考慮對(duì)鄰近橋梁不利影響的基坑開挖支護(hù)設(shè)計(jì)

詹谷益 張文明

(1.中鐵科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 610032; 2.青島地鐵集團(tuán)有限公司，山東 青島 266000)

1 概述

深基坑工程在目前城市發(fā)展進(jìn)程中扮演著重要角色。在進(jìn)行軌道交通建設(shè)時(shí)，需要開挖許多大型的深基坑如地鐵車站深基坑，地鐵車站經(jīng)常遇到緊鄰橋梁的情況，橋梁樁基的位移有著嚴(yán)格的限制，需采用特殊措施來(lái)避免深基坑開挖對(duì)鄰近橋梁的不利影響。

目前，很多學(xué)者展開了深基坑開挖對(duì)鄰近橋梁樁基影響的研究。王恒[1]以廈門某水閘深基坑開挖為研究背景，采用有限元軟件建立三維數(shù)學(xué)模型，研究基坑開挖時(shí)鄰近橋梁樁基的響應(yīng)性狀。姜博[2]采用有限元軟件研究深基坑開挖過(guò)程對(duì)既有橋梁的影響，梁樁基和橋樁主墩的變形特征，并與實(shí)際監(jiān)測(cè)值進(jìn)行了比較，評(píng)估了深基坑開挖過(guò)程既有橋梁的穩(wěn)定性。王翠等人[3]以天津地鐵二號(hào)線某深基坑工程為背景，建立有限元模型，計(jì)算基坑開挖過(guò)程鄰近橋梁樁基和樁周土體的變形，提出了深基坑開挖對(duì)鄰近橋梁樁基影響的作用機(jī)制。黎科[4]依托天津某車站深基坑開挖工程，采用有限差分法對(duì)基坑開挖進(jìn)行了三維模擬分析，應(yīng)用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校準(zhǔn)了計(jì)算模型，探討了基坑開挖對(duì)臨近橋梁樁基變形影響的控制因素，研究其規(guī)律性并提出基坑開挖對(duì)橋梁樁基變形影響范圍。這些學(xué)者的研究為相關(guān)工程提供借鑒和參考。

上述研究均忽略了深基坑開挖過(guò)程對(duì)橋梁樁基結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)影響，本文通過(guò)建立有限元計(jì)算模型，分析基坑不同開挖步驟下圍巖的穩(wěn)定性，希望研究結(jié)果能對(duì)上述工程問(wèn)題提供有益參考。

2 工程概況

本文依托于青島地鐵8號(hào)線市民健身中心站基坑，車站形式為地下兩層雙跨矩形框架結(jié)構(gòu)，車站主體基坑寬度為21.8 m，深度為17.4 m。基坑南側(cè)臨近高新1號(hào)橋，橋臺(tái)距離主體結(jié)構(gòu)約3.7 m，橋墩距離主體結(jié)構(gòu)約5.1 m。高新1號(hào)橋?yàn)楹?jiǎn)支梁橋，橋上部采用預(yù)應(yīng)力混凝土(先張)空心板，橋面連續(xù)；下部采用柱式墩臺(tái)，橋臺(tái)基礎(chǔ)采用直徑1.2 m樁基礎(chǔ)，橋墩基礎(chǔ)采用直徑1.5 m樁基礎(chǔ)。

鄰橋處基坑第四系土層厚度約10 m，基坑底為中風(fēng)化安山巖，地層參數(shù)如表1所示。基巖賦存裂隙承壓水，水位埋深2.7 m～4.8 m，水頭5.72 m～9.32 m，賦存于基巖全～微風(fēng)化帶及節(jié)理裂隙密集帶、碎裂巖中，地下水徑流深度較大，徑流方向復(fù)雜，滲透系數(shù)2 m/d，水量較大。

