深基坑側(cè)穿高架橋橋臺(tái)的施工技術(shù)

牟朝東

(中鐵二局成綿樂(lè)鐵路工程指揮部，四川成都　610211)

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深基坑側(cè)穿高架橋橋臺(tái)的施工技術(shù)

牟朝東

(中鐵二局成綿樂(lè)鐵路工程指揮部，四川成都610211)

摘要:結(jié)合某深基坑側(cè)穿高架橋橋臺(tái)的工程實(shí)例，分析了基坑降水、開(kāi)挖對(duì)橋臺(tái)的影響，提出了減弱深基坑施工對(duì)橋臺(tái)不利影響的工程措施，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料，總結(jié)出了深基礎(chǔ)施工對(duì)橋臺(tái)影響的基本規(guī)律。

關(guān)鍵詞:深基坑，橋臺(tái)，基礎(chǔ)沉降，基坑降水

隨著我國(guó)交通建設(shè)的不斷發(fā)展，地面交通工程與地下交通工程交叉的情況越來(lái)越多［1，2］，其中不乏地下交通工程從既有高架橋側(cè)面穿過(guò)的情況。在這種情況下，如果兩者相距較近，地下工程施工將對(duì)臨近高架橋產(chǎn)生一定影響。在此條件下，采取有效的工程措施減弱地下工程施工對(duì)臨近高架橋的不利影響，確保高架橋在施工期間的正常使用成為地下工程施工中必須重點(diǎn)解決的技術(shù)問(wèn)題。本文以成綿樂(lè)客運(yùn)專(zhuān)線雙流機(jī)場(chǎng)隧道段側(cè)穿機(jī)場(chǎng)高速公路3號(hào)橋橋臺(tái)段為例，對(duì)地下工程施工期間采取的確保臨近高架橋正常使用的工程措施進(jìn)行介紹。文中所述工程措施及依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料得到的結(jié)論對(duì)類(lèi)似工程施工有較強(qiáng)的借鑒意義。

1　工程概況

成綿樂(lè)客運(yùn)專(zhuān)線雙流機(jī)場(chǎng)隧道地處成都市雙流縣，長(zhǎng)6 470 m，采用明挖順作法施工。隧道DK175+400～DK175+450段側(cè)穿機(jī)場(chǎng)高速公路，該區(qū)段明挖隧道基坑距既有機(jī)場(chǎng)高速公路3號(hào)橋橋臺(tái)的水平距離為12 m～25 m，基坑與橋臺(tái)的平面位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1　隧道與橋臺(tái)平面位置關(guān)系圖（單位：m）

本段隧道基坑深20．4 m，上部1．5 m采用1∶1的坡率放坡開(kāi)挖，下部18．9 m在施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)后進(jìn)行直立開(kāi)挖。圍護(hù)結(jié)構(gòu)由圍護(hù)樁和內(nèi)支撐組成，圍護(hù)樁樁徑1．2 m，樁距2．4 m，樁長(zhǎng)22．9 m;內(nèi)支撐由三道φ609 mm的鋼管支撐(壁厚14 mm，水平間距5 m)和一道鋼筋混凝土支撐(寬0．8 m、高1．0 m，水平間距10 m)組成。

機(jī)場(chǎng)高速公路3號(hào)橋?yàn)檫B續(xù)梁橋，橋臺(tái)基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，樁底標(biāo)高比基坑底面標(biāo)高高2．33 m。基坑開(kāi)挖前以圍護(hù)樁冠梁作橋臺(tái)在基坑上方現(xiàn)澆鋼筋混凝土板梁作便橋以維持基坑開(kāi)挖至回填結(jié)束期間機(jī)場(chǎng)高速公路的正常通行。

2　基坑施工對(duì)臨近橋臺(tái)的影響分析

該段隧道的施工順序?yàn)?降水井施工→基坑上部放坡段開(kāi)挖→圍護(hù)樁施工→冠梁施工→便橋施工→基坑降水→基坑直立段開(kāi)挖及內(nèi)支撐架設(shè)(一直開(kāi)挖到坑底)→主體結(jié)構(gòu)施工。基坑直立段開(kāi)挖及主體結(jié)構(gòu)施作期間進(jìn)行基坑降水，保證地下水位在開(kāi)挖面以下0．5 m～1．0 m?；邮┕た赡軐?duì)臨近橋臺(tái)產(chǎn)生下列主要不利影響。

