探究高鐵橋墩深基坑開(kāi)挖安全隱患及對(duì)應(yīng)措施

李海飛

（中鐵七局 鄭州工程有限公司，河南 鄭州 450052）

1 概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

本段基坑開(kāi)挖深度約8m，基坑挖深較深，且高鐵橋墩18#墩外側(cè)臨近既有的河道；其基坑側(cè)壁安全等級(jí)為1 級(jí)，基坑重要性系數(shù)為1.1。在聯(lián)絡(luò)線橋墩處采用雙排鉆孔灌注樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，并輔以高壓旋噴樁止水帷幕；基坑內(nèi)部采用高壓旋噴樁進(jìn)行軟土地基加固。

1.2 地質(zhì)及水文情況

下穿既有鐵路立交箱涵及高鐵橋墩下U 型槽基底位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。該地層高壓縮性、低強(qiáng)度，土層的工程力學(xué)性能較差；其地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為地表水及大氣降水滲入，穩(wěn)定水位埋深0.80m～2.80m，標(biāo)高8.18m～8.77m。基坑內(nèi)地下水以淺層填土中潛水為主，土層透水性差，對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生的不利影響較小；但如設(shè)計(jì)及施工方法不當(dāng)，在基坑開(kāi)挖時(shí)極易出現(xiàn)管涌、冒砂等現(xiàn)象，引起坑壁坍塌，從而影響高鐵橋墩的安全穩(wěn)定。

1.3 工程概況

該工程下穿既有鐵路某站東咽喉區(qū)及聯(lián)絡(luò)線16#～18# 墩橋孔。下穿立交主干道路全長(zhǎng)386m。下穿既有鐵路段為6+12+12+6m 四孔分離式鋼筋混凝土框架涵結(jié)構(gòu)，采用工作坑預(yù)制、架設(shè)D24m 便梁加固線路頂進(jìn)法施工。既有鐵路東側(cè)道路采用6節(jié)鋼筋混凝土U 型槽與箱涵結(jié)構(gòu)銜接、明挖現(xiàn)澆法施工。

2 安全隱患

該案例中的工程開(kāi)工前，城際聯(lián)絡(luò)線已開(kāi)通運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)速為250km/h。在施工過(guò)程中，基坑開(kāi)挖對(duì)高鐵橋墩沉降的影響則是重中之重，必須通過(guò)監(jiān)測(cè)分析制定科學(xué)的對(duì)策措施、采用可靠的施工新技術(shù)，將其對(duì)高鐵橋墩的影響降到最低。

基坑開(kāi)挖的過(guò)程實(shí)際上是基坑開(kāi)挖面上豎向卸載、坑壁水平卸載的過(guò)程。基坑開(kāi)挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外的土體將由初始的靜止土壓力狀態(tài)向被動(dòng)土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變； 應(yīng)力狀態(tài)的改變引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受荷載并導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形使坑外主動(dòng)壓力區(qū)和坑內(nèi)壓力區(qū)的土體發(fā)生位移； 圍護(hù)結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)側(cè)發(fā)生水平位移，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)背后土體水平應(yīng)力減小，導(dǎo)致剪力增大，出現(xiàn)塑性破壞，引起土層出現(xiàn)沉降。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，如在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)出現(xiàn)滲漏水的同時(shí)伴隨著坑外的土體流失，坑外土層損失后則又加大了坑外土體土層產(chǎn)生位移。這在一定程度上也加劇了周邊建（構(gòu)）筑物的沉降。

3 相應(yīng)措施

3.1 施工措施

（1）合理安排施工順序。在施工既有鐵路側(cè)箱涵的預(yù)制頂進(jìn)工作坑的同時(shí)，進(jìn)行高鐵橋墩側(cè)基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)、止水帷幕及軟土地基加固的施工，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

（2）高鐵一側(cè)基坑土方開(kāi)挖須合理分層。在箱涵頂進(jìn)施工時(shí)出土通道設(shè)置在高鐵橋墩側(cè)，提供出土通道過(guò)程為基坑土方第一次開(kāi)挖；箱涵頂進(jìn)就位后，及時(shí)進(jìn)行高鐵一側(cè)基坑第二、第三次土方開(kāi)挖。開(kāi)挖墩與墩間的土方時(shí)須縱橫向?qū)ΨQ卸載。

