深基坑人工挖孔支护桩结构设计分析

金佑琴

铜陵鑫铜建设监理有限责任公司 安徽 铜陵 244000

前言

目前我国房屋建筑工程已经向高层、超高层的趋势发展，城镇化进程的加快，城市地区土地资源的紧缺，以及地下车库、商城等设施的普及，深基坑支护结构设计与施工逐渐引起重视，支护结构的选型、设计、施工等直接影响了工程施工安全以及经济效益。人工挖孔支护桩作为一种挡土结构，是一种投资较低的支护结构，目前在我国深基坑建设活动中应用较为广泛。

1 项目概况

某建筑工程平面尺寸24m×60m，中间是地下室，根据工程所在地的坡度，基坑深度会有所增减，最深达7m。该工程在北侧紧邻城市主要街道，周边的环境较复杂，地质勘察资料显示，本工程场地地下水位为较低，土质从上至下为回填土、粉质黏土以及角砾层构成，回填土层多达5m厚，基坑开挖不能采取大开挖的方式，必须采取支护方案。

2 深基坑人工挖孔支护桩结构设计

我们一定要结合当地特点选择合适的支护形式，充分考虑项目周边环境、地质条件、用途以及工程造价等。支护结构设计需要从支护方式的选择、支护结构方案设计、主要数据计算、施工注意事项等方面开展。

2.1 支护方式的选择

本工程基坑挖土至-6.0m，不符合复合土钉措施，但是如果使用地下连续墙的支护方式，且只作为临时支护，将会导致整个深基坑工程造价较高，并且有关连续地下墙的施工机械也较为缺乏。基于此，根据工程的特点，采用人工挖孔灌注桩这种支护方式。从该支护结构的应用情况来看，具有施工质量高、设备简单、单桩承载能力强的特点，并且该支护结构不会受到工程项目施工场地带来的影响[1]。哪怕在十分狭小的施工场所，并且项目对周边环境保护要求较高的情况下，人工挖孔灌注桩都有较大的优势，避免出现大型机械无法进场，施工活动无法有序开展的问题。

2.2 支护结构方案设计

该工程北侧紧邻城市主要道路，因此在主要的道路侧要做支护才能开挖基础土方。支护结构方案设计为：

（1）先采取1∶1放坡将土方降至-1.5m，降低支护桩侧面土压力，减少桩长，降低支护成本。

（2）在距道路平面边轴的2.0m处，布设φ0.8m的人工挖孔桩作为边坡支护桩，按@1.5m布置，共20个，桩身与支护高度按1∶1进入持力层4.5m，整个桩长9m。

（3）为了加强支护结构的整体刚度，在支护桩顶设置冠（圈）梁一道，冠（圈）梁截面800×400。实践表明，冠（圈）梁可改变支护桩的受力和变形，起到减小桩顶位移和桩身弯矩的作用。

2.3 主要数据计算

通常，悬臂式支护桩的配筋计算是按规范中沿周边均匀配置钢筋的圆形截面混凝土偏心受压构件进行的。实际上，支护桩主要承受土的主动土压力，其弯矩是定向的。因此，其纵向主筋不必沿周边均匀布置，而应尽量布置在邻土面，也是桩的受拉区，来充分发挥钢筋的作用，这种不对称配筋比均匀布置钢筋要节约钢筋约40%。

这里，主要介绍桩身不对称配筋计算：在该悬臂桩的桩身部位，嵌有反弯矩点，最大弯矩发生剪力为零处，即被动土压力等于主动土压力（包括周边荷载的附加土压力），经计算（过程略），最大弯矩为316.2kN·m，桩间距按1.5m布置，则Mmax=474.3kN·m。桩身砼强度等级采用c30，受力钢筋为Ⅱ级，主筋混凝土保护层厚40mm。经配筋计算，桩身单侧配置钢筋7φ25（As=3436mm2）+纵向构造钢筋6φ16，即采用7φ25排放于正圆心角2αs=100°，半径γs=345的圆周上，其余桩身沿圆周配6φ16；构造钢筋：8φ200螺旋状箍筋，沿桩身间距2.5m设置φ14加劲箍一道。冠（圈）梁主筋10φ20，箍筋8φ250。

桩纵向主筋计算如下：为简化计算，将支护桩视为受弯构件。

求受拉钢筋面积为As，分布在沿半径rS，圆心角的圆周上，钢筋合力为T，距形心轴X的距离为ys：

由《混凝土结构设计规范》得：M≤F﹒(yc+ ys)；F=T=fy﹒As

由（8）式得

对于深基坑支护结构中的主要参数计算，一定要充分结合工程所在地的土壤情况，合理选择参数进行计算，方案设计可靠，施工质量才能保证。

2.4 施工注意事项

（1）基坑土方开挖时要保证冠（圈）梁、桩身混凝土强度能够达到设计要求后才能进行。在排桩体内侧进行土方垂直开挖，在此过程中，根据实际情况，可以采取工字钢、土方挡板和堆砌砂包等加强措施来抵挡土壤[2]。

（2）在邻近深基坑边，开挖一条断面为0.3m×0.3m的明沟，用以预防雨水对施工场地的影响，也利于地表雨水排放。

（3）支护桩间距较近，桩采取间隔成孔，钢筋砼护壁方式施工；为了缩短施工时间，采取砼内加早强剂，以利砼早期强度增加等措施。

（4）深基坑开挖过程中，须对支护桩、土方边坡进行变形观测。

3 结束语

（1）首先，工程在结构设计时 ，深基坑支护工程要与结构设计同时设计。若在场地狭小，四周紧靠现有建筑物，土质较差的条件下，采用支护桩方案时，利用基础桩作为支护桩是一种有效手段，扩大支护桩的技术经济效果。

（2）大部分深基坑支护结构都属于临时性结构，但是其本身的质量直接关乎着整个施工活动的安全性与可靠性，一旦出现安全事故，将会对施工人员的生命安全带来严重影响，进而导致整个工程项目经济效益、社会效益等受到影响。因此，在开展房屋工程建设活动时，需要从项目本身出发，选择科学合理的支护结构，并且要根据深基坑工程的特点进行设计，不断优化设计，保证项目后续施工有序开展和积累宝贵的设计和施工经验。