周邊環境復雜基坑中鋼管樁的支護應用

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A文章編號：2096-6903(2025)06-0032-03

0 引言

城市化進程中，歷史城區基坑工程常面臨文物建筑保護、密集管網與復雜地層的多重約束。鋼管樁支護技術憑借高強輕質、可回收等特性，成為敏感環境下的優選方案[。目前，既有研究多集中于常規地質條件[2-3]，對喀斯特過渡帶地層中鋼管樁協同機制研究不足[46]。本文結合工程實踐，探討雙排鋼管樁在變形控制、綠色施工中的綜合價值。

1概述

1.1工程概況

貴州省某商業中心建設項目位于項目位于大方縣紅旗街道，基坑周長 340m ，開挖深度 1.6～7.2m ，緊鄰省級文物代管糧庫（距離 4.35m )。周邊存在密集市政管網（最近距 0.96m^? ）及淺基礎建筑，施工需控制振動與變形。基坑邊坡均為臨時性邊坡，安全等級二級，設計使用年限2年。

1.2工程地質條件

根據勘察報告結合現場實際踏勘，場地內出露地層為二疊系上統龍潭組泥巖，地層連續，巖層單斜產出，產狀為 175^°∠8^° ，結合面一般。場地內巖土構成自上而下分述如下。

鉆探揭露，場地地層巖性主要由第四系素填土(Q₄^ml) 、殘積粘土 ）和二疊系上統龍潭組 (P₂^1?) 灰色中厚塊狀泥巖構成，巖質較軟，巖石節理、裂隙發育，巖芯較破碎，多呈土狀、碎塊狀、塊狀，少量短柱狀。

雜填土 ：以雜色為主，因建設花鳥市場場平產生，采用自然堆積方式，固結未經分層碾壓，屬于自重固結未完成的填土，不均勻，回填年限約為1年，主要由碎石夾粘土、塊石構成，碎塊石等硬雜質含量大于或等于 75% 。雜填土 γ=18kN/m³ ， C=12kPa ?=10^° (經驗值)。

可塑粘土 ）為褐灰、灰黃等雜色，均勻，主要為風化殘積層，呈可塑狀，部分含碎塊石。可塑粘土γ=18.5kN/m³ ， C=23.24kPa ， ?=10.17^° 。

中風化泥巖（P2l）為灰色、深灰色，巖質較軟，隱節理發育，巖芯多呈砂狀、碎塊狀、塊狀，少量短柱狀，風化一般。巖體為較破碎巖體，單軸抗壓強度frk=9.05MPa ，屬較軟巖，巖體基本質量等級為V級。中風化泥巖 γ=23.9kN/m³ ， C=120kPa ， ?=42^° 。

邊坡巖體完整程度較破碎，結構面結合程度一般，邊坡巖體類型為IV類。根據基坑邊坡勘察報告，地下水埋藏較深，勘察鉆探深度范圍內未見地下水，均為干孔。

1.3環境條件

擬建項目位于老城區，四周存在建（構）筑物和道路。東側存在已建市政道路、已建建筑（11F住宅和4F政務服務中心，均為樁基礎）和道路上存在的管道 (南北走向)。市政道路標高 1655.80～1658.50m 距地下室邊線最近 0.96m ，已建建筑地下室底板標高(11F為 1653.20m ，4F為 1655.00m) ，距地下室邊線為 18.6m 和 13.49m ，地下管道在已建市政道路以下 0.5～0.8m ，距離地下室邊線約為 3m 北側存在糧庫藥品室 (1F，淺基礎)，其標高為 1659.80m ，距離地下室約 2.3m ；西側存在大方縣代管糧庫（2F，淺基礎)，糧庫 ±0.00 標高 1657.30m ，距地下室邊線 4.35m ，靠近糧庫位置存在圍墻，寬約 0.4m ，高出地面約 1.8m ，為砌體結構。南側為規劃道路和民房(1～3F ，淺基礎)，規劃道路標高 1653.60～1656.20m 距離地下室最近 1.4m ，民房 ±0.00 標高 1654.00 ，距地下室邊線 10m

