臨近新建隧道邊墻的橋梁樁基加固方案

許越

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州 510507）

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，各類線性工程的交叉日益增多，地鐵、城市道路的交叉尤其常見。新建隧道穿越既有高架橋的工程問題受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。文獻(xiàn)［1-4］依托工程案例，采用數(shù)值模擬方法分析了盾構(gòu)隧道穿越托換的橋梁樁基時(shí)對(duì)樁基變形的影響。文獻(xiàn)［5-7］介紹了盾構(gòu)隧道穿越既有橋梁時(shí)所采用的樁基托換方案和技術(shù)難點(diǎn)。文獻(xiàn)［8］計(jì)算了盾構(gòu)隧道穿越既有橋梁樁基所引起的附加應(yīng)力。文獻(xiàn)［9］分析了地鐵車站開挖對(duì)既有橋梁樁基的影響。文獻(xiàn)［10-11］依托工程實(shí)例，介紹了暗挖區(qū)間隧道下穿既有橋梁時(shí)大承臺(tái)和樁基托換技術(shù)。既有文獻(xiàn)對(duì)于交叉工程的研究主要針對(duì)盾構(gòu)隧道穿越既有結(jié)構(gòu)。本文通過工程實(shí)例，分析淺埋暗挖隧道穿越既有橋梁樁基礎(chǔ)的技術(shù)方案、安全控制標(biāo)準(zhǔn)及其對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響。

1 工程概況

廣州地鐵11號(hào)線采用淺埋暗挖法施工，在梓元崗站須穿越城市快速路高架橋，平面位置關(guān)系見圖1。現(xiàn)有橋墩基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁徑分別為1.2，1.5，1.8 m。暗挖隧道凈跨8.40 m，凈高7.77 m。既有高架橋有2 處基樁侵入暗挖隧道邊墻，有部分基樁臨近隧道邊墻。既有橋梁基樁與隧道邊墻凈距見表1。其中C1-1#和C1-2#基樁由承臺(tái)連接在一起。C2-1#和C2-2#，C3-1#和 C3-2#亦然。

圖1 平面位置關(guān)系

表1 既有橋梁基樁與隧道邊墻凈距

2 技術(shù)方案

2.1 總體方案

C2-2#，C3-1#基樁侵入暗挖隧道邊墻須進(jìn)行托換處理。受隧道施工影響，臨近隧道邊墻的基樁承載力可能會(huì)降低，應(yīng)進(jìn)行加固處理。處理范圍應(yīng)以隧道修建是否降低樁側(cè)土的摩擦支撐作用來(lái)確定，可參考JTG 3363—2019《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［12］中基樁布置原則：鉆孔樁中心距不應(yīng)小于樁徑的2.5 倍，即凈距必須大于1.5 倍樁徑。因此，與隧道凈距小于1.5 倍樁徑的基樁須進(jìn)行加固處理，即30#，B2#基樁。

2.2 托換樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

托換樁采用直徑1 600 mm 的鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁按摩擦樁設(shè)計(jì)，樁長(zhǎng)約47 m。在C2-1#，C2-2#基樁旁各施作1 根鉆孔灌注樁（新建C2-1#，C2-2#基樁），如圖2 所示。對(duì)C3-1#，C3-2#基樁進(jìn)行同樣的處理。

圖2 樁基托換平面（單位：mm）

3 安全控制標(biāo)準(zhǔn)

隧道圍巖位移與基樁位移緊密相關(guān)，可采用圍巖位移和基樁位移雙指標(biāo)來(lái)控制隧道施工對(duì)既有樁基的影響。圍巖位移是基樁位移的起因；基樁位移直接影響既有橋梁結(jié)構(gòu)安全。因此，可按“基樁位移控制為主、隧道圍巖位移控制為輔”的原則來(lái)控制新建隧道施工對(duì)既有橋梁的影響。

3.1 圍巖位移

圍巖位移外在表現(xiàn)通常為地表沉降和拱頂沉降。從監(jiān)測(cè)角度，地表沉降比拱頂沉降更方便監(jiān)測(cè)；從數(shù)值分析角度，拱頂沉降比地表沉降更為及時(shí)和準(zhǔn)確。因此，在方案評(píng)估階段可進(jìn)行數(shù)值模擬，將拱頂沉降作為控制指標(biāo)；后期施工階段將地表沉降和拱頂沉降共同作為控制指標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)各工程地表沉降的控制值一般都在30～50 mm。考慮到本工程的特點(diǎn)，取30 mm 作為地表沉降控制值，取50 mm 作為拱頂沉降控制值。