2．1基坑降水引起橋臺(tái)沉降

該區(qū)段鉆探揭示的基坑深度內(nèi)的地層由上至下分別為:①人工填筑土，厚1 m～1．5 m;②成都粘土，厚4 m～5 m;③卵石土，厚20 m～22 m，其下為泥巖?；咏邓暗叵滤辉诘乇硪韵? m～5 m，主要降水地層為卵石土層。基坑直立段開(kāi)挖前進(jìn)行基坑降水，要求地下水位在開(kāi)挖面以下0．5 m～1．0 m，隨著基坑開(kāi)挖的不斷進(jìn)行，地下水位最終將降至基坑底面以下0．5 m～1．0 m，即橋臺(tái)樁基底面以下2．7 m～3．2 m?；咏邓鸬牡叵滤幌陆导暗貙又屑?xì)小顆粒流失將使橋臺(tái)與基坑間路面下沉。橋臺(tái)可能因基坑降水產(chǎn)生沉降和受降水漏斗曲線影響產(chǎn)生不均勻沉降。

2．2基坑開(kāi)挖引起橋臺(tái)側(cè)移和沉降

隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，圍護(hù)樁將向基坑內(nèi)側(cè)變形和位移，受其影響圍護(hù)樁外側(cè)土體將向基坑移動(dòng)，在此過(guò)程中橋臺(tái)與基坑間路面將發(fā)生沉降。如果圍護(hù)樁變形和位移過(guò)大，還可能引起橋臺(tái)位移。按照朗肯土力學(xué)理論，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)未失穩(wěn)情況下，由圍護(hù)樁變形和位移引起的樁后土體位移區(qū)地表寬度為［3，4］:

其中，Hg為地表至圍護(hù)樁底高度，m;φ為地表至圍護(hù)樁底高度范圍內(nèi)地層的加權(quán)平均內(nèi)摩擦角，(°)。

本例中地表至圍護(hù)樁底高度為24．4 m，該深度內(nèi)地層的加權(quán)平均內(nèi)摩擦角為36°，則:

由圍護(hù)樁變形和位移引起的樁后土體位移區(qū)影響范圍如圖2所示。

圖2　圍護(hù)樁后土體位移范圍（單位：m）

由圖2可看出:

1)橋臺(tái)樁基未在樁后位移土體范圍內(nèi)，說(shuō)明只要基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不失穩(wěn)，基坑開(kāi)挖引起的樁后土體位移不會(huì)波及到橋臺(tái)。2)橋臺(tái)與基坑間路面在樁后位移土體范圍內(nèi)，說(shuō)明基坑開(kāi)挖引起的樁后土體位移將使橋臺(tái)與基坑間路面沉降。

3　主要工程措施

本文第2部分的分析表明:基坑降水將引起橋臺(tái)及橋臺(tái)與基坑間路面沉降;基坑開(kāi)挖將引起橋臺(tái)與基坑間路面沉降，過(guò)大的基坑變形或失穩(wěn)還可能引起橋臺(tái)位移。為保證基坑施工期間臨近高速公路大橋的正常使用，必須采取措施保證基坑安全，減少基坑降水誘發(fā)的基礎(chǔ)沉降，控制圍護(hù)樁變形引起的橋臺(tái)與基坑間路面沉降。為此，雙流機(jī)場(chǎng)隧道側(cè)穿機(jī)場(chǎng)高速公路3號(hào)橋橋臺(tái)段采取了下列針對(duì)性工程措施。

3．1加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)

為了保證施工期間機(jī)場(chǎng)高速公路交通暢通，在隧道施工前，分別設(shè)置2座臨時(shí)便橋順接機(jī)場(chǎng)高速公路的進(jìn)口和出口?？紤]到基坑開(kāi)挖和基坑降水將對(duì)基坑、臨時(shí)便橋及機(jī)場(chǎng)高速大橋橋臺(tái)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此需對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、臨時(shí)便橋及機(jī)場(chǎng)高速公路大橋距基坑較近的橋臺(tái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)掌握基坑、臨時(shí)便橋、機(jī)場(chǎng)高速大橋橋臺(tái)及橋臺(tái)與基坑間路面的應(yīng)力、位移狀態(tài)，對(duì)其安全性進(jìn)行分析和判斷，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)分析并采取有效措施以減弱基坑施工及地下水位變化對(duì)基坑、臨時(shí)便橋及機(jī)場(chǎng)高速大橋穩(wěn)定性的不利影響。

在本文第2部分分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合雙流機(jī)場(chǎng)隧道DK175+ 400～DK175+462側(cè)穿機(jī)場(chǎng)高速公路段基坑、臨時(shí)便橋、機(jī)場(chǎng)高速公路大橋的特點(diǎn)確定現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，如表1所示。

表1　現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

3．2基坑降水控制

為減弱基坑降水引起的橋臺(tái)基礎(chǔ)沉降，施工中采取了下列措施:

