摘要：文章依托某实际工程边坡基坑支护设计，进行现场钢管桩基坑位移现场监测，并得出研究结论：首先，钢管桩自身材料的刚性决定其承受抗弯能的强度；其次，在受轴心荷载压力下的钢管桩强度计算值与现场实际测量变形值均满足要求；最后，将钢管桩、桩顶上部钢筋混凝土板、侧向压力等多重荷载叠加计算的理论数据（抗倾覆性、抗隆起、抗滑移、嵌固端深度）与实际施工效果的对比均无误差，说明该应用能够在抗滑桩条件不佳的情况下，钢管桩在复合叠加作用力下能充分发挥限制边坡滑移变形。

　　关键词：深基坑支护；强度；钢管桩；抗弯；多重荷载叠加；滑移变形

　　城市快速发展，主干道行人过街流量增大，新建地下通道必不可少。在岩土工程建设设计中，深基坑支护设计是一个重要环节，场地空间受限的情况下，采用钢管桩进行岩土深基坑支护是较好的手段。钢管桩直径较小，一般在70~300mm，长细比值较大。采用潜孔钻成孔后放入钢管压力注浆成桩，具有承载力较高，连接上部钢筋混凝土板地基适应能力强、振动小的优点。

　　贵阳市观山湖区新增地下通道，场地区域周边环境复杂，场地四周煤气管线、电缆线、通信线分布贯穿整个场区，受现场条件限制，没有放坡空间。钢管桩以其自身的优点在基坑边坡设计岩土工程中越来越受到重视，但相关经验较少，且无相关的规范标准可查，一般都是根据工程经验来设计，单独的钢管桩来作为抗滑桩使用案例也逐渐增多，但采用钢管桩接受上部多重叠加荷载，及侧向岩土压力复杂应用的案例研究基本没有。文章分析贵阳观山湖区某地下通道基坑支护工程，采用钢管桩及桩顶上部60~80cm厚钢筋混凝土板连为一体的支护方式在基坑边坡（抗倾覆性、抗隆起、抗滑移、嵌固端深度）及在受轴心荷载压力下的钢管桩强度变化进行了岩土工程设计应用研究分析，以便为以后相似基坑工程支护设计和施工提供参考与帮助。

　　1概况

　　1.1工程概况

　　贵阳市观山湖区某人行地下通道工程位于黔灵山路与龙泉苑街交叉路口，北向为在建的恒大滨湖左岸楼盘，东北方向为贵州省环境监测中心站，东南方向为世纪金源国际财富中心。基坑支护设计主要确保在通道开挖过程中不影响路面行车使用，场地四周煤气管线、电缆线、通信线分布贯穿整个场区，受现场条件限制，没有放坡空间。本龙泉地下通道基坑边坡最大高度为11.6m，本项目无地下水。

　　1.2边坡岩土构成及参数

　　根据实际地勘钻探结果，地上覆土层为素填土（Qml），土层厚度0~3.0m，下伏基岩为三叠系中统松子坎组（Tsz1+2）薄-中厚层泥质白云岩，岩层产状100。∠23。。场地基岩发育有两组节理较发育，结构面结合差-一般，节理裂隙张开度1~3mm，表面粗糙，一般无充填或泥质胶结。节理产状J1产状160。∠78。；节理产状J2产状278。∠84。，节理密度为1~3条/m。各岩土层的构成特征如下：

　　（1）素填土（Qml）：杂色，主要由修建黔灵山路路基换填处理的碎石、块石夹粘土组成，回填时间大约10年，已完成固结，分布在场区范围内，硬质含量约50%~70%。粒径2~10cm。结构密实，厚度约1.2~6.5m，厚度和深度在水平方向变化不大、竖向变化也不大，地基沉降变形均匀性好。

　　（2）基岩：场地下伏基岩为三叠系中统松子坎组（Tsz1+2）薄-中厚层泥质白云岩：灰白色，薄-中厚层，见方解石细脉，泥晶结构，受风化作用影响，节理裂隙发育。岩体以硬性结构面为特征，主要结构面结合程度为结合差-一般。岩体基本质量级别Ⅳ级。岩土参数综合选用如下：