3.2 基樁位移

JTG 3363—2019 規(guī)定：相鄰墩臺(tái)間不均勻沉降差值（不包括施工中的沉降）不應(yīng)使橋面形成大于2‰的附加縱坡（折角）；超靜定結(jié)構(gòu)橋梁墩臺(tái)間不均勻沉降差值還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的受力要求。受影響區(qū)段的橋梁跨度在25.9～30.5 m，按25.9 m 計(jì)算，則相鄰墩臺(tái)不均勻沉降差值（以下簡(jiǎn)稱差異沉降）應(yīng)控制在51.8 mm以內(nèi)。因墩臺(tái)與基樁沉降一致，故取整以50 mm 作為相鄰基樁差異沉降控制值。

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，為控制基樁差異沉降對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，樁基托換施工及新建隧道施工引起的基樁總沉降應(yīng)控制在5 mm 以內(nèi)［11］。經(jīng)原橋設(shè)計(jì)單位對(duì)本工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，橋梁相鄰基樁差異沉降控制值可取5 mm。

4 下穿施工對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)影響分析

4.1 模型的建立

采用有限差分?jǐn)?shù)值分析軟件MIDAS/GTS 進(jìn)行模擬計(jì)算。側(cè)穿主線、B 匝道計(jì)算范圍模型尺寸為84 m（長(zhǎng)）×60 m（寬）×55 m（高），共劃分為26.2 萬(wàn)個(gè)單元，見圖3（a）。下穿C 匝道計(jì)算范圍模型尺寸為84 m（長(zhǎng)）×80 m（寬）×55 m（高），共劃分為12.9 萬(wàn)個(gè)單元，見圖3（b）。

圖3 三維數(shù)值計(jì)算模型

4.2 計(jì)算參數(shù)的取值

各土層采用摩爾-庫(kù)倫彈塑性本構(gòu)模型，初期支護(hù)采用彈性模型。各種材料的物理力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 物理力學(xué)參數(shù)

4.3 計(jì)算結(jié)果與分析

4.3.1 圍巖位移

新建隧道側(cè)穿主線、B匝道橋梁基樁時(shí)圍巖位移云圖見圖4?？芍核淼篱_挖后拱頂將出現(xiàn)沉降，而拱底將隆起。新建隧道側(cè)穿主線、B 匝道橋梁基樁，下穿C匝道時(shí)圍巖最大位移均小于控制值50 mm。隧道左右線圍巖水平位移不對(duì)稱，而圍巖豎向位移基本對(duì)稱，說明既有橋梁基樁的存在主要限制了土體的水平位移，對(duì)土體豎向位移的影響不明顯。

圖4 側(cè)穿主線、B匝道橋梁基樁時(shí)圍巖位移云圖

4.3.2 基樁位移

橋梁基樁位移模擬計(jì)算值見表3?？芍淼篱_挖后兩側(cè)基樁發(fā)生水平位移，最大變形量為5.3 mm。隧道開挖后基樁出現(xiàn)豎向位移，與隧道邊墻凈距小于1.5 倍樁徑的30#和B2#基樁發(fā)生隆起；與隧道邊墻凈距較遠(yuǎn)的其他基樁發(fā)生沉降。相鄰基樁的最大差異沉降為4.5 mm，小于控制值5 mm。

表3 橋梁基樁位移計(jì)算值

4.4 監(jiān)測(cè)分析

本工程施工后橋梁基樁位移監(jiān)測(cè)值見表4。對(duì)比表3 和表4 可見，監(jiān)測(cè)值與數(shù)值模擬計(jì)算值接近。從基樁托換至暗挖隧道變形穩(wěn)定全過程，被托換樁基的最大豎向位移基本控制在5 mm以內(nèi)。

表4 隧道施工后橋梁基樁位移監(jiān)測(cè)值

5 結(jié)論

1）可按“基樁位移控制為主、隧道圍巖位移控制為輔”的原則來(lái)控制新建隧道施工對(duì)既有橋梁的影響。方案評(píng)估階段可通過數(shù)值模擬將拱頂沉降作為控制指標(biāo)；后期施工階段可將地表沉降和拱頂沉降共同作為控制指標(biāo)。

2）淺埋暗挖隧道穿越既有橋梁樁基礎(chǔ)時(shí)，可對(duì)侵入隧道邊墻的基樁進(jìn)行托換處理，對(duì)距離隧道邊墻1.5 倍樁徑范圍的基樁進(jìn)行加固處理。經(jīng)實(shí)施，該方案可將隧道施工時(shí)基樁沉降控制在5 mm 以內(nèi)，隧道拱頂沉降控制在50 mm以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。