鋼管樁在深基坑支護中的應用

孟善寶

摘要：本文以新建蘭新鐵路第二雙線達坂城濕地特大橋跨既有蘭新鐵路60+100+60米連續梁施工為例，介紹在鄰近既有線深基坑支護中，采用氣動夯管技術施工鋼管樁，代替挖孔樁+鋼板樁防護，起到了良好的支護作用。

關鍵詞：鄰近既有線深基坑；鋼管樁；挖孔樁+鋼板樁；氣動夯管技術

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

1、工程概況

蘭新鐵路第二雙線（新疆段）達坂城濕地特大橋由中鐵十二局集團有限公司承建，達坂城濕地特大橋DK1758+156.85～DK1763+783.91，全長5627.06m,該橋在128#和129#墩與既有蘭新鐵路K1799+230處相交，采用上跨式跨越既有蘭新鐵路，線路交角為22°，梁部為一聯（60+100+60）m連續梁，采用支架現澆法施工，樁基礎、墩柱具體尺寸見下表。

墩臺號 樁基(m) 承臺(m) 墩柱(m) 梁部

127# 12根φ1.5m樁長37m 14.6×10.6×3.5 圓端型實體墩 （60+100+60）m

連續梁

128# 20根φ1.50m樁長43m 18.6×14.6×5.0 圓端型實體墩

129# 25根φ1.50m樁長45m 18.6×18.6×5.0 圓端型實體墩

130# 12根φ1.5m樁長37m 14.6×10.6×3.5 圓端型實體墩

2、地質條件

根據現場實際情況，在基坑范圍內土層為角礫、礫砂。地下水位-5.0m。

3、基坑支護方案

原支護設計方案如下：跨越既有鐵路兩側橋墩臨近既有線一側采用 ?125cm挖孔樁防護方案對原有鐵路路基進行加固。128#、129#墩臨近既有鐵路側各布置12根防護樁，防護樁樁間距為2m，單根樁樁長為15m。其他三側采用拉森IV型鋼板樁防護。在基坑周圍布置兩個降水井，直徑800mm，深度12m。

根據現場實際情況及工期要求，在臨近既有線一側采用鋼管樁進行防護處理，對其它三側采用自然放坡進行處理。鋼管樁直徑?426mm,壁厚為≥10mm,樁長14m,樁中心間距：支護面1.2m,支撐面1.6m。變更后的支護方案如下圖：

4、支護結構本身的強度、變形計算

4.1、材料選擇

材料選用426鋼管支護，壁厚10mm。截面形式下圖，

4.2、鋼管參數計算

①截面慣性矩

當D遠大于壁厚t時計算公式如下：

Ⅰss= （1-a4）=（1- ）=2.83×108mm4（a= ）

②截面抵抗拒

Wss = Ⅰss /(d/2) = 13.93×105mm3

4.3、鋼管受彎承載力計算

M= γs·wss·?ss

γs—鋼管截面塑性發展系數，圓鋼管取1.08

wss—截面抵抗拒

?ss—鋼管抗拉強度，20號鋼管為470～550N/mm2可取470N/mm2

M=γs·wss·?ss=1.08×13.93×105×470=706.2 KN·m

4.4、土壓力的計算

由于基坑側位于既有蘭新鐵路線，基坑不允許列車通過時變形，故要對其土壓力進行計算。由于基坑緊鄰鐵路路基，考慮到列車通過時的震動荷載影響，為了安全起見采用如下的計算簡圖。

計算過程中采用水土合算原則進行計算。

Ka=tan2（450–)

σa—主動土壓力強度

q—附加荷載

ri—各層土的天然重度

ka—主動土壓力系數

—土的內摩擦角，本工程根據圖層情況取400

基坑上部土壓力強度

Ka=tan2（450–)=0.217

火車軌道取1.1的動力系數

q=q1+q2=1.1×30+0.217×20×1.8=40.8kpa

σa1=（q+rihi）ka=q·ka=40.8×0.217=8.85kpa

基坑下部土壓力強度

σa2=（q+rihi）ka=（40.8+20×7.0）×0.217=39.2kpa

基坑土壓力計算

Ea=（σa1+σa2）×h/2=168.2kN/m

鋼管樁間距1.2m

故Pa=201.84KN

4.5、鋼管樁承受彎矩

合力作用點為

h==3.19m（距底部高度）

M=pa×h=201.84×3.19=643.87KN·m

4.6、基坑采用水平支撐、斜撐

支撐采用外徑鋼管426進行支撐?；用總€角設置一道斜支撐。平面布置見施工圖。

采用最不利位置處計算：

P總=188.4×18=3391.2KN（距底部3.19m處）

鋼管承擔的水平力：p1=357.4÷3.19×16=1792.60KN

水平支撐承擔的水平力：p2=p總-p1=1598.6KN

a、斜支撐

①材料選擇

采用Ⅰ125b工字鋼，尺寸為250×118×10mm

②局部穩定性驗算、局部穩定性驗算均滿足要求

b、水平支撐

①寬厚比驗算

≤100()

= 40.6＜100× =50

滿足要求

②強度驗算

Ncr===7096KN取2.0的安全系數（增加安全儲備）

N=7096÷2.0=3548KN＞p2=1598.6KN

滿足要求

5、施工方案

a、施工準備

認真做好現場調查，該地質為細圓礫土，影響施工的光纜已全部遷改完成。

準備施工的配套設施：

(1)空壓機：要求排量不小于20m3／min，壓力不小于0.7MPa。

(2)貯氣罐：容積不小于1m3，保證夯管錘工作壓力穩定。

(3)高壓膠管：20m長的2”膠管2根(也可用無縫鋼管代替)，20m長的1.5”膠管3根，耐壓不小于1.0MPa；

(4)擊帽：根據本次穿越套管的管徑配套使用430mm的擊帽。

b、 施工工藝

(1)測量放樣，根據設計圖放出防護樁位置。

(2)將鋼管入土端的管口內外安裝切削頭，切削頭采用合金鋼材料。

(3)安裝夯管錘，將夯管錘吊入操作坑中與擊帽連接后找正，使夯管錘、套管的中心線與設計中心線吻合。然后將夯管錘與空壓機之間的管路連接好，啟動空壓機，打開操作閥，將夯管錘頭部與擊帽和套管固定緊后，關閉操作閥。

(4)用25t吊車配合打設鋼管樁，打開操作閥，進行試夯，無異常后方能進行正常夯管施工。

氣動夯管技術施工工藝流程圖如下：

6、施工監測結果

在基坑開挖過程中，對鋼管樁水平位移測試，當開挖至原地面以下7m時，最大水平位移小于1mm，線路路基累計沉降沒有大于10 mm，各項指標均在設計和規范要求范圍之內，順利完成了承臺施工任務。

7、結束語

a、鋼管樁雖然直徑比挖孔樁小，但是剛度和強度都能滿足設計要求，可以代替大直徑鉆孔灌注樁在支護結構中使用。

b、鋼管樁施工速度快，使得既有線連續梁施工工期縮短了2個月，并保證了既有蘭新鐵路運營安全。

參考文獻

[1]周水興，何兆益等路橋施工計算手冊．北京：人民交通出版社，2001.5