基坑群開挖對緊鄰高架橋的影響分析

摘 要：當(dāng)前緊鄰既有高架橋樁基的基坑設(shè)計已然成為一個社會熱點問題。本文采用MIDAS-GTS 數(shù)值分析軟件，建立了基坑群施工對高架橋及樁基結(jié)構(gòu)影響的三維數(shù)值分析模型，分析評估了基坑群開挖施工對高架橋及樁基結(jié)構(gòu)變形和受力情況影響。

關(guān)鍵詞：高架橋樁基；基坑支護(hù)；數(shù)值模擬

1 引言

近幾年“地下管廊”越來越火熱，但由于城土地資源緊缺，導(dǎo)致地下管廊豎井基坑群需要緊鄰既有建（構(gòu)）筑物，施工時需注意保護(hù)既有建（構(gòu)）筑物正常運行，給地下管廊施工帶來諸多不便，本文結(jié)合實際案例運用有限元軟件分析管廊豎井基坑群施工對鄰近高架橋受力和變形影響，為此類基坑施工提供一定的參考和借鑒。

2 工程概況

2.1工程介紹

擬建項目位于廣州市，擬建豎井基坑群，作為地下管廊始發(fā)井，本基坑群分為豎井基坑（深41.5m），沉砂池基坑（深10.5m），過涌渠箱（深6.5m），格柵間基坑（深8.3m）和消能池基坑（5.6m）。五個基坑長度約8.5～56.3m，寬度約8.3～20.9m，采用排樁+內(nèi)支撐、雙排鋼管樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式?；尤褐苓厼橥度脒\營的高架橋和河涌，高架橋距離基坑群最近的距離僅為1.3m，高架橋分為兩層，高差為4m，橋?qū)?7m，采用現(xiàn)澆鋼筋砼連續(xù)箱梁作為橋梁上部結(jié)構(gòu)，采用板式橡膠支座和龍門架橫梁連接。高架橋基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁直徑為1.0m、1.2m和1.6m。樁底均位于微風(fēng)化巖層。由于高架橋樁基距離基坑較近，因此緊鄰樁基采用鋼管樁進(jìn)行加固處理。詳見圖1。

2.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

據(jù)鉆探揭露，場地地層按地質(zhì)成因自上而下分層描述如下：

人工填土層（Q4ml）

雜填土（①）：灰色、灰白色、褐色、雜色等，結(jié)構(gòu)松散～稍壓實。

東湖段（k2s2a）碎屑巖

強風(fēng)化帶（②1）：巖芯多呈堅硬土柱狀，半巖半土狀，或3-5cm碎塊狀，N=50.0～95.0擊，平均59.6擊。

中風(fēng)化帶（②2）：巖芯多呈5-10cm扁柱狀，部分碎塊狀或10-30cm短柱狀。RQD一般小于50%。

微風(fēng)化帶（②3）：巖芯較完整，多呈10-30cm短柱狀，部分5-10cm扁柱狀，偶見40-60cm長柱狀，RQD一般大于50%，以60～90%為主。模型的詳細(xì)參數(shù)如下表1所示。

3 有限元模擬分析

本文選取本項目最不利地層進(jìn)行分析比較，該剖面地層自上而下為：松散狀雜填土（6.4m厚）、強風(fēng)化泥巖（0.6m厚）、中風(fēng)化泥巖（1.4m厚）、強風(fēng)化泥巖（1.0m厚）、微風(fēng)化泥巖（22.9m厚）、中風(fēng)化泥巖（2.7m厚）、微風(fēng)化泥巖（2.0m厚）、中風(fēng)化泥巖（3.4m厚）、微風(fēng)化泥巖（29.6m厚）。選取的模型邊界基坑各為2～3倍基坑深度范圍作為邊界來確定分析，最終確定分析模型的大小（長×寬×高）為160m×130m×70m。計算模型的邊界條件設(shè)定為：底面約束X、Y、Z 方向位移，前后面約束X 反向位移，左右面約束Y 方向位移。模型頂面保持為自由面。本次分析的計算模型采用摩爾庫倫（Mohr-Coulomb）模型，該模型能夠較好的模擬包括巖石和土體在內(nèi)的顆粒材料。施工工況如下：初始地應(yīng)力→河涌生成→橋梁和樁基生成→橋樁基加固處理→位移清零→施工消能池基坑→施工沉砂池基坑→施工過涌渠箱基坑→施工格柵間基坑→施工豎井基坑→基坑群回填施工，其中五個基坑交叉施工。

4 結(jié)論

通過以上分析，基坑群施工對高架橋樁基影響見表2。

（1）根據(jù)相關(guān)規(guī)范，跨度25m的高架橋的墩臺總沉降限值為100mm，墩臺沉降差限值為50mm，墩臺水平位移限值為25mm，水平撓度為6.25m。基坑群施工引起的位移和水平撓度限值均滿足規(guī)范要求。

（2）數(shù)值模擬得出樁的最大軸力位于直徑1.6m的樁基，根據(jù)地層信息得出該樁基的單樁豎向極限承載力特征值為8158.9kN。故高架樁基的豎向承載力滿足規(guī)范要求。

（3）由于該橋梁已投入運營多年，結(jié)構(gòu)存在一定程度的老化，因此該基坑群開挖施工編制嚴(yán)密的施工組織方案，對支護(hù)樁施工順序和質(zhì)量控制、土方開挖步驟控制、地下水位的控制等提出具體的方案和要點，確保基坑施工的順利進(jìn)行和對橋梁結(jié)構(gòu)的影響最小。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）