杭州市某鐵路頂進(jìn)框架橋臨河基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

佟健

摘要 結(jié)合杭州市某河道鐵路涵洞拓寬改造工程中頂進(jìn)框架橋臨河基坑工程實(shí)例，探討軟土地區(qū)臨河基坑支護(hù)及降水設(shè)計(jì)難點(diǎn)要點(diǎn)，涉鐵工程復(fù)雜邊界條件下，如何采用合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，有效避免臨河基坑兩側(cè)不對(duì)稱變形的影響;合理選用降排水措施，達(dá)到臨河基坑降水效果，保障基坑開挖順利進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果，提出的設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行。

關(guān)鍵詞 涉鐵工程;臨河基坑;支護(hù)結(jié)構(gòu);降水設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) TU476 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）13-0038-03

0 引言

杭州市地處華東地區(qū)、錢塘江下游，河網(wǎng)密布，水系發(fā)達(dá)。目前杭州市內(nèi)既有普速鐵路包括滬昆線（浙贛段、滬杭段）、蕭甬線、宣杭線，另有滬杭、寧杭、杭甬、杭長(zhǎng)等高速鐵路，杭州是我國首座高鐵十字架城市，隨著我國軌道交通事業(yè)的飛速發(fā)展，很多涉鐵工程基坑施工難以避免地需要在臨河或臨江區(qū)域開展。臨河基坑由于河道側(cè)有限土體、單側(cè)主動(dòng)土壓力不足的特殊性，極易產(chǎn)生不對(duì)稱變形，造成止水結(jié)構(gòu)的剪切破壞，從而導(dǎo)致整個(gè)基坑支護(hù)體系的失效[1-2]。因此，合理選擇基坑支護(hù)形式及降排水措施，對(duì)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、保障施工及鐵路運(yùn)營安全有著十分重要的意義。

1 工程概況

杭州市某河道下穿鐵路滬昆繞行線，原下穿箱涵孔徑僅3 m，河道過流能力受限，綜合考慮鐵路安全、運(yùn)輸需求及現(xiàn)場(chǎng)條件，擴(kuò)孔改造工程須移位新建一孔凈寬12.5 m、長(zhǎng)22 m框架橋，采用頂進(jìn)法施工。鄰近鐵路側(cè)該工程主基坑距離鐵路中心線15 m，基坑凈寬17 m、凈長(zhǎng)27 m、開挖深度6 m，基坑安全等級(jí)一級(jí)。

杭州市濱江區(qū)內(nèi)河水系屬錢塘江流域的蕭紹平原運(yùn)河水系。除白馬湖及其周邊部分河道為天然河湖外，區(qū)域內(nèi)其他河道多為人工開挖形成，斷面規(guī)整、河道順直、坡度小、水流緩慢，且基坑所處的河道毗鄰錢塘江。河岸所處場(chǎng)地孔隙潛水水位埋深較淺，基坑南半幅位于原有河道，河水沿漿砌片石河岸護(hù)坡流通，且地下水豐富。為滿足河道施工期間不斷流和臨時(shí)泄洪的需要，圍堰河道內(nèi)設(shè)置2排?1 200 mm的承插口鋼筋混凝土管做導(dǎo)流管。導(dǎo)流管位于既有河道內(nèi)，距離工作坑南側(cè)約4 m。

2 工程地質(zhì)

基坑處的土層情況簡(jiǎn)要如下：①雜填土：主要為分布于表層，成分以粉土及黏性土為主。②?1砂質(zhì)粉土：灰色，稍密，濕～很濕，夾粉砂，呈黏質(zhì)粉土狀，層厚約4.1～7.3 m。②?2砂質(zhì)粉土：灰色，稍密～中密，很濕，厚層狀，層厚約12.6～15.3 m。③?1淤泥質(zhì)黏土：灰色，流塑，薄層狀，含有機(jī)質(zhì)、云母碎屑及腐殖質(zhì)，夾粉土薄層、粉砂，互層狀，層厚約7.8～9.1 m。③?2粉質(zhì)黏土：灰褐色，軟塑，薄層狀～中厚層狀，層間夾粉砂薄層，分布不均，局部以粉砂為主，層厚約13.1～14.7 m。④圓礫：灰褐色、灰黃色，飽和，中密～密實(shí)，該層未揭穿。

