小净空预制U型通道抗浮桩研究与应用

小净空预制U型通道抗浮桩研究与应用

梁治建、张颖、王瑞萍

（南京同力建设集团股份有限公司   210046）

[摘  要]：位于地下水丰富地区，地下结构需要进行抗浮设计，常见的抗浮措施采用增加结构自重、结构底板设置钻孔灌注桩等。位于南京河西地区的西城路采用钢筋混凝土U型通道结构下穿城市桥群，面临低净空、预制通道顶推就位等制约条件研究了后结构施工的钢管钢筋混凝土复合型抗浮桩、桩顶通过T型桩帽与通道底板连成一体的顶推预制段U型通道抗浮结构及抗浮桩布置、分节施工技术等内容，该技术的成功应用提高了西城路的使用寿命，降低了维修成本。

[关键词]：低净空  预制U型通道  复合型抗浮桩  分节施工

1.项目概况

西城路建设南起雨润大街K0+000，北至兴隆大街K3+955.473，贯穿新城科技园，东部紧邻南河风光带，路线全长3955.473m。西城路下穿通道段依次下穿地铁十号线、河西大街立交C匝道、河西大街立交B匝道、河西大街地面桥梁（南河引桥）右幅、河西大街高架桥、河西大街地面桥梁（南河引桥）左幅、河西大街立交B匝道；下穿段落全部采用钢筋混凝土U型槽结构。本通道左右分幅，左幅起点LK0+030，通道终点LK0+220；右幅起点RK0+030，通道终点RK0+220；主线通道长190m。主线U型槽槽壁厚60cm。底板厚70cm。

下穿河西大街地面桥梁部分U槽，由于桥下净空高度较小，不具备支护及开挖施工条件，为此采用预制顶推施工。在河西大街地面桥梁南北侧，分别设置工作坑，预制22mU型槽结构，然后利用工作坑滑板靠背进行顶进作业。

图1   项目地理位置

2.工程水文地质及周边环境

2.1工程地质

①-1层杂填土：层厚 0.40m，层底标高为 6.830m。杂灰色，松散～稍密，主要由混凝土块、碎石、建筑垃圾等与粘性土混合组成，局部为混凝土地坪，硬质物含量40～60％，粒径一般2～9cm，部分大于15cm。

②-2层淤泥质粉质粘土夹粉土：层厚9.00m，层底标高为-6.670m。灰～褐灰色，流塑，含植物碎屑及云母碎片，夹有较多层面及薄层粉土，夹层厚度一般0.5～20cm，局部呈“千层饼”状，水平层理发育。摇振反应缓慢，稍有光泽，干强度中低，韧性中等。

②-3层淤泥质粉质粘土与粉土互层：层厚8.80m，层底标高为-15.470m。灰～褐灰色，淤质粉质粘土呈软～流塑状，粉土呈稍密状，很湿，含少量植物碎屑，夹大量粉砂薄层，层厚2～20cm，“千层饼”状，水平层理发育。摇振反应中等～迅速，无光泽，干强度低，韧性低。

②-4层粉细砂：灰色，密实，含云母碎片。层顶埋深 28.2~32.5m，未钻穿。

岩土层力学性能参数    表2

2.2水文地质

①地表水

地表塘水、河水补给来源主要为大气降水和周围生产、生活用水的排放，与拟建道路东侧的南河有水利联系，以径流和蒸发为主要排泄方式（和地下水呈互补关系），水位受泵站调整和控制。

②场地地下水

长江漫滩是南京市地下水最为丰富的地段，经勘察揭示，场地地下水分为潜水和承压水。

潜水含水层由①层人工填土、②-1、②-2、②-3层软弱粘性土构成含水层组。

人工填土层密实度差，其间的大孔隙往往成为地下水的赋存空间，且富水性及透水性较好，属弱透水层，雨季水量较丰富。

新近沉积的②-1、②-2和②-3层粘性土饱含地下水，但给水性较差、透水性弱，属微~弱透水地层。

南京地区地下水最高水位一般在7~8月份，最低水位多出现在旱季12月份至翌年3月份。

野外勘探时间为2018年6月，勘察期间有降雨，量测的潜水稳定水位埋深在地面以下0.10~3.90m之间，高程为5.01~6.98m（吴淞高程系）。场地地下水主要接受大气降水的入渗补给，以垂直蒸发和径流方式排泄。水位受季节性变化影响较大，年变化幅度在1.0m左右。承压含水层为覆盖层下部②-4层密实粉细砂。其相对隔水顶板为上覆粘性土。该含水层富水性好，透水性强，属透水地层。

3.抗浮桩设计

因本工程地处南京河西地区，为软土地层，周边水系发达，U型通道受地下水影响较大，特别是雨季汛期，通道所受上浮力大，仅靠通道自身结构无法满足抗浮要求，采取合理可行的抗浮稳定措施是保证后期道路安全运行及使用寿命的必要条件。

3.1抗浮锚杆静压桩构造

本工程下穿通道预制顶推段因净空不足及顶推施工工艺，无法采用钻孔灌注桩作进行抗浮，设计采用在U型通道顶推就位后，采用静压方式施工抗浮桩。抗浮桩结构设计如下：

设计在U型通道预制过程中预留抗浮桩压桩孔，抗浮桩桩体由钢管桩内置钢筋C20混凝土组成，桩尖设置成尖头，桩帽后浇C40微膨胀混凝土与底板连成一体。钢管桩采用D325x8，设计桩长27.50m，设计压桩力满足350KN。

