某多边界条件下的高悬臂桩设计方案探讨

谭 军，钟 华

（深圳市综合交通设计研究院，广东深圳518003）

0 引言

城市道路周边多为高层建筑，且道路下面管线密布，错综复杂。为尽量压缩用地，或对重要建筑、管线避免拆迁，道路施工开挖多采用悬臂桩支护。关于桩板墙的设计理论、施工经验，很多的文献已有很详细的论述。市政管线中，燃气管属于允许变形扰动最小的一种管道，文献[1]引入土拱效应，结合有限元模型计算，分析了悬臂桩保护燃气管时最小水平安全距离；文献[2]通过分析现场实测数据，并结合数值计算，归纳出了冠梁和支护桩的空间变形模式，推导了基坑中部桩顶最大位移的解析解。在生产建设过程中，实际工程问题并非单一边界限制条件，悬臂桩的设计也并非只通过桩顶水平位移控制。本文对同时存在高层建筑和地铁限制条件下的某悬臂桩设计方案进行剖析，希望可以对类似工程提供参考。

1 工程概况

该工程为南方沿海某城市一条城市主干路的实际案例。原地面高为±0.00，新建道路需开挖9.0 m深，离道路边缘线7m位置，为村民自建的高层建筑，基础形式是扩大基础，地面下有4 m深的地下室；地面以下23 m位置为地铁拱圈顶部。该工点纵向长30 m。其横断面示意见图1。

2 方案设计

本工程支护方案的设计应基于以下两个原则

（1）尽量避免对高层建筑产生扰动

图1 断面示意图（单位：m）

新建道路的标高较低，如直接开挖施工钢筋混凝土扶壁挡墙，考虑挡墙埋深，临空面达10 m，施工开挖将使现状地下水位降低约5 m，高层建筑扩大基础的孔隙水压力随之降低。由于现状高层建筑为20世纪90年代村民自建，其抗变形能力很难通过竣工资料反算，孔隙水压力带来的扩大基础不均沉降，很可能导致建筑的开裂。而且即使施工时采用严格的止水工艺，由于临空面较高，最高达10 m，高层建筑基础承受较大的水平推力，临时支护存在很大的风险，基于尽量避免对高层建筑产生扰动的原则，采用钢筋混凝土桩支护。断面类型采用圆桩。

该钢筋混凝土桩悬臂较大（9.0 m），施工过程最大达10 m，由于其有4 m深地下室，以及其扩大桩基础，桩基顶部不能施加锚杆（索），只能选用悬臂桩。虽然在理论上悬臂桩的悬臂不可能达9 m之高，但由于桩顶建筑有4 m深地下室，其有效悬臂长度可以适当折减。本项目采用理正软件进行计算，并结合桥梁博士进行验算，计算模型见图2。计算时仍将悬臂长度设置为9.0 m（计算结果偏保守），计算结果为采用1.8 m直径桩径，桩间距为2.5 m，入土深度15 m。顶端最大位移为2.4 cm，小于《深圳地区建筑深基坑支护技术规定》的最小水平位移要求。

桩基施工完成后，虽已具备开挖条件，但如直接开挖还将带来地下水位的下降，引起高层建筑不均匀沉降。解决的方案是在桩与桩之间设置止水板，逆做法施工，止水板通过植筋与桩相接。

图2 计算模型简图

（2）应避免对地铁产生附加应力

桩基对地铁产生的附加应力包括水平方向和竖向方向。

桩基对地铁竖直方向影响，主要是桩的自重通过桩底扩散和桩侧土摩擦传递给地铁拱圈的周围土体。桩底反力和桩侧土摩擦力的分担机理，相关规范[3]尚无明确规定，为彻底避免桩基在竖向对地铁产生影响，本方案将桩底延伸至地铁拱圈下1 m位置。

桩基对地铁水平向影响，主要考察桩侧土体所受压力。根据计算结果，将不同深度的土体反力的大小、方向制成图3。从图3可以看出，在地铁拱圈深度范围，以及拱顶约8 m竖向范围内，）桩基与拱圈之间的土体的不受压力作用或压力很小（最大为4.1 kPa）。即桩基在水平方向几乎不对拱圈产生影响。

3 结论

在实际生产建设过程中，很多工程虽然并非一个边界限制条件，如本文中的悬臂桩的设计不仅需考虑避免对高层建筑产生扰动，还应避免对地铁产生附加应力。本文主要提供一种思路和论证过程，在某些作用机理、计算理论尚无明确标准、规范的情况下，借助行业内比较成熟的计算软件，具体问题具体分析，设计方案适当地将安全系数放大，可在保障工程质量的前提下，将工程项目顺利推进，实现良好的经济效益和社会效益。

[1]董捷,黄小美,张永兴.燃气管道与悬臂桩基坑安全间距研究[J].煤气与热力,2009(6).

[2]许锡昌,陈善雄,徐海滨.悬臂排桩支护结构空间变形分析[J].岩土力学,2006(2).

[3]JTG D63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S].北京:人民交通出版社,2007.