鎖口鋼管樁圍堰在復(fù)雜地質(zhì)條件下橋梁深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

郭文杰，方召欣

（1.中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100088；2.煙臺大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 煙臺 264005）

1 工程概況

曹妃甸工業(yè)區(qū)1號路跨納潮河大橋工程位于曹妃甸規(guī)劃網(wǎng)路“三縱七橫”路網(wǎng)骨架的1號路上，是由規(guī)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(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。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(dá)11.3m。

（1）地層巖性

根據(jù)詳細(xì)地質(zhì)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(xì)砂組成，總厚度大于130m。

（2）水文地質(zhì)特征

場地內(nèi)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(xì)砂層。20m以上的含水層補(bǔ)給來源為海水補(bǔ)給，途徑短，水量豐富。

（3）施工場地布置

擬建大橋中心線右側(cè)是為曹妃甸島內(nèi)提供生產(chǎn)、生活用電的100kV高壓線路鐵塔及工業(yè)區(qū)1號路施工便線，左側(cè)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(yè)場地狹窄。

2 深基坑圍護(hù)方案優(yōu)化

2.1 本工程深基坑支護(hù)難點與關(guān)鍵

（1）基坑開挖深度達(dá)11.3m，且需穿過塊石約占10%左右的碎石層，對支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求高。

（2）橋址位置陸地主要系圍海吹砂造地形成，地質(zhì)條件差，且待挖基坑緊挨鐵路路基，要求支護(hù)結(jié)構(gòu)具有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，控制側(cè)向變形不超出20mm，確?，F(xiàn)場施工和鐵路運營安全。

（3）場地內(nèi)地下水埋深淺，含水層透水性好，補(bǔ)給路徑短，水量充足，承臺開挖后基坑內(nèi)平均水深在5～6m，最大水深達(dá)8.3m，要求支護(hù)結(jié)構(gòu)有效應(yīng)對地下水滲流。

（4）大橋建成后，根據(jù)工業(yè)區(qū)整體規(guī)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(hù)結(jié)構(gòu)體系的可靠性，而且要求基坑回填后臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)等易于清除，便于后續(xù)航道開挖，并減少環(huán)境負(fù)荷。

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

2.2 基坑支護(hù)方案決策

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的功能是擋土、截水并保證坑底穩(wěn)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(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)條件，結(jié)合《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012）[1]以及工業(yè)區(qū)內(nèi)其他工程基坑支護(hù)實踐，確定三種備選支護(hù)方案，見表1。經(jīng)綜合比較，選定鎖口鋼管樁圍堰加型鋼內(nèi)支撐方案。

表1 深基坑支護(hù)方案比較[2-3]

3 支護(hù)方案的結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)工程特點及現(xiàn)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(kuò)1.3m作為鎖口鋼管樁的插打軸線，鋼管樁間距1.05m，樁間設(shè)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(hù)結(jié)構(gòu)平面圖（單位：cm）

（2）按開挖深度自上而下，鋼管樁內(nèi)側(cè)設(shè)兩道支撐體系，內(nèi)側(cè)圍檁采用2×H500×300型鋼。內(nèi)支撐采用Φ800×14的Q235A鋼管，其兩端增設(shè)2[40a槽鋼斜撐，轉(zhuǎn)角處適當(dāng)加強(qiáng)。

（3）因內(nèi)支撐水平向跨度大，為防止內(nèi)支撐下?lián)鲜Х€(wěn)，設(shè)置豎向支撐以確保其平面外剛度。

（4）鋼管樁安裝就位后，內(nèi)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(jù)現(xiàn)場試驗確定為12m。

（6）基坑開挖過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)可能在外力作用下變形而導(dǎo)致滲、漏水，影響到開挖，為此，預(yù)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(jìn)行止水。

4 支護(hù)方案受力驗算及實施效果

4.1 受力驗算

深基坑開挖、支護(hù)遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則。依據(jù)地基巖土層參數(shù)，利用理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況的驗算。結(jié)果表明，本支護(hù)結(jié)構(gòu)支反力、位移、剪應(yīng)力均滿足設(shè)計要求；抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.538≥1.2，滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）[4]要求。按Prandlt公式計算的抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.091≥1.1～1.2，按Terzaghi公式計算的抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.349≥1.15～1.25，均符合原冶金部《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（YB 9258—97）[5]要求?？构苡糠€(wěn)定安全系數(shù)Ks=4.221≥1.5～2.0，滿足《基坑工程設(shè)計規(guī)程》（DBJ—61—97）[6]要求。

4.2 實施效果

深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)動工后，由石家莊鐵道大學(xué)按批復(fù)的監(jiān)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(cè)向位移、鋼管樁樁體內(nèi)力、圍檁內(nèi)力、格構(gòu)柱內(nèi)力等開展監(jiān)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(yīng)的監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)，支護(hù)效果穩(wěn)定、可靠。

5 結(jié)語

（1）本深基坑工程開挖采用鎖口鋼管樁加型鋼內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)，精心組織，科學(xué)施工，成功解決了軟土地基含塊石、山皮石夾層，側(cè)向變形控制要求高的深基坑開挖、支護(hù)、止水的復(fù)雜系統(tǒng)問題，對該類地區(qū)及類似工程深基坑支護(hù)具有明顯借鑒意義。

（2）深基坑開挖中實時、動態(tài)監(jiān)測施工控制數(shù)據(jù)，以此作為圍護(hù)、支撐結(jié)構(gòu)可靠性的保證措施，充分利用了信息化施工的優(yōu)勢。

（3）采用鎖口鋼管樁圍堰加型鋼內(nèi)支撐方案對軟土地基橋梁深基坑進(jìn)行支護(hù)，具有強(qiáng)度高、截面剛度大、止水性好、可顯著減少圍堰內(nèi)支撐數(shù)量等優(yōu)勢，適合復(fù)雜水文、地質(zhì)條件下的深基坑支護(hù)，只要止水防滲措施得當(dāng)，應(yīng)用前景廣闊。

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 趙志縉，應(yīng)惠清.簡明深基坑工程設(shè)計施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[3] 彭振斌.深基坑開挖與支護(hù)工程設(shè)計計算與施工[M].北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1997.

[4] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[5] YB 9258—97，建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].

[6] DBJ—61—97，基坑工程設(shè)計規(guī)程[S].