基坑開挖深度約6 m，主要開挖土層位于②?1砂質(zhì)粉土層，該層孔隙比為0.85，滲透系數(shù)0.09 m/d，透水性較強(qiáng)，不利于基坑設(shè)計(jì)的展開。

場(chǎng)地內(nèi)及周邊未見化學(xué)污染源存在。鑒于場(chǎng)地孔隙潛水水位埋深較淺，場(chǎng)地（淺部）土層的腐蝕性基本與地下水的腐蝕性相同，即場(chǎng)地土層對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性;對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010），表4.1.3及表4.1.6規(guī)定，擬建建筑的場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地土類型為中軟土。場(chǎng)地內(nèi)存在軟土層，故為建筑抗震不利地段。

3 基坑設(shè)計(jì)

3.1 基坑支護(hù)方案（平面如圖1）

（1）基坑臨近既有鐵路側(cè)，該處鐵路為高路基，鐵路軌頂至坑底高差大于10 m，等效荷載80 kPa，無其他附加施工荷載情況，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ100@110 cm鉆孔灌注樁（如圖2）。

（2）基坑北側(cè)場(chǎng)地開闊平整，開挖深度6 m，另考慮常規(guī)施工附加荷載，采用Φ80@100 cm鉆孔灌注樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。

（3）基坑南側(cè)半幅位于既有河道內(nèi)，考慮到基坑主動(dòng)區(qū)土體有限，為降低有限側(cè)土壓力減少而導(dǎo)致的基坑圍護(hù)體系不平衡受力的不利影響，盡量避免圍護(hù)結(jié)構(gòu)雙重變形，采取圍堰內(nèi)局部回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，使基坑圍護(hù)體系南北兩側(cè)樁頂標(biāo)高一致，以彌補(bǔ)土壓力不足造成的不利影響[3-4]。

3.2 基坑降水方案

在基坑工程中，為避免流砂、突涌，保證周邊環(huán)境安全，需要采用合理措施進(jìn)行降排水。頂進(jìn)工作坑周邊設(shè)置環(huán)形排水溝，端部設(shè)置集水井進(jìn)行集中排水?；娱_挖前需將地下水降水至設(shè)計(jì)標(biāo)高以下1.0 m，降水深度約7 m。

杭州地區(qū)常用的降水方式為輕型井點(diǎn)及管井井點(diǎn)降水法，其中輕型井點(diǎn)降低水位一般小于6 m，且降水面積較小，適用地層主要為粘質(zhì)粉土、粉土層，其降水能力較弱，由于基坑所處河岸地段地下水量較大，影響土層主要為砂質(zhì)粉土層，透水性較強(qiáng)，故選取可以滿足更大降深、影響面積更大、總涌水量更高降水需求的管井井點(diǎn)降水法[5]。

基坑圍護(hù)樁外側(cè)均設(shè)置搭接20 cm的雙排Φ60 cm高壓旋噴樁做止水帷幕封閉，頂進(jìn)前端設(shè)置高壓旋噴樁墻，預(yù)防頂進(jìn)“扎頭”并有效隔離既有路基地下水，保障行車安全。

基坑等效半徑r=0.29×（27.0+17.0）=12.8 m，降水影響半徑R=2×7.0×（0.09×20.0）0.5=2.7 m，總涌水量Q=3.14×0.09×（2×20.0-7.0）×7.0/ln（1+2.7/12.8）=341.3 m3/d，經(jīng)迭代計(jì)算，需要井?dāng)?shù)12孔，井深約9 m。

4 施工監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

由于基坑鄰近鐵路營業(yè)線，且周邊環(huán)境復(fù)雜，施工期間河流不中斷，根據(jù)鐵路部門相關(guān)管理規(guī)定及規(guī)范要求，施工期間對(duì)基坑支護(hù)系統(tǒng)須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)信息的實(shí)時(shí)反饋掌握基坑支護(hù)系統(tǒng)實(shí)際狀況，確保支護(hù)系統(tǒng)和周圍環(huán)境的安全。結(jié)合基坑具體情況，提出如下監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置要求：

