臨近既有線(xiàn)深基坑錨樁支護(hù)技術(shù)

郭 鵬

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

1 概況

麻拉寨大橋全長(zhǎng)176.8m，孔跨布置為5-32m簡(jiǎn)支箱梁。設(shè)計(jì)2號(hào)～3號(hào)墩采用一孔32m簡(jiǎn)支箱梁上跨G210，與G210夾角為91°。其中3號(hào)墩緊鄰國(guó)道，設(shè)計(jì)為樁基承臺(tái)，圓端形實(shí)體墩，承臺(tái)尺寸為11.7m×9.6m×3m;墩身高度為35m，該段國(guó)道為填方路段。經(jīng)測(cè)量，承臺(tái)左側(cè)侵占國(guó)道路面0.68m，右側(cè)侵占國(guó)道路面0.28m，基坑開(kāi)挖深度為5.46m。路面以下3.5m為人工填土，3.5m以下為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，設(shè)計(jì)采用鋼軌樁進(jìn)行支護(hù)。G210與3號(hào)墩具體位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 麻拉寨大橋與G210位置關(guān)系

大橋上跨段210國(guó)道為雙向兩車(chē)道，瀝青混凝土路面，路面寬度7.5m，日均車(chē)流量約820輛。為了確保承臺(tái)施工安全和G210的正常通行，最大限度地減少對(duì)國(guó)道的破壞，承臺(tái)開(kāi)挖之前需對(duì)國(guó)道進(jìn)行防護(hù)，經(jīng)過(guò)方案比選，決定采用單錨柱列式小直徑鋼管排樁進(jìn)行防護(hù)。

2 方案概述及比選

方案一:按最小坡度放坡開(kāi)挖。改移國(guó)道，按照1：0.75放坡開(kāi)挖基坑，施工承臺(tái)。該方案雖支護(hù)措施減少，工藝簡(jiǎn)單，但須大面積改移國(guó)道，協(xié)調(diào)困難，成本較高，對(duì)行車(chē)干擾較大。

方案二:懸臂鋼軌排樁支護(hù)。沿基坑邊插打鋼軌樁，完成后進(jìn)行基坑開(kāi)挖和承臺(tái)施工。該方案為原設(shè)計(jì)方案，由于地質(zhì)原因，鋼軌樁施工困難，工藝復(fù)雜，且材料采購(gòu)困難，施工占用空間大，周期長(zhǎng)，成本相對(duì)較高。

方案三:單錨柱列式小直徑鋼管排樁支護(hù)。沿基坑邊打設(shè)φ108鋼花管，完成后開(kāi)挖上層基坑打設(shè)錨桿，之后開(kāi)挖至承臺(tái)底，掛網(wǎng)噴混，施工承臺(tái)。φ108鋼管可利用項(xiàng)目自有的多功能鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔埋設(shè)，鋼花管注漿后剛度大、不易移位，工藝簡(jiǎn)單，施工快速，φ108鋼管為常用材料，對(duì)公路破壞少，施工干擾小，成本相對(duì)較低。

綜合考慮綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備和材料以及經(jīng)濟(jì)效益、施工工期等因素后，決定采用單錨柱列式小直徑鋼管排樁支護(hù)方案。

3 支護(hù)方案設(shè)計(jì)及受力檢算

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

如圖2所示，鋼管排樁采用φ108熱軋無(wú)縫鋼管(壁厚6 mm)，中心間距1m，長(zhǎng)度8.5m，打入基坑底面以下2.5m，頂面高出公路路面54 cm，刷反光漆，作為警示標(biāo)志;錨桿采用普通砂漿錨桿，總長(zhǎng)度8m，水平間距2m，與水平面傾角25°，桿體采用直徑28 mm-HRB335鋼筋，錨固體采用直徑10 cmM35水泥砂漿;在距公路路面以下2m處水平方向采用一根20b槽鋼與所有鋼管焊接成整體，并與錨桿外露部分連接，鋼管之間掛設(shè)15 cm×15 cmφ6鋼筋網(wǎng)片，噴8 cm厚C20混凝土封閉坑壁。