擬建支護設計基坑周邊存在建構筑物、道路和管網，距離地下室邊線較近，基坑為土質邊坡，坡頂荷載較大，潛在滑移面多，工程環境復雜。

1.4邊坡支護設計方案

本文針對靠近糧庫側的基坑問題進行討論。根據地勘資料可知，基坑為土質邊坡，高度為 1.6m ，緊鄰用地紅線，無放坡空間，建設單位與糧庫管理機構協商后，糧庫管理機構允許支護結構超紅線 1m 但需恢復圍墻。依據GB50330—2013《建筑邊坡工程技術規范》對基坑穩定性進行分析，基坑邊坡整體穩定性系數大于邊坡穩定性安全系數1.20，考慮到基坑緊鄰糧庫，為防止開挖擾動土體對糧庫產生影響，需對基坑進行支護處理。

采用懸臂排樁支護，施工便捷，樁徑需 ?1m 才能滿足變形控制，侵占糧庫紅線超 1m ，工程造價中等。采用錨索支護，位移控制好，錨索需侵入糧庫地下空間，違反文物保護規定，工程造價高。采用鋼管樁支護，支護空間較小，截面模量大，材料可回收，施工振動小，綜合成本低[5]。

最終采用雙排 Φ108mm×6mm 鋼管樁（排距0.5m ，樁距 1.0mΩ ，樁長 4m ，鋼管內設置3根直徑22的鋼筋，內灌C30混凝土，以冠梁連接，坡面掛網噴混凝土支護。設計斷面圖如圖1。

2鋼管樁施工工藝

2.1無縫鋼管制作工藝流程

無縫鋼管是鋼管樁的核心材料，其制造工藝直接影響鋼管樁的強度和質量。主要流程如下：選用優質Q235鋼材 $$ 鋼壞檢驗 $$ 鋼壞加熱 溫度控制 $$ 熱穿孔$$ 擴徑與減壁 $$ 熱軋 $$ 正火或退火 $$ 矯直 $$ 無損檢測 $$ 表面處理 $$ 尺寸檢測 $$ 力學性能測試 $$ 包裝。

無縫鋼管生產時，鋼壞必須選用符合標準的Q235型鋼材，避免使用雜質含量高或存在內部缺陷的鋼坯。清除鋼坯表面氧化皮 (噴砂或酸洗)，避免穿孔時氧化皮壓入管體形成缺陷。鋼坯需在環形加熱爐中緩慢加熱至 1200～1300^°C. 軋輥間隙與矯直精度，確保直線度偏差 ?0.1%L^[6] ，避免局部過熱或溫度不足，防止穿孔時出現“竹節狀”缺陷。采用紅外測溫儀實時監控爐內溫度分布，誤差控制在 ±20^°C 以內。

加熱爐內通入惰性氣體（如氮氣）或控制空燃比，減少鋼壞表面氧化鐵皮生成。根據鋼種調整頂頭角度，避免角度過大易導致毛管內壁裂紋。軋輥轉速與進給速度需匹配，避免因轉速過快導致毛管壁厚不均或偏心。

軋制過程中需定期校準軋輥間隙，確保鋼管外徑和壁厚公差符合標準。防止軋制過程中溫度驟降，導致產生殘余應力。淬火和回火時需控制回火溫度和保溫時間，避免回火脆性。正火時需空冷均勻，淬火時冷卻介質需循環流動，避免鋼管截面溫差過大導致變形。采用多輥矯直機分步矯直，避免一次矯直量過大導致表面壓痕或微裂紋。

2.2施工工藝流程

建設單位向施工單位提供基坑設計圖紙，待施工單位對圖紙進行詳細了解后開始施工準備。具體施工流程如下：設計交底 $$ 場地平整 $$ 材料進場 $$ 測量放線 $$ 樁機就位 $$ 鉆孔施工 $$ 鋼管樁吊裝 $$ 樁端注漿 $$ 冠梁施工$$ 質量檢測與驗收 $$ 場地清理。

