摘要：锁口钢管桩作为较常用的一种基坑支护型结构，其具有刚度大、施工效率高、施工成本低廉、能重复利用等特点，本文结合青山长江大桥项目部采用锁口钢管桩作为承台基坑开挖支护结构的施工实例，简要介绍锁口钢管桩的设计和施工技术要点。
关键词：锁口钢管桩 设计 施工
1、工程概况
1.1、工程简介
武汉市四环线青山长江公路大桥（起止里程：K1+086～K8+634）全长为7.548km，是武汉市四环线跨越长江的重要通道。其中由中铁大桥局第五工程有限公司武汉青山长江公路大桥项目经理部承建的K4+347～K6+283.6位于武汉市洪山区天兴洲乡天兴洲洲尾，即武汉市四环线青山长江公路大桥南汊主航道桥938m钢箱梁跨中至北汊副航道桥65+3×110+65m连续梁跨中，线路全长1.937 km，包括0.5座斜拉桥、13孔60m连续梁、2孔53.8m连续梁及0.5座北汊通航孔桥。
天兴洲滩地引桥范围为23#～38#墩，总长度887.6m，为分离式双幅桥；桥跨布置：4×（3×60）m +（53.8+60+53.8）m混凝土连续箱梁；连续箱梁采用分幅布置，单幅横截面采用单箱双室箱形截面，箱梁顶宽20.25m，底宽12.75m；下部桥墩采用柱式墩，单柱宽2.4（顺桥向）×3.2m（滩地区）、2.8（顺桥向）×3.2m（深水区）。深水区基础采用6 根φ1.8m 钻孔桩，承台尺寸为12.4×7.9m，厚3.0m；滩地区基础采用5根φ1.8m 钻孔桩，承台尺寸为12.4×7.9m，厚3.0m。其中24#～31#墩为岸上墩，32#～37#墩为水中墩。23#和38#为过渡墩，其总布置图见图1.1-1，本文主要围绕岸上墩（24#～31#墩）的锁口钢管桩支护结构进行叙述。
2、方案比选
浅基坑支护结构主要分为钢板桩和锁口钢管桩，其各有自身的优缺点，项目部对两种施工方案进行比选，其主要特点如下所示：
2.1、钢板桩支护方案
拉森钢板在我国有多年的使用经验，其板桩打人技术亦很成熟。钢板桩打入受地质限制较小，本区段地层主要为粉质黏土和粉细砂，钢板桩打人较容易。钢板桩具有基坑工程回填后可回收的特点，其成本相比较于其他围护结构是较为低廉，可节省大量钢材。但是钢管桩一个比较大的缺陷是刚度较小，基坑开挖过程中墙体变形较大。
2.2、锁口钢管桩支护方案
锁口钢管桩于上世纪90年代开始在我国的基坑工程支护中开始使用，主要用于临时基坑工程支护。其打入工艺与钢板桩基本相同，所以施工难度不大。其质量控制的重点在于锁口处的连接，因为其连接质量直接影响着围护结构的止水效果。锁口钢管桩在基坑回填完成后可以回收钢管桩，相对成本低廉。钢管桩由于自身惯性矩大，相对于钢板桩，其刚度大大提高，桩体变形相对较小，对基坑周边环境影响较小。钢管桩同样是采用振动锤插打，施工效率高；
2.3、最终确定方案
结合本项目的特点，施工便道沿桥位纵向布置，距墩位较近，为保证施工便道的稳定性，支护结构应具有足够的强度和刚度，另外墩位处粉质黏土的性能较差，支护结构插打的深度较大，因此在插打过程中也支护结构需要足够的刚度，综合以上分析，最终确定采用锁口钢管桩为承台基坑工程的围护方案。
3、锁口钢管桩结构设计
3.1、设计荷载
设计荷载主要包括：
（1）施工荷载：p=15kN/m2:；
（2）主动土压力：p=γhKa-2cKa0.5，主动土压力系数：Ka=tan2(π/4-φ/2)
3.2、结构计算
采用锁口钢管桩作为基坑开挖的支护结构，其结构计算主要包括抗倾覆稳定性计算（稳定系数＞1.2）、基坑抗隆起稳定性计算（稳定系数＞1.2）、钢管桩自身抗弯应力计算和内支撑结构计算，在此不详细叙述。
3.3、结构设计
基坑支护结构由锁口钢管桩、导梁和内支撑构成，基坑支护结构的平面尺寸为15.660m×10.962m，高度为15.0m，共设置一道内支撑。结构总体布置见图3.3-1：