考慮變形和施工誤差，鋼管排樁邊緣距承臺(tái)邊緣預(yù)留10 cm(為最大限度減少施工對(duì)國(guó)道的破壞，承臺(tái)施工時(shí)靠國(guó)道側(cè)不立模板)。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)示意

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力檢算

(1)車(chē)輛荷載

該段210國(guó)道為雙向兩車(chē)道，車(chē)輛荷載按照汽車(chē)-20級(jí)進(jìn)行計(jì)算，參考《支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表4-6，可得，車(chē)輛荷載引起的等代均布荷載為17 kN/m2。

(2)土壓力計(jì)算

為簡(jiǎn)化計(jì)算，取1m寬范圍，利用郎肯土壓力理論計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力(如圖3所示)。

①主動(dòng)土壓力計(jì)算

由設(shè)計(jì)地質(zhì)資料知:γ土=18 kN/m3，c土=0 kN/m2，φ =35°;

主動(dòng)土壓力系數(shù):Ka=tan2(45°

圖3 土壓力計(jì)算(單位:m)

A點(diǎn):EA=17×Ka土=17×0.271=4.6 kN;

B點(diǎn):EB=(17+2×18)×Ka土=53×0.271=14.4 kN;

C點(diǎn):EC=(17+3.5×18)×Ka土=80×0.271=21.7 kN;

D點(diǎn):ED=(17+3.5×18+1.96×19)×Ka石=117.2×0.217=25.4 kN;

設(shè)在K點(diǎn)處，主動(dòng)土壓力強(qiáng)度值等于被動(dòng)土壓力，K點(diǎn)距基坑底面距離為L(zhǎng)1，鋼管樁最小入土深度為L(zhǎng)min;

K點(diǎn):EK=［17+3.5×18+(1.96+L1)×19］×Ka石=25.4+4.1L1kN;

F點(diǎn):EF=［17+3.5×18+(1.96+Lmin)×19］×Ka石=25.4+4.1LminkN。

②被動(dòng)土壓力計(jì)算

被動(dòng)土壓力系數(shù):Kp

D點(diǎn):Ed=0 kN;

K點(diǎn):EK=19×L1×Kp=87.4L1kN;

F點(diǎn):EF=19×Lmin×Kp=87.4LminkN。

(3)鋼管樁最小入土深度Lmin計(jì)算

樁的彎矩反彎點(diǎn)與土壓力強(qiáng)度等于零的位置較接近，故計(jì)算時(shí)，取K點(diǎn)為反彎點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。該處主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力強(qiáng)度值相等，可求出L1(如圖4所示)。

即:25.4+4.1L1=87.4L1，L1=0.31m;

AK段視為簡(jiǎn)支梁，對(duì)B點(diǎn)取矩，求出K點(diǎn)的水平力Vk。

即Vk×(0.31+1.96+3.5-2)=ME1+ME2+ME3

ME1=4.6×3.5×(3.5/2-2)+×3.5×(21.7

圖4 最小入土深度計(jì)算(單位:m)

KF段視為一次超靜定梁，對(duì)F點(diǎn)取矩，則

代入數(shù)據(jù)，得L2=1.54m;

Lmin=L1+L2=0.31+1.54=1.85m，考慮安全，取2.5m。

(4)鋼管樁最大彎矩計(jì)算

設(shè)基底以下x處剪力為零，此處鋼管樁所受彎矩最大，即

(5)鋼管樁截面驗(yàn)算

選用外徑108 mm，壁厚6 mm的Q235鋼管，間距1m，內(nèi)灌M10水泥砂漿，按照規(guī)程ACI-1999，鋼管混凝土的抗彎承載力Mu=Zfy。其中Z為鋼管截面的塑性抗彎模量fy為鋼材的屈服強(qiáng)度，取235 MPa。

