综合管廊深基坑桩撑支护技术应用

综合管廊深基坑桩撑支护技术应用

孔繁祺

德阳城市轨道交通职业学院  四川德阳

摘 要：结合某管廊基坑的工程地质条件与地下结构，提出了排桩+钢支撑的排桩基坑复合支护方案。对支护结构进行了验算，进行了桩的配筋设计、钢支撑施工设计和基坑水平位移计算。表明采用桩撑支护可有效控制弯矩增加，减小围护结构的侧向位移。

关键词：管廊基坑，排桩，钢支撑，支护

市政管廊建设对城市发展有着重要影响，为基础设施建设部分起到了积极作用，综合管廊基坑是一个集开挖、支护、防水等于一体的系统工程。基坑工程具有区域性、复杂性和隐蔽性等特点。桩撑围护结构刚度大、抗弯能力强、变形相对较小、支护结构的稳定性好，施工工艺简单等优势，是基坑工程中使用率很高的支护结构形式。钢支撑具有安装快速、立即发挥支撑作用的天然优势。文中以某管廊深基坑工程为例，讨论桩撑支护方案，确定桩撑支护结构参数。

一.工程地质概况

1.工程概况

综合管廊采用现浇钢筋混凝土多跨三层箱型框架结构型式，由上向下分别为：管廊层、夹层、物流层，结构内净尺寸为12.8m×10.8m；入廊管线包括：电力舱+综合舱+能源舱+备用舱，四舱断面，管廊结构基础采用平板式筏基，基础埋深约18米，基坑底位于地下水位以上，坑底为粉质黏土，土层地基承载力能满足设计要求，采用天然地基。

2.场地地层土质及岩土工程特征

该项目位于太行山东麓冲洪积平原前缘地带，属堆积平原地貌。根据成因类型及地表形态，进一步划分为冲洪积平原亚区、冲湖积平原亚区、冲积平原亚区，土体类型有：砂类土、粉土、粘性土，岩性以粉质粘土、粉土和粉细砂为主。

场地地形较平坦，勘察揭露地层最大深度为 50m，根据钻探揭露，第1层为人工堆积而成的粉土素填土，平均厚度为0.5m；第2、3、4层均为第四系全新统冲积（Q4al）的粉质粘土，平均厚度为 6.0m、5.9m和7.4m；第5层为密实的粉砂粘土，平均厚度为2.5m；第6 层为第四系上更新统冲洪积层（Q3al）粉质黏土，平均厚度为17.0m。

二.确定基坑支护方案

桩撑支护结构是由支护桩、冠梁和支撑等部分组成的有机体系，支护结构的各组成部分都有其相应的支护效应，并且相互作用、相互影响，形成一个空间整体。桩撑围护结构刚度大、抗弯能力强、变形相对较小，支护结构的稳定性好、适用范围广等。

排桩内支撑的支护体系适用于平面形状规则且狭长的基坑，且钢支撑可循环使用、降低造价，体系受地域条件、土质条件限制较小，钢支撑的构架状态 单纯，所以桩撑支护体系在狭长深基坑的支护设计中得到了广泛的应用。

该管廊项目基坑位于道路下方，根据拟建场地工程地质条件及周边环境，依据工程地质条件、水文地质条件、基坑周边环境以及基坑失稳带来影响程度（很严重）等情况，采用桩撑支护方案。管廊基坑的开挖深度（18~20m）、主体结构基本位于粉土土以及粉质黏土层中，管廊底板位于为粉质黏土层，本基坑支护设计安全等级为一级。

三、桩撑支护方案设计

1土层参数

表1基坑支护设计土层参数

2支护结构设计

（1）支护桩

基坑支护结构的内力和变形分析采用侧向弹性地基的基床系数法的“m”法计算，土体弹性抗力计算中考虑基坑分步限时开挖和支撑的施工参数等的影响。支护结构按施工过程釆用“增量法”原理进行受力分析，开挖期间支护桩结构起支挡作用，承受水土侧压力与路面荷载共同作用。

