软土地质承台深基坑预留核心土开挖施工关键技术

唐永顺，李波

（中交第二航务工程局有限公司，武汉430014）

1 引言

承台基础已经在国内外公路、市政、铁路桥梁等领域广泛应用，对于开挖深度范围为软土地质条件下的埋入式桥梁深基坑承台施工，通常采用钢板桩支护开挖方案，承台底被动区土体加固通常采取水泥搅拌桩等加固处理，或采用一道或数道临时钢围檩、钢支撑支护开挖。深基坑支护开挖作为埋入式深基坑承台施工的关键部分，被许多学者研究，然而大量的参考文献主要针对支护钢结构设计优化，以利于施工。也有一些参考文献对被动区土体加固进行研究，但也仅仅是针对被动区土体采用何种地基处理展开探讨，但对于软土地质条件下的埋入式桥梁承台深基坑开挖施工能否有更优的解决办法研究甚少。

2 被动区土体加固方案比选

从结构组成、施工难度、便捷性、工期、经济性、适用性等方面综合对比分析水泥搅拌桩加固、临时钢围檩支撑、预留核心土混凝土拱形支撑3 大类型方法的优缺点。

从表1 中的分析可见，对于被动区土体加固有水泥搅拌桩加固、临时钢围檩支撑、预留核心土混凝土拱形支撑等3 类方法，水泥搅拌桩加固、临时钢围檩支撑消耗工期长、成本高，而预留核心土混凝土拱形支撑特别适用于软土地质条件的埋入式桥梁深基坑承台施工，施工便捷，工期短、成本低等。

表1 被动区土体加固方案比选

3 工程实例

智慧城檀军公路道路及桥梁工程跨越通顺河，西起中山湖路，东至通顺大道，全长3 598.9m，其中桥梁段长1 779m，全线设置双向六车道，新建桥梁宽33.5m，道路红线宽50m。

全线桥梁墩柱承台共118 个，均采用矩形形式。其中25#～30#承台位于规划通顺河河道，承台开挖深度最深为7.9～8.4m（30#承台开挖深度为8.4m），左右分幅，共12 个承台，单个承台尺寸9.4m×9.4m 或7.5m×7.5m，承台厚3.0m。25#～30#承台基坑采用预留核心土钢板桩支护开挖施工。

3.1 地质条件

根据详勘资料分析，钢板桩围堰涉及土层及特性取值如下：

1）素填土：厚度4m；重度γ=19.8kN/m3；黏聚力c=15；内摩擦角φ=10°；水平抗力系数m=4 000kN/m4；

2）淤泥质粉质黏土②-1：厚度11.3m；γ=17.6kN/m3；c=14；φ=6°；m=2 736kN/m4；

3）粉质黏土②-2：厚度1.5m；γ=19.7kN/m3；c=24；φ=13.8°；m=4 828.8kN/m4；

4）粉质黏土②-3：厚度3.0m；γ=20.50kN/m3；c=24；φ=13.8°；m=4 828.8kN/m4。

3.2 关键工艺

预留核心土承台深基坑支护开挖技术包括预留核心土开挖、混凝土拱形支撑两大核心部分。

开挖深度范围为软土地质条件埋入式深基坑承台开挖施工工艺流程：施工准备→测量定位→导向架安装→插打钢板桩至设计标高→基坑开挖，开挖至第一层围檩以下0.5m安装围檩支撑→开挖至第二层围檩以下0.5m 安装围檩支撑→预留核心土开挖至设计承台底高程以下0.5m 施工拱形内撑混凝土→等混凝土达到强度后开挖核心土并浇筑核心土区域垫层混凝土→承台施工[1]。

3.3 受力分析

选取受力最不利工况30#承台基坑，运用MIDAS 建立整体模型计算。

边界条件：外荷载沿单元法向加载；围檩与钢板桩之间采用只受压弹簧模拟；钢管支撑与围檩之间采用刚性连接，模拟焊接效果；岩土对钢板桩的被动作用以弹性地基梁理论等效为一般弹簧单元[2]。

3.3.1 预留核心土开挖至基底围堰受力计算

安装完第二道支撑，预留核心土，基坑四周开挖至基底时，整体模型应力云图如图1 所示。围堰整体模型变形云图如图2 所示。

图1 围堰综合应力云图（单位：MPa）

Q390bz 材料：钢板桩强度：σmax=112MPa＜f=335MPa；板桩刚度：σmax=5.89mm＜L=3 000/400=7.5mm。

Q235b 材料：支撑围檩强度：σmax=195MPa＜f=205MPa；支撑围檩刚度：σmax=4.66mm＜L=5300/400=13.25mm。

因此，整体计算各构件刚度、强度均能满足规范要求。

3.3.2 混凝土拱形支撑受力计算

拱形支撑混凝土浇筑后达到一定强度、核心土全部挖除后，采用混凝土圈梁作为临时围檩，计算圈梁强度：

第一主应力为P1=1.31MPa＜1.43MPa，圈梁抗拉强度满足规范要求；

第三主应力为P3=5.22MPa＜14.3MPa，圈梁抗压强度满足规范要求。

3.4 现场实施效果

软土地质预留核心土承台深基坑支护开挖方法相比传统工法化繁为简，混凝土拱形内撑结构简单，各部分均取材自常见材料，施工成本低、强度高，适用于开挖深度范围为软土地质条件下的埋入式深基坑承台施工，大幅度提高工效的同时节约了大量的型材、混凝土等措施项目费用，取得了预期的经济效益。

4 结语

软土地质预留核心土承台深基坑支护开挖方法，巧妙地利用了被动区土体自身质量产生的土体压力弥补了土体强度不足的问题，再巧妙利用混凝土拱形内撑解决基坑开挖到底后最下面一层内部支撑受力问题，软土地质预留核心土承台深基坑支护开挖方法相比传统工法，化繁为简，大幅度提高了施工功效，节约了措施用材，对类似软土地质深基坑支护开挖施工有较大的借鉴作用。