图2   抗浮锚杆静压桩构造图

3.2抗浮桩布置

每段预制U型通道长22m，结构外宽9.2m，内宽8m，底板厚700mm，侧墙厚600mm，侧墙高3.796m。

图3   预制U型通断断面图               图4   双向顶推U型通道俯视图

预制U型通道自重：GU=(0.6*3.796*2+0.2*0.2/2*2+9.2*0.7)*22*24

=5826.59kN

单桩自重：

G1=78.5*(3.14*0.325*26.5+3.14*0.325/2*1.01)*0.008+(3.14*(0.325/2)2*26.5+3.14*(0.325/2)2/3)*24+((0.475+0.375)/2*0.7+1*1*0.2)*24

=82.64 kN

单桩抗拔摩阻力：F阻=3.14*0.325*(5*12.5+8.8*14.7+12.7*27)/2+ 3.14*0.325/2*1.01*27/2

=279.82kN

抗浮稳定性计算公式如下：

GK/NW,K≥kw

式中：GK——建筑物自重及压重之和（kN）

Nw,k——浮力作用值（kN）

kw——抗浮稳定安全系数，取1.15。

GK= GU+N*(G1+F阻)=5826.59+362.46*N

NW,K=9.2*22*10*4=8096kN

N≥9.6

所以，每段顶推预制U型槽段底部设置10根抗浮桩，横断面布置图见图5，纵向间隔4m布置。

图5    抗浮锚杆静压桩断面图

4.复合型抗浮桩施工技术要点

（1）工艺流程

图6   锚杆静压桩工艺流程图

（2）施工技术要点

1）测量定位、预留定位桩孔：在预制U型槽底板时，按设计位置预留抗拔桩定位桩孔。

图7   预制U型槽底板预留抗浮桩孔         图8   预留抗浮桩孔平面图

2）预埋锚杆：规格Φ27×600，全丝杆，按图9、图10结构详图提前加工完成，锚杆按图7、图8定位焊接在底板钢筋上，以利于固定压杆架，U型槽底板混凝土浇筑振捣时注意对爪肢锚杆的保护。

图9   爪肢锚杆大样1             图10   爪肢锚杆大样2

图11   锚杆预埋

3）预制U型槽顶推就位：在顶推工作坑内完成U型槽结构预制现浇施工，采用液压顶推法，将预制完成后的U型槽结构缓慢的顶推至就位区。

4）固定压桩架和千斤顶：压桩施工前，在爪肢锚杆上用螺帽固定压桩架，保持桩架垂直。将第一节桩放入预留孔内，要求使千斤顶与桩身尽可能垂直。

5）压桩、接桩：底管制作成1米桩尖+1米钢管节段，接桩钢管制作成每节2米节段，接长钢管桩，反力架支撑到位，放入第一节尖桩，桩顶垫上6CM厚的钢板，放上千斤顶，启动压机加压，将第一节桩下压，吊放第二节桩，两桩接口处对好，接口处采用20cm长外套管（Ф350×8钢管）固定接口，使上下节桩垂直，中心处于同一直线上，采用电孤焊焊接外套管与上下节钢管桩，完成接桩。如此循环至压桩力到后，单桩施工结束。

图12    压桩施工                 图13    接桩施工

6）钢筋笼制作：钢筋笼分节制作，2米一节，每节下放，节与节之间保持垂直，焊接连接。

图14    下放钢筋笼

7）浇筑混凝土：钢筋笼下放到位后，浇筑C20混凝土，混凝土坍落度控制在18~22cm，初灌量保证将导管一次埋入混凝土以下0.8m以上，后续浇筑中，导管埋深控制在2~4m，混凝土应连续浇筑。

8）封桩：桩体混凝土强度达到要求后与U型槽底板浇筑一体。桩头模板规格1000×1000×200，以7Φ20的钢筋做成“п”型水平交叉，植入底板中，用C40微膨胀砼灌满并振实，与U型槽浇灌形成一体。

图15   桩头封桩

5.顶推段通道运行监测

在下穿通道运行期进行了后续的跟踪监测，从监测结果来看，下穿通道在运行期稳定性能满足设计及规范要求。

通道运行期间竖向位移监测情况   表3

地面道路检测情况    表4

6.结束语

因工程地处南京河西地区，位于长江漫滩地区，周围水系发达，地下水丰富，U型通道结构受地下水影响大，需考虑使用期间浮力对通道及地面道路的正常使用的不利影响。结合低净空、预制U型通道顶推施工等因素后，对预制顶推段抗浮设计采用分节施工的复合型静压锚杆桩，根据全年最高地下水位计算通道所受最大浮力，确定每段通道布置均衡布置10根抗浮桩，并结合现浇段采用钻孔灌注桩抗浮，以达到整个西城路下穿通道抗浮稳定要求。本技术成功解决了施工难题，并在西城路通车后，对通道运行状态进行一段时间的监测、检测，道路沉降满足要求，路面状况良好。该技术的成功应用为以后类似工程施工提供借鉴。

参考文献

1. GB 50007 2011 建筑地基基础设计规范[S]
2. 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京:中国人民交通出版社,2010
3. 周倩茹.城市地下隧道抗浮设计与分析[M]. 上海:城市道桥与防洪,2019