（1）工作坑前端的鐵路路基應(yīng)沿線路方向每間隔10 m至少布置一組沉降和位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（2）圍護(hù)墻頂水平位移和墻頂沉降，應(yīng)沿基坑周邊每15 m布置一組測(cè)點(diǎn)，基坑角點(diǎn)及邊長(zhǎng)重點(diǎn)均應(yīng)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（3）基坑周圍地表沉降，每開挖一段宜設(shè)一測(cè)量斷面，每一測(cè)量斷面在垂直基坑方向兩倍坑深范圍內(nèi)宜布設(shè)4～6個(gè)沉降測(cè)點(diǎn)，每個(gè)開挖段土坡的坡頂上應(yīng)設(shè)2個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（4）在主體結(jié)構(gòu)基坑止水帷幕外側(cè)2 m左右布置水位觀測(cè)孔，間距不大于50 m。

（5）地下管線的沉降和位移觀測(cè)宜布置直接測(cè)定。

（6）坑底隆起回彈測(cè)量斷面不應(yīng)少于兩組，宜布置于基坑中部，每一測(cè)量斷面應(yīng)有兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.2 監(jiān)測(cè)要求

監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，建議的監(jiān)測(cè)頻率如表2所示。

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

基坑開挖前5天開始降水，其間基坑側(cè)壁局部出現(xiàn)少量滲水、降水困難情況，經(jīng)多方研判，原因有以下幾點(diǎn)：

（1）基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱變形導(dǎo)致止水帷幕局部破損滲漏。

（2）汛期施工河道及地下水水位變化較大，管井井點(diǎn)數(shù)量不足。

（3）降水隊(duì)伍急于降水，井點(diǎn)過深，滲流路徑深于帷幕樁，導(dǎo)致帷幕失效。采取如下應(yīng)急措施：被動(dòng)區(qū)及時(shí)回填，滲漏處予以注漿處理，并調(diào)整深井孔數(shù)及井深。調(diào)整后降水效果如達(dá)到預(yù)期，基坑開挖期間線路軌道、路基及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形等監(jiān)測(cè)值均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，說明采取的基坑圍護(hù)、降水措施及監(jiān)測(cè)均切實(shí)可行。

5 結(jié)論

通過對(duì)杭州市某鐵路頂進(jìn)框架橋臨河基坑支護(hù)設(shè)計(jì)案例分析，得出如下幾點(diǎn)啟示：

（1）對(duì)于臨河基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)提高對(duì)河道側(cè)有限土體主動(dòng)土壓力不足的重視，采取增大樁徑或適度增加堆載等措施，以抵御不平衡受力帶來的不利影響，避免不對(duì)稱變形造成止水帷幕剪切破壞，從而導(dǎo)致基坑體系整體性失效。

（2）在滲透系數(shù)比較大的粉砂土質(zhì)臨河基坑設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考量土體的毛細(xì)效應(yīng)，在基坑滲流穩(wěn)定性計(jì)算中適度提高計(jì)算水頭高度，以保障止水設(shè)計(jì)的有效性及安全性。

（3）臨河基坑設(shè)計(jì)中，如何有效隔離地下水為重中之重，常規(guī)采用密打搭接的水泥攪拌樁或高壓旋噴樁形成封閉的止水帷幕體系，困難條件下亦可采用咬合鉆孔灌注樁形成隔離墻，均可達(dá)到較好的止水效果[6]。

（4）臨河基坑因其所處的特殊周邊環(huán)境及地質(zhì)條件，止水帷幕失效常有發(fā)生，施工期間應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)降水效果達(dá)不到預(yù)期或坑內(nèi)水位異常反復(fù)，甚至坑壁出現(xiàn)滲流點(diǎn)，應(yīng)及時(shí)采取應(yīng)急措施，如被動(dòng)區(qū)回填、帷幕注漿補(bǔ)漏等，避免河水倒灌[7-8]。

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