1)降水井布置盡量靠近基坑(距基坑外1 m，為保證基坑降水效果，降水井間距20 m)、遠(yuǎn)離距基坑較近的橋臺(tái)，減少降水漏斗引起的橋臺(tái)不均勻沉降。

2)降水井采用直徑40 cm的無(wú)砂混凝土管，外包兩層無(wú)紡布，以防止降水過(guò)程中地層中細(xì)小顆粒隨水流失引起的橋臺(tái)及地表沉降和不均勻沉降。

3)降水一次性降至各分層開(kāi)挖面(各道支撐底面以下0．5 m、基坑底面以下0．5 m～1．0 m)。設(shè)置自動(dòng)抽水機(jī)，超過(guò)警戒水位時(shí)自動(dòng)抽水，避免水位頻繁波動(dòng)帶走地層中的細(xì)小顆粒。

4)降水過(guò)程中，對(duì)排水含砂率進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況立即采取工程措施。

3．3基坑開(kāi)挖控制

基坑開(kāi)挖嚴(yán)格按“水平分層、縱向分段、隨挖隨撐、及時(shí)支護(hù)”的原則進(jìn)行。每層開(kāi)挖至下道支撐底面以下0．5 m時(shí)及時(shí)施作內(nèi)支撐;基坑開(kāi)挖至基底后及時(shí)施作底板，從而減少?lài)o(hù)樁變形和側(cè)向位移。

3．4應(yīng)急處理預(yù)案

為確?；邮┕み^(guò)程中橋臺(tái)的沉降量、沉降差滿足機(jī)場(chǎng)高速公路管理方的要求，基坑施工前還準(zhǔn)備了下列應(yīng)急處理預(yù)案:

1)在橋臺(tái)樁基周?chē)O(shè)置注漿管。機(jī)場(chǎng)高速公路管理方要求橋臺(tái)的沉降差不超過(guò)5 mm。施工前，在橋臺(tái)每根樁的周邊布置4根注漿管，一旦橋臺(tái)沉降監(jiān)測(cè)值達(dá)到或超過(guò)容許值的0．7倍，立即采用注漿管對(duì)樁基周邊地層進(jìn)行加固。

2)設(shè)置備用降水井。為防止基坑降水引起橋臺(tái)與相鄰橋墩的沉降差超限，在與橋臺(tái)相鄰的橋墩處設(shè)置備用降水井。當(dāng)橋臺(tái)與相鄰橋墩沉降差監(jiān)測(cè)值超過(guò)4 mm時(shí)，立刻啟用備用降水井，通過(guò)橋墩處地層降水減少橋臺(tái)與相鄰橋墩的沉降差。

4　主要影響規(guī)律分析

為進(jìn)一步探求基坑施工對(duì)臨近橋臺(tái)影響的基本規(guī)律并驗(yàn)證上述工程措施實(shí)施后的效果，現(xiàn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料分析如下:基坑施工的主要工況及時(shí)間見(jiàn)表2。主要工況下橋臺(tái)側(cè)圍護(hù)樁的側(cè)向位移如圖3所示。

表2　基坑主要施工簡(jiǎn)況

圖3　橋臺(tái)側(cè)圍護(hù)樁不同工序下側(cè)向位移圖

4．1主要影響規(guī)律

橋臺(tái)沉降量、沉降差歷時(shí)曲線如圖4，圖5所示。

圖4　橋臺(tái)沉降量歷時(shí)曲線

圖5　橋臺(tái)沉降差歷時(shí)曲線

由圖4，圖5可以看出:

1)基坑施工期間橋臺(tái)的最大沉降量、最大沉降差分別為2．5 mm，2．0 mm，均小于容許值(大橋管理單位要求，橋臺(tái)沉降差不超過(guò)5 mm)。這說(shuō)明基坑施工期間，橋臺(tái)是安全的，采取的減弱基坑施工對(duì)橋臺(tái)不利影響的施工措施是有效的。

2)總體而言，橋臺(tái)沉降量、沉降差在60 d以后基本達(dá)到穩(wěn)定，其后的支撐拆除并未引起橋臺(tái)沉降量、沉降差明顯增長(zhǎng)。由圖3可看出:第三、第四道支撐的拆除使圍護(hù)樁側(cè)向位移明顯增大。這說(shuō)明由基坑開(kāi)挖引起的圍護(hù)樁和基坑變形導(dǎo)致的橋臺(tái)沉降量、沉降差很小。這與本文第2部分分析所得的“基坑開(kāi)挖引起的樁后土體位移不會(huì)波及到橋臺(tái)”的結(jié)論是一致的。橋臺(tái)沉降主要是由于基坑降水引起的。