代入得Mu=14.6 kN·m＞Mmax=6.5 kN·m，安全儲(chǔ)備系數(shù)大于2，安全。

(6)錨桿設(shè)計(jì)及受力檢算

由上述計(jì)算知，每根錨桿所受的水平拉力為HTK=2F=2×63.3=126.6 kN。

錨桿與水平方向夾角按25°，安全系數(shù)按1.3考慮，則錨桿的設(shè)計(jì)最小抗拔力為

錨桿總長(zhǎng)度8m，錨固體長(zhǎng)度4m，自由段長(zhǎng)度4m(在人工填土部分認(rèn)為全部為自由段)。

錨桿桿體鋼筋檢算:

錨桿長(zhǎng)度檢算:

由文獻(xiàn)［5］知，錨固體與風(fēng)化巖的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為300～500 kPa，取300 kPa。

則錨固體的極限錨固力為Pa=qsπDL=300×3.14×0.1×4=364.8 kN＞Na=181.6 kN，滿(mǎn)足要求，安全儲(chǔ)備系數(shù)大于2，安全。

錨固砂漿握裹力檢算:

由文獻(xiàn)［5］知，螺紋鋼與M35砂漿之間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 500 kPa，則螺紋鋼與砂漿錨固體之間的極限握裹力為 qsπdL=1 500×3.14×0.028×4=527.5 kN＞Na=181.6 kN，安全儲(chǔ)備系數(shù)大于2，安全。

4 方案實(shí)施

4.1 施工流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→打設(shè)鋼管樁→注漿→開(kāi)挖上層基坑→打設(shè)錨桿→安裝圍帶槽鋼→開(kāi)挖基坑至設(shè)計(jì)高程→承臺(tái)施工→基坑回填→恢復(fù)路面。

4.2 施工注意事項(xiàng)

(1)基坑開(kāi)挖前在基坑邊緣布置位移觀(guān)測(cè)點(diǎn)，施工過(guò)程中定期觀(guān)測(cè)，位移若有超限，立即采取必要措施。

(2)基坑底部范圍內(nèi)鋼管樁設(shè)孔徑10～16 mm注漿孔，孔間距15～20 cm，呈梅花形布置，管頭焊成圓錐形，便于入孔。

(3)基坑開(kāi)挖過(guò)程中要及時(shí)掛網(wǎng)噴混，封閉坑壁，避免鋼管之間坑壁出現(xiàn)坍塌。

(4)錨桿施工時(shí)應(yīng)注意清孔質(zhì)量、安裝足夠的桿體支架，確保桿體位于孔中心，注漿管安裝至離孔底5～10 cm，注漿壓力不小于0.2 MPa。

(5)錨頭與圍帶槽鋼連接必須牢固，確保錨桿處于受力狀態(tài)。

4.3 方案實(shí)施效果

本方案經(jīng)過(guò)多次論證，順利實(shí)施。監(jiān)控結(jié)果表明，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，在有效保證了施工安全的同時(shí)，也將施工對(duì)既有道路的破壞恢復(fù)、行車(chē)影響降至最低，效果良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

選用樁錨結(jié)構(gòu)進(jìn)行基坑支護(hù)，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)基礎(chǔ)施工干擾小;先支護(hù)，后開(kāi)挖，有利于保證基坑周邊設(shè)施的安全。目前，該技術(shù)在建筑工程中應(yīng)用較多，同樣，該技術(shù)也值得在橋梁工程中推廣應(yīng)用。值得注意的是制定方案時(shí)應(yīng)保證有可靠的安全系數(shù)，方案實(shí)施過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)控制樁的打入深度，錨桿的灌漿質(zhì)量等重要環(huán)節(jié)，周邊工程經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)需進(jìn)行錨桿的抗拔試驗(yàn)，確保結(jié)構(gòu)可靠。

［1］JGJ120—99 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］

［2］尉希成，周美玲.支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004

［3］韓海林，楊有福.現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004

［4］顧曉魯.地基及基礎(chǔ)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003

［5］程良奎，等.巖土加固實(shí)用技術(shù)［M］.北京:地震出版社，1994