竹葉山站深基坑開挖對(duì)近距離高架橋的安全影響研究

張 勇 陳 飛 朱 敏

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢430010）

地鐵穿行于鬧市區(qū)，車站基坑工程緊鄰城市高架橋的情況經(jīng)常會(huì)遇到，如何控制深基坑工程施工對(duì)高架橋的影響已經(jīng)成為基坑設(shè)計(jì)和施工中的重難點(diǎn)。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境情況

武漢地鐵8 號(hào)線竹葉山站位于武漢市江岸區(qū)，金橋大道與發(fā)展路交叉路口以北的田田綠化廣場下，為三層地下島式站臺(tái)車站。車站基坑總長222.96m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬度為23.1m，基坑開挖深度約24.9～26.4m，開挖面積為5420m2?；字饕挥冢?-1）粉砂層?；影踩燃?jí)為一級(jí)。車站大里程端分布有金橋大道及發(fā)展大道高架橋，其基礎(chǔ)形式為φ1200 鉆孔灌注樁端承樁，樁長46～48m。橋樁承臺(tái)距離基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊緣1.9～7.5m。基坑周邊環(huán)境示意圖見圖1。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意圖

1.2 工程地質(zhì)概況

基坑位于長江Ⅰ級(jí)階地，擬建場地自上而下土層分別為1-1 雜填土、3-1 黏土、3-4 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土、粉砂、3-5粉土夾粉砂、粉質(zhì)黏土、4-1 粉砂、4-2 粉細(xì)砂?；拥撞康膸r土層主要為4-1 粉砂。擬建工程場地地下水主要為上層滯水、承壓水及基巖裂隙水。承壓水主要賦存于粉土、砂土層（地層編號(hào)為3-5 及4 層）中，主要接受側(cè)向地下水的補(bǔ)給及向側(cè)向排泄，與長江水水力聯(lián)系密切，呈互補(bǔ)關(guān)系，地下水位季節(jié)性變化規(guī)律明顯，水量較為豐富?？辈炱陂g實(shí)測場地內(nèi)承壓水位埋深為4.80m。

圖2 基坑與高架橋橋樁位置關(guān)系

2 基坑支護(hù)方案及風(fēng)險(xiǎn)控制措施

基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響主要由基坑土方開挖卸荷和基坑降水引起的周邊位移場的變化，而高架橋基礎(chǔ)對(duì)地層變形是相當(dāng)敏感的，控制標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)嚴(yán)格[1]。本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)基坑開挖對(duì)高架橋影響要求按位移小于10 mm、墩臺(tái)差異沉降量小于5mm 進(jìn)行控制。采取的基坑支護(hù)方案如下：

2.1 靠近高架橋部位基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用剛度較大的1000 mm 厚地下連續(xù)墻+6 道鋼筋混凝土支撐系統(tǒng)的順作法方案。地下連續(xù)墻為兩墻合一，墻深49.0 m。

2.2 為減小基坑開挖降水對(duì)周邊建構(gòu)筑物的不利影響，車站主基坑采用落底式截水帷幕。主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部進(jìn)入基巖不少于3m，坑內(nèi)為疏干降水，形成相對(duì)的隔水邊界。

2.3 對(duì)于大里程端靠近基坑的高架橋樁采用高壓旋噴、注漿等方式對(duì)橋樁周邊土體進(jìn)行加固。

3 數(shù)值模擬分析

3.1 模型參數(shù)

本工程基坑為長條矩形，根據(jù)文獻(xiàn)[2-3]結(jié)論，采用平面有限元模型進(jìn)行模擬分析，可以滿足工程精度要求。選取距離基坑最近的高架橋樁建立Midas/GTS 二維數(shù)值模型，具體剖面如圖2所示。土層計(jì)算參數(shù)取自地勘報(bào)告（表1），橋面自重及車輛荷載簡化為150kPa 均布荷載作用在承臺(tái)上。

作者簡介:張勇（1990，2-）,男,漢,安徽蕪湖人,工程師,碩士,研究方向:巖土與地下工程。

表1 基坑巖土設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 模型的建立

為了減小邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，建立一個(gè)寬度方向135m，高度方向100m 的基坑開挖模型，如圖3 所示。地下連續(xù)墻、支撐、樁基礎(chǔ)采用線彈性模型，土體采用莫爾- 庫倫本構(gòu)模型。有限元計(jì)算工況按實(shí)際施工步序設(shè)置，共分為15 個(gè)計(jì)算工況，從施工地下連續(xù)墻、開挖第一層土、架設(shè)第一道支撐一直到基坑開挖到基底。按照設(shè)計(jì)開挖順序，通過“生死單元”來模擬具體的施工工況。

圖3 基坑開挖對(duì)橋樁影響二維模型圖

3.3 計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提取高架橋樁基水平位移圖、豎向位移圖，分別如圖4、圖5 所示。從圖中可得到基坑開挖到底時(shí)，距離基坑較近的橋樁，其樁頂水平位移為9.7mm，豎向沉降為1.5mm；距離基坑較遠(yuǎn)的一根樁，其樁頂水平位移為9.69mm，豎向沉降為0.6mm，因此兩橋樁沉降差為0.9mm。因而在基坑開挖前對(duì)周邊臨近橋樁采用高壓旋噴樁、花管注漿等措施對(duì)橋樁周邊土體進(jìn)行加固可以將高架橋變形控制在允許范圍內(nèi)。施工過程中加強(qiáng)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取跟蹤注漿措施，可以保證基坑開挖過程中高架橋的安全。

4 結(jié)論

鄰近高架橋的深基坑工程，對(duì)周邊環(huán)境保護(hù)要求高，通過選擇剛度較大的地下連續(xù)墻加砼支撐支護(hù)體系和橋樁加固相結(jié)合的措施，能將基坑變形控制在可控范圍內(nèi)，并能較好地保護(hù)現(xiàn)有有高架橋，達(dá)到了理想的效果，為今后類似工程提供了成功的借鑒案例。

圖4 高架橋樁水平位移云圖

圖5 高架橋樁豎向位移云圖