基坑幵挖过程中土层土压力按水土合算的主动土压力，采用朗金土压力公式，开挖面以下基坑外侧土压力采用矩形分布。基坑幵挖范围内各土层的物理力学参数见表1。施工期间在基坑周边2米范围外地面超载取20KPa，钢筋混凝土结构自重取25KN/m3，建筑物附加荷载根据建筑物自重荷载估算。

根据基坑工程地质条件及地下结构、周边环境对变形控制等的不同要求，管廊基坑为条形段支护结构采用钻孔灌注桩+钢筋混凝土内支撑形式支护。如K1+275断面处，桩长为25.8m，嵌入深度分别为10m，计算围护桩最大弯矩为579.95kN·m，最大剪力为 407.66kN。支护结构采用φ800@1300mm钻孔灌注桩+4道钢支撑形式；桩身混凝土设计强度等级为水下C30，全长配筋，主筋直径为22mm，箍筋加密区为φ12@70mm，箍筋非加密区为φ12@200mm。基坑开挖中，对桩间土采用挂网喷射C20混凝土护面，护面厚100mm，钢筋网规格为φ6.5@150×150mm。面层固定钢筋采用直径18mm钢筋钉，长1.5m，挂网钢筋用直径14mm，长0.3米，钢筋钉与挂网钢筋采用梅花形布置，竖向间距1.2米，桩间面层应设泄水孔，水平间距2.6m/2.8m。

（2）钢支撑

支护桩桩身弯矩在基坑开挖过程中会动态变化，随着开挖深度的增加，桩身内力明显增大，且最大值位置随着开挖的进行不断向下移动。钢支撑作为主动支护结构物，对桩后土体的变形和受力的具有一定的控制作用。

本项目基坑竖向布4道φ609，t=16mm钢管焊接制作的支撑，支撑端头采用直径750mm钢法兰盘连接，钢管法兰盘厚度不小于20mm。第一道支撑水平间距为6米，第二、三、四道支撑水平间距为3米，基坑平面布置中局部支撑水平间距根据工程和土层情况可加密至2米。桩顶设800×800mm冠梁，第一道支撑撑在冠梁上，其余均撑在钢围檩上，钢围檩均采用2根工45b组合型钢。由于随着开挖深度的增加，桩身弯矩明显增大。

为控制弯矩增加，减小围护结构的侧向位移，钢支撑需施加一定的预加轴力，并且钢支撑合理的预加轴力能够使支护桩、钢支撑和钢围檩之间无缝隙连接且共同工作。根据现场施工情况可按设计轴力的30~50%施加，如K1+275断面处第一、二、三、四道支撑设计轴力分别为1191、1658、2560、2177KN，预加轴力分别为600、700、850、900KN。在架设钢支撑并施加了预加轴力后，桩身内力会产生内凹现象，说明钢支撑有效的起到抑制弯矩增加的作用。

根据规范和经验，地面最大允许的沉降量31.6mm，（取相对基坑深度的0.2%），最大允许水平位移为31.6mm，（取相对基坑深度的0.2%）。钢支撑施加预加轴力后可以显著减少基坑地表沉降和围护桩水平位移。经计算在开挖至坑底尚未加第四道支撑时，地表最大沉降量为22mm，围护桩最大水平位移为20.82mm，均满足一级基坑的要求。

（3）.基坑稳定验算

在基坑施工中，由于基坑开挖使得基坑内外土体存在高差以及坑顶周边地面堆载等的作用，会导致支护桩有向基坑内偏移的趋势，在上层土的重力以及荷载作用下，基坑坑底会产生向上隆起现象，可按圆弧滑动模式进行抗隆起验算；支护结构由于水平受力不均衡可能导致转动失稳，基坑需进行围护结构抗倾覆稳定性验算。

四.结束语

结合该管廊工程的工程地质条件以及周边环境，确定其支护方案为排桩+钢支撑的桩撑支护方案，该项目在施工过程中对基坑也进行了监测，排桩+钢支撑桩撑支护有效地维护了基坑稳定，钢支撑施加预加轴力使围护结构变形相对减小，达到了预期效果。桩撑支护体系由于具备不侵越红线、可靠性高、能够有效控制围护结构的水平位移等优点，在现代城市建设中深基坑开挖支护有着很好的指导意义。

参考文献

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