。

經現場監測，圍護結構的最大水平位移量為29.5 mm，最大變形量位于支撐下方，變形量較計算值25.85 mm；支撐最大軸力值為889 kN，地表最大沉降量為33.2 mm，支撐軸力及地表沉降均小于計算值，實測變化趨勢與計算分析基本一致；圍護結構變形、地表沉降均滿足規范要求。經分析，支撐軸力值受預加力影響，當預加力相對計算值較大時，支撐軸力監測值較大，圍護結構水平位移較小；當預加力相對計算值較小時，支撐軸力監測值較小，圍護結構水平位移較大；且圍護結構變形受支撐連接接頭施工質量影響，當接頭加工較精密、安裝較為精細時，圍護變形較小。

4 結語

以某市客運交通樞紐項目基坑工程為背景，結合水文地質條件、周邊環境、基坑自身特點，對圍護體系和支撐體系進行比較分析，確定采用咬合樁與裝配式型鋼桁架支撐的組合圍護支護體系，通過計算分析及現場實測，結構穩定性及變形均滿足要求，基坑安全、效果良好，并得出以下結論：

1）咬合樁圍護結構適用于卵石地層，且具有較好的止水效果，施工便利。

2）裝配式型鋼桁架支撐具有安裝及拆除便捷的特點，不僅適用長條形窄形基坑，在保證構件強度、穩定性及支撐體系穩定性的前提下，也適用于支撐長度＞150 m的大跨度基坑。

3）裝配式型鋼組合支撐的支撐軸力及圍護結構變形量受構件加工精密程度、安裝精度影響，工程應用中應嚴格控制接頭數量。