排桩在深基坑基础施工中的设计

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第40卷 增刊 建 筑 结 构 2010年6月
排桩在深基坑基础施工中的设计

刘长卿
（中铁十一局集团有限公司， 武汉 430050）
[摘要] 通过对哈大客运专线海鞍特大桥跨沈大高速连续梁主墩深基坑基础开挖施工，从结构受力、施工进度、工
程造价、施工风险等方面，利用理正深基坑F-SPW5.3软件验算，变拉森钢板桩围堰为局部钢筋混凝土排桩支护，
降低了施工成本、保证了施工安全和交通运输安全。
[关键词] 哈大客专；深基坑开挖支护

1 工程概况 哈大客运专线海鞍特大桥位于辽宁省鞍山市内，设计时速350km/h，其中斜交跨越沈大高速的连续梁是全线重点控制工程。主桥设计为60m+100m+60m连续梁见图1。491，492号墩为连续梁的2个主墩，分别位于既有沈大高速公路两侧，承台尺寸为14.6m×18.6m×3.5m+9.5m×12.8m×3.5m，承台基坑开挖深度达8m。承台最近处距离沈大高速公路波形防护栏约2m。除沈大高速公路高出承台周边地面约2.5m外，其余部位地表平坦，周边无构筑物，原设计图说明中指出挖基采用钢板桩防护，但无设计施工图。 图1 海鞍特大桥 2 设计说明 靠沈大高速公路侧基坑侧壁设计安全等级二级，重要性系数γ0取1.0；其余部位设计安全等级为三级，重要性系数γ0取0.9。 由于无《岩土工程勘测报告》，粉质黏土设计参数按经验取值，地下水位按低于基坑开挖深度进行设计，与现场实际情况有可能不相吻合，为确保施工安全，首先施工临近的490，493号墩承台基坑（放坡开挖深度5～6m）探明实际地质情况，若出入较大，应对本设计方案进行修正，同时在施工过程中加强监控。 3 总体方案 技术经济比较分析，靠高速公路位置处基坑侧壁
采用φ600mm钢筋混凝土排桩支护，排桩间距80cm，
桩顶设断面尺寸为80cm×40cm的钢筋混凝土冠梁。
为施工方便，降低桩长，承台底部设I450工字钢暗支
撑，支撑于临近工程桩上，承台施工完毕，工字钢可
拆除用作沿线其他结构周转使用。其他部位采用分台
阶放坡开挖施工。混凝土排桩平面分布如图2所示。

图２ 承台基坑支护桩平面分布图
承台基坑开挖完毕，在坑底适宜位置设置积水坑，
利用抽水机排除表层滞水、大气降水以及混凝土养护
水，避免积水影响坑壁稳定性。
4 设计计算
4.1 分析方法
施工期靠基坑位置设置车辆禁停标志，行车道位
置距离基坑边缘在8m以上，不考虑车辆附加荷载影
响；基坑内外地下水位按低于基坑开挖深度分析，拟
取-15m。用理正深基坑支护结构设计软件5.3版进行
分析计算。
4.2 地质参数
因无《岩土工程勘测报告》，各土层基坑设计参数
按表1经验取值。
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基坑设计参数 表1
层号 土质类别 层厚/m γ/kN/m3 Ck/kPa Φk/0
1 素 填 土 1.5 19 5 15
2 粉质黏土 14.5 19.4 30 15
3 黏 土 15 19.8 35 16
地下水深：-15m 靠高速公路：γ0=1.0 放坡开挖：γ0=0.9
沈大高速公路（土方重度取19kN/m3)高于桩顶土
方(按2.5m考虑）按超载作用考虑，超载类型及作用
如图３所示。

图３ 计算简图
492号墩设计地面高程14.842m，等效于计算图式
0m高程。
4.3 支护桩计算结果
内力位移包络图见图４，地表沉降见图５。

图４ 内力位移包络图
图５ 地表沉降图
4.4 冠梁计算
（1）冠梁选筋结果见表2，表中各参数见图６。
（2）整体稳定验算 １）计算方法：瑞典条分法；
２）应力状态：总应力法；３）条分法中的土条宽度：
冠梁选筋结果 表2
参数 钢筋级别 选筋
As1 HRB335
4D20

