中铁十一局集团第二工程有限公司 湖北十堰 442013
摘要：临近既有线深基坑开挖，施工风险大，安全要求高，常规的钢板桩支护形式无法满足施工需求。本文采用锁扣钢管桩+钢支撑的支护形式，通过数值计算及施工监测，研究锁扣钢管桩支护结构在淤泥质地层中的运用。结果显示：（1）计算得到基坑最大水平位移14.4mm，各项稳定性均满足要求。（2）施工监测基坑最大水平位移为12.12mm，满足要求。锁扣钢管桩支护形式在临近既有线淤泥质地层深基坑中安全可靠，相关数据可供类似工程参考。
关键词：锁扣钢管桩；临近既有线；淤泥质地层；深基坑
Application of steel pipe pile near existing line in muddy stratum
Wan Baokang
(China Railway 11th Bureau Group No.2 Engineering Co., Ltd, Shiyan Hubei 442013, China)
Abstract: The excavation of deep foundation pit near the existing line has great construction risk and high safety requirements. The conventional steel sheet pile support form can not meet the construction requirements. In this paper, the lock steel pipe pile + steel support form is adopted. Through numerical calculation and construction monitoring, the application of lock steel pipe pile support structure in muddy stratum is studied. The results show that: (1) the maximum horizontal displacement of the foundation pit is 14.4mm, and the stability meets the requirements. (2) The maximum horizontal displacement of foundation pit under construction monitoring is 10.38mm, which meets the requirements. The locking steel pipe pile support form is safe and reliable in the deep foundation pit near the existing line in muddy stratum, and the relevant data can be used for reference for similar projects.
Key words: Locking steel pipe pile; near the existing line; muddy stratum; Deep foundation pit
1引言
临近既有线淤泥质地层基坑施工，风险较大，基坑位移超标，将严重影响铁路安全运营，对防护要求高；从水文、地质条件，造价和工期等因素考虑，锁扣钢管桩与钢板桩、混凝土钻孔桩等支护形式相比，更具适用性[1-8]。本文依托浙江地区紧邻铁路的深厚淤泥层基坑工程实例，探究锁扣钢管桩在临近既有线淤泥质地层中的运用。
2工程概况
某工程项目连续梁跨越Ⅳ级航道，其中主墩位于河道内侧迎水面边坡上，且临近既有高铁（见图1），承台边缘距既有线左中线20.35m；承台位置原地面高程+2.06m，施工水位为+2.66m，基坑开挖深度10.81m。主要地质为（0）2素填土，层厚2m，（1）2淤泥质粉质黏土，流塑，层厚22.6m，（2）5粉质黏土，软塑，层厚22.6m。受工期影响承台基坑开挖需要在汛期施工，当地水利主管部门为确保河堤防洪安全要求基坑变形累计不超过20mm，采用钢板桩作为基坑支护，难以满足变形要求。为满足涉河基坑的安全技术要求，基坑防护采用锁扣钢管桩+钢支撑形式。
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图1围堰平面布置示意图
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图2围堰结构立面布置图
3围堰设计与计算
3.1结构设计
本工程基坑支护形式为锁扣钢管桩+钢支撑结构，见图1~图2。钢管桩采用φ1020×20mm锁扣钢管，桩长28m，围檩、内支撑均采用双拼HM588×300×12×20mm型钢，共三道，间距分别为3m、3.5m；基坑尺寸为21.3m×15.4m，开挖深度10.81m，封底采用C25混凝土，封底厚度1.5m，采用启明星9.0深基坑计算软件对该基坑支护结构进行计算[9-10]。
3.2地质参数及荷载
主墩处地层参数如表1所示，除水土压力外，基坑开挖施工时还需考虑基坑周边20kPa的施工荷载和30kPa临近河堤的附加荷载。
表1主墩处地质参数表
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表2工作荷载
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表3邻近荷载
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3.3计算工况
1、边排水、边开挖至标高+2.06m，安装第一道内支撑；
2、边排水、边开挖至标高-0.94m，安装第二道内支撑；
3、边排水、边开挖至标高-4.44m，安装第三道内支撑；
4、带水开挖至基坑底；
5、水下浇筑封底混凝土，并等强；
6、抽干围堰内的水，拆除第三道内支撑，浇筑承台，等强。承台与钢管桩间回填密实黏土或砂；
7、加台浇筑，等强，承台与钢管桩间回填密实黏土或砂，拆除第二道内支撑，拆除第一道内支撑的对撑；
8、墩身浇筑、等强后基坑内回填至基坑外泥面等高，拆除第一道内支撑。
3.4计算结果
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图3变形内力包络图
表4计算结果汇总表
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图4 现场施工图
计算结果显示各工况整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起稳定性均满足规范要求，最大变形量为14.4mm，小于当地水利主管部门规定的20mm，满足要求。
4围堰施工与监测
4.1围堰施工
基坑开挖遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，开挖土方及时运离，基坑15m范围内禁止堆载，同时做好河堤及既有线的变形观测。
4.2施工监测
（1）监测方案
根据当地水利主管部门和铁路运营单位要求，结合《建筑基坑工程监测技术标准》GB50497-2019相关规定，对主墩基坑开挖施工进行监测，通过实测数据。
（2）监测点布置
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图5监测点布置图
（2）观测方法及频次
基坑观测频次1次/1d，水平位移限差20mm且变化速率不大于3mm/d，竖向位移限差30mm且变化速率不大于4mm/d。
监测值达到预警值、监测值变化较大或者速率加快的情况应提高监测频率。
（3）监测数据
表5、表6分别为为临近既有线侧的4号监测点、靠近大堤侧的7号监测点的观测数据。
表5 4号点监测数据
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表6 7号点监测数据
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（4）结果分析
4、7号监测点变形速率、沉降速率、累计变形量、累计沉降量如图6-图9所示。
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图6变形速率 图7沉降速率
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图8累计变形量 图9累计沉降量
根据变形监测数据得知基坑施工过程中最大变形量为12.12mm，最大变形速率为2.94mm/d，最大沉降量为6.1mm，最大沉降速率为2.9mm/d，均满足要求，该深基坑采用锁扣钢管桩支护安全可靠。
5结束语
本文以临近既有线淤泥质深基坑锁扣钢管桩支护结构为研究对象，通过在数值计算和施工监测，分析锁扣钢管桩在淤泥质地层中的运用情况，根据围堰设计计算、监测数据、以及现场施工可知：采用锁扣钢管桩围堰支护形式可满足开挖淤泥质地层深基坑的支护需求，供类似工程参考。
另外，锁扣钢管桩基坑施工过程中，必须保证围檩和内支撑的焊接质量，以达到支护结构整体受力的目的；淤泥质土层基坑开挖安全风险较大，开挖深度较深时可提高观测频率，及时发现问题并处理，降低风险。
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