施工前應補充勘探地下障礙物，調整樁長或樁位布置。壓實地面，鋪設鋼板或碎石墊層，防止樁基沉陷或傾斜。設置排水溝或集水井，避免積水影響施工。檢查樁身直線度偏差 ?0.1%. 防腐涂層完整性。測量放線時樁位偏差不得大于 50mm ，樁垂直度偏差不超過0.5% 。成孔后需要清孔，基底沉渣厚度不大 100mm 樁身混凝土灌注 0.5m 時，應使用插入式振動器振搗密實，振動沉樁配合樁端注漿，注漿壓力 0.5～1.0MPa 提升樁端承載力 30%^[3] 。樁身混凝土需進行試樣檢測。施工過程中需要隨時檢查施工的記錄，并對照規定的施工工藝對每根工程樁進行質量評定。

3分析計算及應用

本文的分析計算依據GB50330一2013《建筑邊坡工程技術規范》JGJ120—2012《建筑基坑支護技術規程》和GB50010一2010《混凝土結構設計規范》進行巖土計算分析。

3.1支護驗算

鋼管樁支護基坑后的穩定性驗算可以使用理正

高程（m）（1985國家高程基準）105°1664 3520 8300508 009W1656 1.565 深1.5m 深1.5 V000016541000粘土② 支1652165016481646 P中風化泥巖③

深基坑軟件計算，計算方法采用Bishop法，應力狀態為有效應力法[8，土條寬度取 0.5m ，滑裂面圓弧半徑 R=7.483m ，圓心坐標 X=1.425m ，圓心坐標Y=4.967m ，整體穩定安全系數 Ks=2.149 0

抗傾覆（對支護底取矩）穩定性驗算如式（1）所示。

式中， Mp 為被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩，對于內支撐支點力由內支撐抗壓力決定，對于錨桿或錨索，支點力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值。Ma為主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。計算得Kov為 16.936?1.200 ，滿足規范抗傾覆要求。

抗隆起驗算如式（2）所示。

支護底部驗算抗隆起支護底部 Ks 為 2.755?1.6 抗隆起穩定性滿足。

依據《建筑基坑支護技術規程》JGJ120— 2012^[7] 懸臂式支擋結構的嵌固深度(Id）應滿足下式嵌固穩定性要求，嵌固深度構造要求為對于懸臂式支擋結構不宜小于 0.8h 嵌固深度計算如式（3）所示。

本項目基坑設計嵌固段深度 1d=2.4m ， Ke=1.81> 1.20， ld=2.4m>0.8×1.6=1.28 ，嵌固深度滿足要求。嵌固段基坑內側土反力驗算如式（4）所示。

土反力滿足要求。

式中： Ps 為作用在擋土構件嵌固段上的基坑內側土反力合力（ ?kN? ； Ep 為作用在擋土構件嵌固段上的被動土壓力合力 (kN) 。

3.2綠色效益量化

對比傳統灌注樁方案，鋼管樁應用有以下優勢：① 碳排放降低。預制化生產減少現場濕作業， CO₂ 排放量由58t降至32t（降幅 45% 。 ② 材料回收率。支

護體系拆除后， 98% 鋼材可重復利用，節省新材采購成本 40% 。 ③ 工期壓縮。工業化施工使支護工期由45天縮短至28天[5，綜合成本下降 22% 。

3.3基坑監測

基坑按GB50497一2009《建筑基坑工程監測技術規范》中要求，對支護樁頂部和基坑外糧庫每 15m 設置變形觀測點。根據監測報告，邊坡位移及沉降滿足規范要求，竣工后邊坡無位移，糧庫無位移和沉降變形以及建筑物上未發現基坑施工引起的裂縫。

4結束語

本工程實踐表明，鋼管樁支護體系在復雜環境基坑中展現出多維優勢： ① 力學性能優越。雙排樁形成的空間桁架結構，抗側剛度較單排樁提升2.3倍，有效控制深部滑移。 ② 環境適應性強。靜壓沉樁工藝使施工振動速度 ?0.5cm/s ，滿足文物建筑保護要求[7]。 ③ 全壽命周期效益。可拆卸設計使支護結構與永久結構實現“零沖突”，降低后期改造難度。

鋼管樁技術正推動巖土工程向“精密化、綠色化、智能化”方向演進，其創新應用將為城市更新中的地下空間開發提供關鍵技術支撐[8]。

參考文獻

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