　　素填土γ=19kN/m3，C=8kPa，φ=25。（经验值）；

　　中风化泥质白云岩γ=27.2kN/m3，C=150kPa，φ=35。，frbk=500kPa；

　　岩体等效内摩擦角取经验值52。；

　　结构面（岩层面、节理面）抗剪强度取经验值C=50kPa，φ=18。。

　　1.3岩土基坑边坡支护设计方案

　　本次基坑边坡无放坡空间为保证道路行车不受影响，由主体设计单位在拟开挖区域顶部设置60~80cm厚钢筋混凝土板恢复路面，根据岩土工程勘察报告的参数结合现状分析可能的破坏模式主要为沿边坡回填土层产生圆弧滑动和上部受压产生的局部崩塌。依据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）2009版、《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）对该基坑边坡进行稳定性评价，基坑边坡整体稳定性系数大于边坡稳定性安全系数1.30，考虑到该地下通道为暗挖法，开挖过程中需保护周边地下管线及保持路面交通正常通车，采用φ245×10mm（上部行车段）Q345无缝钢管+挂网喷砼进行支护。钢管分前后两排布置，主通道右侧由于管网密集且离开挖边线很近采用单排布置，钢管左右间距0.5m，钢管桩成孔孔径为280mm，内为245mm的Q345无缝钢管，嵌固长度不小于基底3m；嵌固段钢管在管壁每间隔1200mm处竖直方向，每200mm设置一排φ8mm泄浆孔，呈梅花形布置；坡面采用C25喷射砼面板，厚150mm，φ10 200单层双向，面板上设置泄水孔。如图1。

　　2工艺流程

　　2.1无缝钢管桩制作工艺

　　工艺流程：管坯—检验—剥皮—检验—加热—穿孔—酸洗—修磨—润滑风干—焊头—冷拔—固溶处理—酸洗—酸洗钝化—检验—冷轧—去油—切头—风干—内抛光—外抛光—检验—标识—成品包装。

　　生产中要求检查：①管坯的组织的是否均匀；②成品退火温度是否合适（穿孔加热温度在1230~1250℃合适；35min是加热时间还是炉内时间，炉内时间一般在60min以上）。③管坯（圆钢）内部是否有裂纹。

　　穿孔的温度、工艺调整也不容忽视，若穿孔温度低、调整不当，也会造成毛管内部组织的撕裂。

　　2.2钢管桩施工工艺

　　①首先是测量位置工作，将设计的位置进行测量放线；②根据设计图纸将钢管桩的位置进行具体定位，桩位偏差不得大于50mm，桩径偏差不得大于4%，垂直度不超过1%；③机械成孔钻孔；④旋挖成孔后需要清孔，根据规范要求孔底沉渣厚度不大50mm；⑤安装下放已制作完成的钢管桩，钢管伸入至冠梁顶部，便于接入注浆管；⑥安装注浆管；⑦拌制C30混凝土；⑧待灌注的钢管桩孔应经检查合格后方能进行桩芯混凝土灌注，桩身混凝土，每连续灌注0.5~0.7m时，应使用插入式振动器振捣密实一次。桩身混凝土灌注过程中应采样做混凝土试块；⑨施工过程中需要随时检查施工的记录，并对照规定的施工工艺对每根工程桩进行质量评定，检查重点是水泥用量、桩长、桩径、注浆、压力、石子级配等。

　　3研究应用计算及分析

　　根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021－2001）、《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）等进行岩土工程设计研究应用分析。

　　3.1无缝钢管桩无轴心压力计算

　　本次计算支护结构安全等级为二级，基坑深度为7.7m，嵌固到基岩深度为3m，支护结构重要性系数取γ0=1.0，选用材料类型为型钢Q345无缝钢管φ245×10.0mm，抗拉、抗压和抗弯设计值f取305MPa，抗剪fv取175MPa，截面塑性发展系数取1.05，桩间距为0.5m，桩顶的上部荷载取35kPa。素填土层厚2m，重度19kN/m3，粘聚力C=8kPa，内摩擦角25。；中风化岩石重度27.2kN/m3，粘聚力C=150kPa，内摩擦角35。。无缝钢管桩不受轴心压力情况计算分为以下四步：（1）整体稳定性验算；（2）抗倾覆稳定性验算；（3）抗隆起验算；（4）嵌固段基坑内侧土反力验算。