3)在24 d以前，橋臺(tái)的沉降量、沉降差均很小。第20天基坑已開(kāi)挖至坑底以上2．5 m，施工中要求基坑降水后坑內(nèi)地下水位在開(kāi)挖面以下0．5 m～1．0 m，此時(shí)基坑內(nèi)地下水位已比橋臺(tái)樁底標(biāo)高低0．3 m～0．8 m。這說(shuō)明地下水位在降至橋臺(tái)樁基底面標(biāo)高以前，基坑降水引起的橋臺(tái)沉降量很小。

4)在24 d～53 d橋臺(tái)的沉降量、沉降差出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，其后趨于穩(wěn)定。從第20天～第43天基坑從坑底以上2．5 m開(kāi)挖至坑底，此時(shí)基坑內(nèi)地下水位從比橋臺(tái)樁底標(biāo)高低0．3 m～0．8 m降至比橋臺(tái)樁底標(biāo)高低2．8 m～3．3 m。這說(shuō)明地下水位從橋臺(tái)樁基底面標(biāo)高以下降至穩(wěn)定地下水位期間，基坑降水引起的橋臺(tái)沉降量最大。

4．2主要影響時(shí)段

上述分析表明，當(dāng)橋臺(tái)距基坑的距離在按朗肯土壓力理論計(jì)算的樁后位移土體范圍之外時(shí)只要基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不失穩(wěn)，基坑開(kāi)挖引起的臨近橋臺(tái)沉降量很小，基坑降水才是引起橋臺(tái)沉降和差異沉降的主要原因。

在基坑降水過(guò)程中，地下水位從橋臺(tái)樁基底面附近降至穩(wěn)定地下水位期間，基坑降水引起的橋臺(tái)沉降量較大，該期間的基坑降水是對(duì)臨近橋臺(tái)影響最大的時(shí)段。

5　結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)成綿樂(lè)客運(yùn)專(zhuān)線雙流機(jī)場(chǎng)隧道側(cè)穿機(jī)場(chǎng)高速公路3號(hào)橋橋臺(tái)段施工的工程實(shí)踐及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料的分析得出如下主要結(jié)論:

1)當(dāng)深基坑側(cè)穿既有高速公路橋臺(tái)時(shí)，基坑開(kāi)挖和降水除引起基坑與橋臺(tái)間路面沉降外，還將引起與基坑相鄰的橋臺(tái)沉降。在此條件下，如果橋臺(tái)樁基礎(chǔ)在按朗肯土壓力理論計(jì)算的圍護(hù)樁后位移土體范圍之外，只要基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不失穩(wěn)，那么由基坑開(kāi)挖引起的臨近橋臺(tái)的沉降量就很小，故基坑降水才是引起橋臺(tái)沉降的主要原因。2)在與本文類(lèi)似的主要降水地層為卵石土層的條件下，地下水位從橋臺(tái)樁基底面附近降至穩(wěn)定地下水位期間，基坑降水引起的橋臺(tái)沉降量最大。3)為減弱基坑降水、基坑開(kāi)挖對(duì)橋臺(tái)及橋臺(tái)與基坑間路面的不利影響，施工期間應(yīng)加強(qiáng)基坑、橋臺(tái)及基坑與橋臺(tái)間路面的監(jiān)測(cè)，做好信息化施工;基坑降水前應(yīng)做好降水井的過(guò)濾處理，減少降水過(guò)程中地層中的細(xì)小顆粒隨水流失;降水過(guò)程中要加強(qiáng)管理，避免水位頻繁波動(dòng);基坑開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)及時(shí)施作內(nèi)支撐和底板，減少?lài)o(hù)樁側(cè)向位移和變形。

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·綠色環(huán)?！そㄖ?jié)能·

Construction technologies of deep foundation lateral-crossing overpass abutment

Mou Chaodong
(China Railway 2th Bureau Chengmianle Railway Engineering Headquarter，Chengdu 610211，China)

Abstract:Combining with the deep foundation lateral-crossing overpass abutment engineering example，the paper analyzes the impact of foundation dewatering and excavation upon abutment，and puts forward measures of reducing negative influence of the deep foundation construction upon abutment．According to in-situ monitoring data，it summarizes basis influencing law of deep foundation construction upon the abutment．

Key words:deep foundation，abutment，foundation settlement，foundation dewatering

作者簡(jiǎn)介:牟朝東(1981-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-29

文章編號(hào):1009-6825(2016)01-0187-03

中圖分類(lèi)號(hào):U445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A