3 軟土深基坑臨近橋梁數(shù)值模擬分析

車站采用鉆孔樁加內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式，按照車站基坑開挖步序進(jìn)行開挖、支護(hù)、拆撐全過(guò)程模擬。根據(jù)車站結(jié)構(gòu)所處地層圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，采用地層結(jié)構(gòu)法計(jì)算車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，巖土本構(gòu)采用摩爾—庫(kù)侖本構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用彈性梁結(jié)構(gòu)，計(jì)算模擬基坑開挖支護(hù)，對(duì)開挖過(guò)程中的危險(xiǎn)工況及開挖完成后拆撐工況進(jìn)行重點(diǎn)分析。有限元計(jì)算模型如圖1所示。

表1 地層參數(shù)表

基坑開挖至基坑底時(shí)，如圖2所示，樁身最大水平位移發(fā)生在第一、二道支撐中間位置，約15.4 mm，基坑兩側(cè)位移量稍有區(qū)別，位移值的差小于0.1 mm，此時(shí)地表沉降最大值為15.3 mm。

基坑開挖完成后，位移沒(méi)有達(dá)到最大值，拆除第二道支撐時(shí)，樁身最大水平位移約23.4 mm，此時(shí)地表沉降最大值為17.8 mm；澆筑頂板后拆除第一道支撐后，如圖3所示，地面最大沉降達(dá)到最大值，為23.5 mm，橋樁最大水平位移為21.0 mm。

由圖4，圖5可知，樁基最大附加沉降小于1 mm，橋樁和蓋梁附加應(yīng)力最大值為1.3 MPa，小于樁基C35混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)橋樁和蓋梁基本無(wú)影響，相鄰墩臺(tái)間不均勻沉降差值(不包括施工中的沉降)橋面小于0.2%的附加縱坡(折角)。根據(jù)單樁計(jì)算沉降結(jié)果分析，車站施工完成后滿足相鄰墩臺(tái)不均勻沉降的要求，樁基處于安全可控狀態(tài)。綜合分析，基坑施工完成后引起的地面沉降在允許范圍內(nèi)。

4 臨近橋梁深基坑開挖支護(hù)方案設(shè)計(jì)

4.1 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

針對(duì)高新1號(hào)橋處采用高壓旋噴樁止水、旋噴鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐支護(hù)方案，具體設(shè)計(jì)如圖6所示。

4.2 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)車站結(jié)構(gòu)所處地層圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，采用理正深基坑軟件地層結(jié)構(gòu)法計(jì)算車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件參數(shù)，如表2所示。

表2 車站臨近高新1號(hào)橋圍護(hù)參數(shù)表

4.3 施工設(shè)計(jì)保護(hù)措施

河道處理：在河道南北兩側(cè)施作圍堰，排出圍堰內(nèi)的水并對(duì)河道底進(jìn)行清淤處理。清淤處理完成后，回填覆土至冠梁頂，之后進(jìn)行基坑開挖。

注漿加固：開挖橋梁附近范圍基坑時(shí)，在主體結(jié)構(gòu)旋噴樁與橋基之間設(shè)置注漿管進(jìn)行預(yù)注漿加固。注漿加固深度9 m，寬度2.5 m。注漿管采用φ42袖閥管，間距500 mm。注漿漿液為水泥，注漿壓力采用0.5 MPa～0.7 MPa，豎向加固深度按入巖截止控制。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：施工前、中、后三個(gè)階段對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周邊地面及橋梁、開挖工作面、土體變形、地下水動(dòng)態(tài)、已完成的永久結(jié)構(gòu)或臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖7所示，做到信息化施工，以便根據(jù)施工中出現(xiàn)的實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，確?；蛹皹蛄旱陌踩?。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)深基坑開挖對(duì)鄰近橋梁不利影響這一課題，充分考慮了依托工程市民健身中心車站基坑和高新1號(hào)橋的工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件等相關(guān)不利條件，開展了有限元分析，研究了不同開挖步驟下基坑的水平位移、地表沉降及坑內(nèi)隆起，以及橋梁樁基的水平位移、豎向位移及附加應(yīng)力，揭示了深基坑開挖對(duì)鄰近橋梁結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，并針對(duì)性的進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，能夠保證軟土深基坑臨近橋梁的安全穩(wěn)定。