As2 HRB335
2D16

As3 HPB235
d10@200

图６ 表中各参数含义
0.40m；４）滑裂面数据：整体稳定安全系数
Ks=1.569m；圆弧半径R= 16.340m；圆心坐标
X=-1.592m；圆心坐标Y=10.192m。计算筋简图见图７。

图７ 整体稳定验算简图
⑶抗倾覆稳定性验算
抗倾覆安全系数:

K
s

M
p

M
a

式中：Mp为被动土压力及支点力对桩底的弯矩, 对于

内支撑支点力由内支撑抗压力决定；对于锚杆或锚索，
支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。M
a

为主动土压力对桩底的弯矩；

注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
Ks = 2.999 >1.200，满足规范要求。
4.5 放坡计算结果
整体稳定验算时，天然放坡计算条件: １）计算
方法：瑞典条分法；２）应力状态：总应力法；基坑
底面以下的截止计算深度:0.00m；基坑底面以下滑裂
面搜索步长:5.00m；条分法中的土条宽度:0.40m。计
算结果见表3。计算简图见图８。
5 基坑开挖施工
在上述分析计算基础上，优化调整后基坑开挖设
计施工。
5.1 施工流程
天然放坡计算结果 表3
道号 整体稳定安全系数 半径R/m 圆心坐标Xc/m 圆心坐标Yc/m
1 1.336 3.250 3.950 9.650
2 1.823 7.766 1.067 10.953
3 1.396 10.247 0.502 10.247
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图８ 天然放坡计算简图
防护桩按间隔2根跳槽施工→施工防护桩冠梁→施工20根工程桩→上层承台基坑开挖（开挖至底层承台顶）→监测坑壁变形情况→Ⅰ区掏槽开挖至设计位置→安装工字钢支撑→监测坑壁变形情况→Ⅱ区掏槽开挖至设计位置→安装工字钢支撑→监测坑壁变形情况→Ⅲ区掏槽开挖至设计位置→安装工字钢支撑→监测坑壁变形情况→开挖其他部位至设计位置→监测坑壁变形情况→凿除桩头浮浆施工承台→监测坑壁变形情况，采取措施决定是否拆除I450暗支撑工字钢（建议分区拆除，每拆除一个部位必须待回填夯实至底层承台顶后再拆除其余部位工字钢）。基坑分步开挖如图9所示。 图９ 基坑开挖 491号墩距离沈大高速公路稍远，可参照本方案组织施工，不再给出详细施工图。 5.2 施工监测 结合现场实际情况，基坑开挖主要监控内容如下： ⑴监控目的 基坑坑壁稳定性、沈大高速公路路面沉降变形、放坡开挖坡面稳定性。 ⑵监测项目 支护桩顶水平位移变形、沈大高速公路路面沉降变形、边坡坡面坍塌滑移变形。 ⑶监测方法 支护桩顶水平位移变形利用全站仪监测，路面沉降变形利用精密水准仪监测，坡面坍塌滑移变形以全站仪为主、目测为辅进行监测。 ⑷基点设置 观测基点数量不少于2点，距离基坑边缘不少于100m的稳定、不易被破坏位置。位移观测基点应设在可能发生变形方向的轴线上。 监测要求：1）基坑开挖前应测得初始值，且不应少于2次；２）监测时间间隔根据施工进程确定，但
路面沉降变形超过1cm、桩顶水平位移超过2cm或监
测结果变化速率较大时，应加密观测次数。当有事故
征兆和降雨后3~5d内，应连续监测；３）安排专人
负责监控，做好监控记录的填写、分析工作，一旦发
现监测项目出现异常情况应立即暂停施工，查找原因
待进行妥善处理后方准恢复施工。

参 考 文 献
［1］GB50010－2002混凝土结构设计规范[S]. 北京：人民交通出版社，
2002.
［2］GB50017－2003钢结构设计规范[S]. 北京：人民交通出版社,2003.
［3］JGJ120－1999建筑基坑支护技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出
版社，1999.
［4］GB50007－2002建筑地基基础设计规范[S]. 北京：中国建筑工业
出版社，2002.

作者简介：刘长卿，中铁十一局宿淮铁路项目总工程师，
Email:lchq2008@sina.com。