锁口钢管桩围堰在复杂地质条件下桥梁深基坑支护中的应用

郭文杰，方召欣

（1.中交公路规划设计院有限公司，北京 100088；2.烟台大学土木工程学院，山东 烟台 264005）

1 工程概况

曹妃甸工业区1号路跨纳潮河大桥工程位于曹妃甸规划网路“三纵七横”路网骨架的1号路上，是由规划纳潮河引起的改建工程，由桥梁和引线工程组成，其中桥梁长1 297m，桥面总宽38.5m，主跨采用（80＋128＋80）m三跨预应力混凝土部分斜拉桥结构，钻孔灌注桩基础。全桥共64个承台，其中主墩17#、18#承台尺寸均为26.8m×26.8m×5m，基坑挖深达11.3m。

（1）地层岩性

根据详细地质勘察报告，桥位地层以海相、海陆交互相沉积层为主，岩性主要由粘土、亚粘土、亚砂土、粉细砂组成，总厚度大于130m。

（2）水文地质特征

场地内地下水为潜水，水位埋深2.6～3.0m，含水层主要为碎石土及粉细砂层。20m以上的含水层补给来源为海水补给，途径短，水量丰富。

（3）施工场地布置

拟建大桥中心线右侧是为曹妃甸岛内提供生产、生活用电的100kV高压线路铁塔及工业区1号路施工便线，左侧紧邻迁曹铁路施工便线，部分承台外边线至迁曹铁路曹南线路基坡脚的最近距离仅2.85m，作业场地狭窄。

2 深基坑围护方案优化

2.1 本工程深基坑支护难点与关键

（1）基坑开挖深度达11.3m，且需穿过块石约占10%左右的碎石层，对支护结构的强度要求高。

（2）桥址位置陆地主要系围海吹砂造地形成，地质条件差，且待挖基坑紧挨铁路路基，要求支护结构具有足够强度、刚度和稳定性，控制侧向变形不超出20mm，确保现场施工和铁路运营安全。

（3）场地内地下水埋深浅，含水层透水性好，补给路径短，水量充足，承台开挖后基坑内平均水深在5～6m，最大水深达8.3m，要求支护结构有效应对地下水渗流。

（4）大桥建成后，根据工业区整体规划，主桥位置纳潮河河道需开挖，且有通航要求，故不仅要考虑深基坑支护结构体系的可靠性，而且要求基坑回填后临时支护结构等易于清除，便于后续航道开挖，并减少环境负荷。

显然，承台施工顺利与否很大程度上取决于基坑支护方案决策及施工全过程控制的成效。

2.2 基坑支护方案决策

基坑支护结构的功能是挡土、截水并保证坑底稳定，同时承受必要的施工荷载，控制土体变形，确保施工安全。根据现场水文地质条件，结合《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）[1]以及工业区内其他工程基坑支护实践，确定三种备选支护方案，见表1。经综合比较，选定锁口钢管桩围堰加型钢内支撑方案。

表1 深基坑支护方案比较[2-3]

3 支护方案的结构选型

根据工程特点及现场施工条件，锁口钢管桩围堰的总体布置要点包括五个方面。

（1）锁口钢管桩采用Φ800mm钢管，长24m，壁厚14mm，从承台边缘外扩1.3m作为锁口钢管桩的插打轴线，钢管桩间距1.05m，桩间设锁口，锁口形式采用Φ219mm、长24m的钢管和长24m的I20b工字钢组合，形成围堰抵抗土压力并止水（见图1）。

图1 主承台深基坑支护结构平面图（单位：cm）

（2）按开挖深度自上而下，钢管桩内侧设两道支撑体系，内侧围檩采用2×H500×300型钢。内支撑采用Φ800×14的Q235A钢管，其两端增设2[40a槽钢斜撑，转角处适当加强。

（3）因内支撑水平向跨度大，为防止内支撑下挠失稳，设置竖向支撑以确保其平面外刚度。

（4）钢管桩安装就位后，内填砂土并水夯密实。

（5）因地下片石、山皮石夹层的存在，钢管桩在施工前需引孔，桩孔上部采用冲击钻成孔，冲孔深度根据现场试验确定为12m。

（6）基坑开挖过程中，支护结构可能在外力作用下变形而导致渗、漏水，影响到开挖，为此，预留注浆花钢管作为辅助措施，必要时，做注浆处理或采用旋喷桩进行止水。

4 支护方案受力验算及实施效果

4.1 受力验算

深基坑开挖、支护遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。依据地基岩土层参数，利用理正深基坑支护结构设计软件进行支护结构受力情况的验算。结果表明，本支护结构支反力、位移、剪应力均满足设计要求；抗倾覆稳定安全系数Ks=1.538≥1.2，满足《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）[4]要求。按Prandlt公式计算的抗隆起稳定安全系数Ks=2.091≥1.1～1.2，按Terzaghi公式计算的抗隆起稳定安全系数Ks=2.349≥1.15～1.25，均符合原冶金部《建筑基坑工程技术规范》（YB 9258—97）[5]要求。抗管涌稳定安全系数Ks=4.221≥1.5～2.0，满足《基坑工程设计规程》（DBJ—61—97）[6]要求。

4.2 实施效果

深基坑工程支护结构动工后，由石家庄铁道大学按批复的监测方案对大桥深基坑周边地表水平位移和沉降、铁路施工便线水平位移和沉降、钢管桩侧向位移、钢管桩桩体内力、围檩内力、格构柱内力等开展监测。以大桥主墩17#墩承台为例，周边地表沉降最大累积量为17.655mm，铁路路堤坡脚位移最大累计量为5.83mm，均未超出相应的监测预警指标，支护效果稳定、可靠。

5 结语

（1）本深基坑工程开挖采用锁口钢管桩加型钢内支撑支护结构，精心组织，科学施工，成功解决了软土地基含块石、山皮石夹层，侧向变形控制要求高的深基坑开挖、支护、止水的复杂系统问题，对该类地区及类似工程深基坑支护具有明显借鉴意义。

（2）深基坑开挖中实时、动态监测施工控制数据，以此作为围护、支撑结构可靠性的保证措施，充分利用了信息化施工的优势。

（3）采用锁口钢管桩围堰加型钢内支撑方案对软土地基桥梁深基坑进行支护，具有强度高、截面刚度大、止水性好、可显著减少围堰内支撑数量等优势，适合复杂水文、地质条件下的深基坑支护，只要止水防渗措施得当，应用前景广阔。

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[2] 赵志缙，应惠清.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[3] 彭振斌.深基坑开挖与支护工程设计计算与施工[M].北京：中国地质大学出版社，1997.

[4] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[5] YB 9258—97，建筑基坑工程技术规范[S].

[6] DBJ—61—97，基坑工程设计规程[S].