　　3.1.1整体稳定验算

　　整体稳定验算采用计算方法：Bishop法应力状态，如图2。

　　经过圆弧滑动法计算选择滑动最危险断面得知圆弧半径R=12.604m；圆心坐标X=-1.228m；圆心坐标Y=9.518m。整体稳定安全系数Ks=5.491＞1.20（安全系数），满足规范要求。

　　3.1.2抗倾覆稳定性验算

　　通过抗倾覆稳定性公式计算抗倾覆安全系数Ks=13.698≥1.200，满足规范要求。

　　3.1.3抗隆起验算

　　通过对支护底部验算抗隆起得知结果Ks=31.118≥1.600，抗隆起稳定性满足要求。

　　3.1.4嵌固深度计算

　　嵌固深度构造依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120—2012，嵌固深度对于悬臂式支护结构ld不宜小于0.8h。通过计算得到ld=0.850m。本次嵌嵌固深度ld取3.000m＞0.850m，满足要求。

　　3.1.5嵌固段基坑内侧土反力验算

　　通过规范计算公式得出Ps=35.605≤Ep=6541.684，土反力满足要求。

　　式中：Ps为作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力，kN；Ep为作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力，kN。

　　通过以上的四种计算方式Q345无缝钢管在无轴心压力情况下，该支护方式满足要求。

　　3.2钢管桩上部行车轴心受压状态下的强度

　　此段上部冠梁和钢筋混凝土板相连接，便于顶部通车正常。根据主体设计单位提供的上部行车对钢筋混凝土板和钢管桩的共同作用力，钢管受到的综合轴心压力180kN，弯矩66.9kN·m。根据无轴心作用力下侧向边坡产生的最大弯矩24.2kN·m，方向同钢筋混凝土板对钢管的作用方向一致。故钢管受到最大弯矩为89.3kN·m。又依据《钢结构设计规范》GB 50017—2017中的第7.1.1公式σ=N/A≤f，第7.2.1公式中的N/ΦAf≤1.0和第8.1.1条和8.2.1-1条公式：

　　进行下面各参数计算：

　　（1）弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数φx的计算

　　弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数φx=0.617

　　（2）其他计算参数：

　　在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量

　　截面塑性发展系数gx=1.15；

　　参数N′Ex==1339.8kN。

　　将以上计算代入第8.1.1条和8.2.1-1条公式得出：

　　由上3.1-3.2在受轴心荷载下和不受轴心荷载两种模式下，Q345无缝钢管桩厚度245×10mm均满足要求。
       3.3边坡监测

　　整段边坡按岩土工程相关规范沿坡顶每隔一定距离设置变形观测点，对边坡变形进行监测，监测频率在施工期间三天一次，边坡位移及沉降监测报告表明，施工及竣工后边坡无位移，满足规范要求。

　　4结束语

　　首先，针对贵阳地区观山湖区岩土地层的特点，采用无缝钢管桩的岩土设计支护形式能够取得良好的支护效果。岩土设计成果表明无缝钢管桩的抗弯强度大，承受能力强。

　　其次，此次岩土工程设计研究计算与分析无缝钢管桩受到上部过车的轴线压力对钢管桩增加弯矩和轴心压力，通过计算钢材Q345直径厚度大小245×10mm的无缝钢管桩从理论上来是满足要求的，通过开挖过程中设置的观测点与每天的实测观测数据无位移，实际效果比理论上更加安全可行，各数值均满足要求。

　　最后，岩土工程设计中将钢管桩、桩顶上部钢筋混凝土板、侧向压力等多重荷载叠加力组合计算得到的理论数据（抗倾覆性、抗隆起、抗滑移、嵌固端深度）通过实际观察应用与研究对比该应用可行成功，说明在场地不能使用抗滑桩条件下，钢管桩可以承受上部荷载和基坑边坡水平滑动推力等复合叠加作用力，并能充分发挥限制边坡滑移变形及抗压作用。

　    参考文献：

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　　［2］綦帅帅.讨论岩土工程施工中深基坑支护问题［J］.江西建材，2019（10）：166+168.

　　［3］燕朝阳.基于岩土工程中的深基坑支护设计问题和对策探讨［J］.城市建设理论研究（电子版），2018（3）：102-103.

　　［4］韩嘉隽，冯佳慧.岩土工程深基坑支护施工技术措施的思考［J］.建材与装饰，2018（3）：9.