图3.3-2 锁口钢管桩S1结构图（单位：mm）图3.3-3 锁口钢管桩S3结构图（单位：mm）
锁口钢管桩设计中有两个注意点：钢管桩的支点处理和锁口设计，其处理和计算方式可以简化为如下所示：
钢管桩的支点处理：钢管桩与围堰支撑的水平罔梁接触处防止钢管压曲办法为“钢管内加钢环”和“填早强砂浆或有圆弧面的木垫块，使集中力变均布荷载”，。然后按有关公式检算钢环或管壁强度。
锁口的设计：要保证锁口有足够强度不开裂。对锁口强度检算主要是受力分析难。可以简化为以下三种假定方式：
① 两根桩在同一平面内对称倾斜1/100，造成锁口一端受拉，一端受压；
②在平面外，两根桩相反方向各倾斜1/100，锁口受弯、扭、剪；
③一根下沉带动相邻桩下沉，锁口受剪；
（2）导梁和内支撑
导梁和内支撑均由2HN500×200型钢制作而成，其在加工成焊接成整体。考虑汽车吊的起重能力，将组合结构分为两个对称部分，中间采用螺栓连接，其结构见图3.3-4。
4、施工步骤和注意事项
4.1、施工步骤
（1）待钻孔桩施工完毕后，采用挖掘机开挖基坑至内支撑标高以下20cm,测量放样内支撑的平面位置，将内支撑安放到位,并临时固定；沿着内支撑插打锁口钢管桩，确保锁口钢管桩插打至设计标高；
（2）锁口钢管桩插打完成后，开挖基坑至标高+H7，焊接支撑牛腿；继续开挖基坑至设计标高，开挖过程中应严密监测支护结构变形情况，若发现异常应立即停止施工；
（3）基坑开挖至设计标高后，需对其做地基承载力试验，地基承载力必须大于90KPa；地基承载力满足要求后，再浇注50cm厚混凝土垫层；做好基坑内排水措施；
（4）割除护筒，破桩头，凿除浮浆，绑扎钢筋，并埋设相关预埋件，浇注承台混凝土；待承台达到设计强度后，支护结构内继续施工墩身；
（5）基坑内填土至+H7后，先拔出未焊接支撑牛腿的锁口钢管桩，之后将内支撑整体调运至下一个施工墩位；最后拔出剩余锁口钢管桩，填土至筑岛地面线；
（6）按照上述步骤依次进行后续承台施工。
4.2、注意事项
（1）锁口钢管桩打入深度是保证支护结构安全和稳定性的关键，施工人员不得随意修改管桩长度。当遇到地质变化，管桩不能达到设计标高的情况，应立即向设计单位反映，由相关部门协商后做出明确指令后解决。
（2）锁口钢管桩在施工过程中，应注意随时观测和复核支护结构中线的位置，同时注意保持管桩的竖向垂直度，防止管桩侧向位置的偏差。若发现管桩在插打过程中轴线或垂直度偏差较大，应及时进行修正，必要时候可拔除前一锁口钢管桩进行调整。
（3）基坑内开挖时，应适当放慢开挖进度，并实时监测结构变形的情况。由于地质资料较少，计算时土层参数取值与实际情况可能存在一定的差异，锁口钢管桩的受力可能超出设计值，现场技术人员和施工人员应谨慎作业，确保人员和支护的安全。
（4）支护结构内出现少量渗水，可采取以下措施处理：在承台外侧设置汇水井，汇水井深度50cm，水通过排水沟进入汇水井，在井内安装潜水泵，将水强排出支护结构外。
5、小结
本项目采用锁口钢管桩作为基坑开挖的支护结构，充分利用了锁扣钢管桩的刚度大、重复利用、成本较低等特点，并且根据现场汽车吊的起重能力调整了内支撑结构，使其施工方便，很好地实现了快速化施工，加快了施工进度，并取得了一定的经济效益。
参考文献：
[1]建筑基坑支护技术规程.JGJ-120-2012.中国建筑工业出版社，2012
[2]钢结构设计规范. GB50017-2003.北京：中国建筑工业出版社，2006
[3] 武汉市四环线青山长江公路大桥施工图
论文作者:施宇隆
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/20
标签：钢管论文; 基坑论文; 结构论文; 标高论文; 刚度论文; 钢板论文; 武汉市论文; 《基层建设》2017年2期论文;