淺談鋼管樁支護在軟土地層市政下穿隧道基坑中的應用

喻旻天

本文結合市政下穿隧道工程實例，利用鋼管樁結構的質量穩定性和可回收利用性，為濱海地區軟土地層較厚的地質情況下，提供一種兼具安全性和經濟性的基坑支護方案。

一、工程情況介紹

本工程位于廣東省珠海市西部核心城區，為市政道路工程，道路全長370m，道路等級為支路。本工程包含一座230.7m長雙向兩車道下穿隧道，隧道閉口段結構總寬10.6m，隧道基坑深度7.2m。

本工程隧道下穿通過人工湖與湖中在建的市民藝術中心地下結構連接。道路南側為已完成地下結構、地上結構在建的大型商業辦公綜合體，地下結構距離本工程支護15.67m；北側為已開挖基坑正在施工地下結構的高級酒店及已建成使用的政府辦公樓，基坑采用SMW工法樁工藝，距離本工程支護18.6m。本工程開工前，因北側酒店基坑施工已造成本工程場地現狀臨時路開裂下沉，局部下沉超過1m。

二、工程地質條件

本工程場地地質條件較差，由上至下地層依次為素/沖填土、淤泥、淤泥質土、粉質粘土、礫質粘性土、全風化花崗巖。其中淤泥層平均厚度17.3m，飽和，流塑，含水量62.2%，直剪快剪法測得黏聚力4.5kPa，內摩擦角2.6°；淤泥質土層平均厚度15.5m，含水量46.1%，飽和，流塑，直剪快剪法測得黏聚力7.1kPa，內摩擦角5.2°。

三、鋼管樁支護設計方案

鋼管樁作為支護結構在珠海地區過往只有在海上施工橋梁承臺等大型構筑物時作為止水鋼圍堰時使用。因鋼管樁支護主要經濟性優勢在于其鋼管可回收利用，因此打拔鋼管樁的難易度和拔出后鋼管樁的磨損變形情況均對使用成本造成影響。海上施工時，作為臨時支護結構使用時間短，經簡單防腐處理后，海水腐蝕對鋼管影響小，鋼管在海水及海底土層內打拔容易，適合作為水上施工圍堰使用。

鑒于本工程地質以淤泥及淤泥質土層為主，同樣具備輕易打拔鋼管樁條件，且耐腐蝕性和止水要求均較海上要求低。本工程采用材質為Q345B的Φ830×12mm鋼管，樁間距1.08m，最深處樁長42m，樁端穿透淤泥質土層進入粉質黏土層3m至5m。鋼管樁按20m/22m長度在工廠內加工，經驗收合格后運輸至施工現場焊接。為避免因焊接質量問題，連接位置成為鋼管樁薄弱點帶來的安全隱患，鋼管樁施工時相鄰鋼管樁間接縫位置須上下錯開2m。為增加鋼管剛度避免局部因受力不均勻發生變形，考慮到鋼管內設置縱肋將增加加工難度和不利于鋼管打拔，本工程在鋼管樁打入后基坑開挖之前，將樁頂12m范圍鋼管內淤泥土抽出，換填并密實中粗砂以減小鋼管變形風險。

鋼管間通過鎖扣相連。鎖扣鋼管樁圍堰常用的鎖扣形式有 T-C 型、T-L 型及 C-C 型，優缺點對比如下表所示。

類型 優點 缺點T-C型 構造簡單，止水性能中等 材料用量較大T-L型 止水性能最佳 兩側L型角鋼需增設連接件，構造復雜C-C型 構造簡單 材料用量大，止水差

鑒于本工程位于陸地上，淤泥土透水性差、鋼管間止水要求低，樁間鎖扣采用T-C型，由φ180×10mm無縫鋼管+I16工字鋼組成。

樁間鎖扣僅在樁頂以下20m范圍設置。樁間鎖扣與鋼管樁在現場加工，需具備一定強度及剛度的型鋼組成專用胎架。鋼管樁鎖扣焊接先采用連續電焊后，再實施滿焊，焊縫厚度不小于10mm，每隔 1.5m 焊接10mm厚的加強鋼板，用以連接鋼管樁和鎖扣鋼管，鋼管樁鎖扣焊接加工完成后，對兩側鎖扣用兩根2m至3m的短樁作通過試驗，以2至3人拉動通過為宜。鎖扣通不過或樁身有彎曲、扭曲等缺陷，采用冷彎，熱敲（溫度不超過1000℃），焊補、鉚補等方法加以整修。

本工程支護內支撐采用常規腰梁+橫撐體系。橫撐設置2道，橫撐采用無縫鋼管，尺寸為D600x12mm，腰梁采用H580×600×28/35型鋼。

四、鋼管樁與目前市政隧道主要基坑支護方式對比

目前，珠海地區市政下穿隧道主要基坑支護方式為鉆孔灌注樁+樁間高壓旋噴止水樁和SMW工法樁。

鉆孔灌注樁+樁間高壓旋噴止水樁支護主要通過鋼筋混凝土灌注樁作為主要受力結構，樁間高壓旋噴樁進行止水。其主要優勢在于基坑整體穩定性佳，對周邊構筑物保護效果好，可通過多種方式檢測成樁質量以確保施工安全。但缺點為施工工期較長，經濟性差，且支護結構屬永久結構，將導致下穿隧道兩側地面輔道出現差異沉降。

SMW工法樁支護主要通過在水泥攪拌樁帷幕中插入H型鋼作為支護主要受力材料。其主要優勢在于施工快，經濟性好。但由于該支護方式施工質量與施工水平關系較大，且無可靠手段對該支護形式的施工質量進行檢測，軟土地層較厚的區域采用該支護方式的基坑多次出現變形、垮塌等安全事故。

鋼管樁支護與以上兩種支護形式相比均有明顯優勢：

鋼管樁支護的造價顯著低于鉆孔灌注樁+樁間高壓旋噴止水樁支護，且施工后鋼管樁拔出，避免鉆孔灌注樁形成永久結構導致隧道兩側道路縱向開裂；鋼管樁在工廠制作后現場拼接，樁長檢測和成樁質量控制均好于SMW工法樁，鋼管樁支護與鉆孔灌注樁及SMW工法樁的造價比較見下表：

支護類型 估算造價（10m，雙側，未包含內支撐）42mφ830×12mm鋼管樁@108cm+20mT-C型鎖扣 72.3萬元42mD100cm鉆孔灌注樁@120cm+25mD60mcm高壓旋噴止水樁 129.0萬元42mHN700×300×13×24mmH型鋼+25mD85cm三軸水泥攪拌樁 64.8萬元

五、結語

通過結合工程實例，將以往在海上作為圍堰使用的鋼管樁支護運用于軟土地層較厚區域市政下穿隧道基坑，為市政隧道基坑建設提供了更具安全性和經濟性的新選擇。