（3）分段開(kāi)挖、迅速封底。土方的分段開(kāi)挖，縱向長(zhǎng)度宜控制在15m～20m 之間，土方開(kāi)挖至基底標(biāo)高后及時(shí)進(jìn)行墊層封底及底板混凝土的澆筑工作，保證基坑的安全穩(wěn)定。

（4）加強(qiáng)施工期間排水。雨水季節(jié)基坑不得有積水，防止出現(xiàn)因積水浸泡而影響支護(hù)體系的穩(wěn)定。

3.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及方法

監(jiān)測(cè)是對(duì)工程施工質(zhì)量及其安全性用相對(duì)精確數(shù)值解釋表達(dá)的一種定量方法和有效手段，是對(duì)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)的動(dòng)態(tài)詮釋，是保證工程順利完成的必要條件。

（1）基坑開(kāi)挖主要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：支護(hù)樁頂圈梁的水平位移、周圍土體的深層水平位移（測(cè)斜）、高鐵橋墩的沉降位移以及拉梁軸力。

（2）監(jiān)測(cè)方法。采用多點(diǎn)定向和全站儀采集坐標(biāo)兩種方法，進(jìn)行定期的水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性的檢測(cè)和校核； 深層水平位移（測(cè)斜）監(jiān)測(cè)先預(yù)定測(cè)斜管位置，監(jiān)測(cè)過(guò)程中利用測(cè)斜儀能反應(yīng)出測(cè)管與重力線之間的傾角，測(cè)出位置偏差Δd=Lsinθi（θi 側(cè)斜度）；沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用水準(zhǔn)儀按二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行精確測(cè)量；拉梁軸力監(jiān)測(cè)的測(cè)試儀器使用ZXY—II 型頻率讀數(shù)儀，通過(guò)拉梁軸力Pz 與主筋鋼筋受力Pg 之間的比例關(guān)系，根據(jù)埋設(shè)在拉梁斷面位置的鋼筋應(yīng)力計(jì)所測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)率定系數(shù)得出主筋鋼筋受力Pg，由此可得斷面位置拉梁軸力Pz=（A.Egh）Pg/（Ag2·Eg），Egh=Ec+（Eg-Ec）Ag1/A。

（3）根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄，繪制累計(jì)變化量與時(shí)間以及累計(jì)變化量與位置關(guān)系的散點(diǎn)圖，對(duì)各變形值和應(yīng)力值進(jìn)行回歸分析，求得回歸趨勢(shì)，對(duì)基坑穩(wěn)定和支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)和判斷。該段基坑于2011年8月開(kāi)始施工，于11月份完成U 型槽混凝土澆注。通過(guò)全過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：圈梁水平位移為零；高鐵橋墩12 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中，僅有1 個(gè)點(diǎn)累計(jì)最大沉降值為0.71mm，其他均為0.5mm 左右；周圍土體深層水平位移監(jiān)測(cè)也在規(guī)定值范圍內(nèi)。基坑支護(hù)體系在整個(gè)施工期間安全穩(wěn)定，橋墩最大累計(jì)沉降值在設(shè)計(jì)值規(guī)定范圍之內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述案例的安全隱患分析及提出的相應(yīng)措施，該高架橋墩基礎(chǔ)受基坑施工的影響較小。一方面由于基坑施工時(shí)間充裕，支護(hù)結(jié)構(gòu)、止水帷幕及地基加固強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，另一方面是高鐵橋墩樁基采用大直徑的樁基，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，對(duì)基坑兩側(cè)潛在的滑裂土體抗滑能力較強(qiáng)，樁基變形小。同時(shí)，基坑外側(cè)大直徑高架橋墩長(zhǎng)樁基承擔(dān)了兩側(cè)較大的主動(dòng)土壓力，起著隔斷作用，在很大程度上減小了圍護(hù)結(jié)構(gòu)與橋墩樁基之間的深層土體的變形。