探究高鐵橋墩深基坑開挖安全隱患及對應措施

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 設計概況

本段基坑開挖深度約8m，基坑挖深較深，且高鐵橋墩18#墩外側臨近既有的河道；其基坑側壁安全等級為1 級，基坑重要性系數為1.1。在聯絡線橋墩處采用雙排鉆孔灌注樁作為支護結構，并輔以高壓旋噴樁止水帷幕；基坑內部采用高壓旋噴樁進行軟土地基加固。

1.2 地質及水文情況

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粉質黏土層。該地層高壓縮性、低強度，土層的工程力學性能較差；其地下水補給來源主要為地表水及大氣降水滲入，穩定水位埋深0.80m～2.80m，標高8.18m～8.77m。基坑內地下水以淺層填土中潛水為主，土層透水性差，對工程建設產生的不利影響較小；但如設計及施工方法不當，在基坑開挖時極易出現管涌、冒砂等現象，引起坑壁坍塌，從而影響高鐵橋墩的安全穩定。

1.3 工程概況

該工程下穿既有鐵路某站東咽喉區及聯絡線16#～18# 墩橋孔。下穿立交主干道路全長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構，采用工作坑預制、架設D24m 便梁加固線路頂進法施工。既有鐵路東側道路采用6節鋼筋混凝土U 型槽與箱涵結構銜接、明挖現澆法施工。

2 安全隱患

該案例中的工程開工前，城際聯絡線已開通運行，設計時速為250km/h。在施工過程中，基坑開挖對高鐵橋墩沉降的影響則是重中之重，必須通過監測分析制定科學的對策措施、采用可靠的施工新技術，將其對高鐵橋墩的影響降到最低。

基坑開挖的過程實際上是基坑開挖面上豎向卸載、坑壁水平卸載的過程。基坑開挖后，圍護結構內外的土體將由初始的靜止土壓力狀態向被動土壓力狀態轉變； 應力狀態的改變引起圍護結構承受荷載并導致圍護結構變形，而圍護結構的變形使坑外主動壓力區和坑內壓力區的土體發生位移； 圍護結構向基坑內側發生水平位移，使圍護結構背后土體水平應力減小，導致剪力增大，出現塑性破壞，引起土層出現沉降。在基坑開挖過程中，如在圍護結構內側出現滲漏水的同時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生位移。這在一定程度上也加劇了周邊建（構）筑物的沉降。

3 相應措施

3.1 施工措施

（1）合理安排施工順序。在施工既有鐵路側箱涵的預制頂進工作坑的同時，進行高鐵橋墩側基坑的支護結構、止水帷幕及軟土地基加固的施工，滿足設計強度要求。

（2）高鐵一側基坑土方開挖須合理分層。在箱涵頂進施工時出土通道設置在高鐵橋墩側，提供出土通道過程為基坑土方第一次開挖；箱涵頂進就位后，及時進行高鐵一側基坑第二、第三次土方開挖。開挖墩與墩間的土方時須縱橫向對稱卸載。

（3）分段開挖、迅速封底。土方的分段開挖，縱向長度宜控制在15m～20m 之間，土方開挖至基底標高后及時進行墊層封底及底板混凝土的澆筑工作，保證基坑的安全穩定。

（4）加強施工期間排水。雨水季節基坑不得有積水，防止出現因積水浸泡而影響支護體系的穩定。

3.2 監測項目及方法

監測是對工程施工質量及其安全性用相對精確數值解釋表達的一種定量方法和有效手段，是對工程設計經驗安全系數的動態詮釋，是保證工程順利完成的必要條件。

（1）基坑開挖主要的監測項目有：支護樁頂圈梁的水平位移、周圍土體的深層水平位移（測斜）、高鐵橋墩的沉降位移以及拉梁軸力。

（2）監測方法。采用多點定向和全站儀采集坐標兩種方法，進行定期的水平位移基準點穩定性的檢測和校核； 深層水平位移（測斜）監測先預定測斜管位置，監測過程中利用測斜儀能反應出測管與重力線之間的傾角，測出位置偏差Δd=Lsinθi（θi 側斜度）；沉降監測點采用水準儀按二等水準測量的要求進行精確測量；拉梁軸力監測的測試儀器使用ZXY—II 型頻率讀數儀，通過拉梁軸力Pz 與主筋鋼筋受力Pg 之間的比例關系，根據埋設在拉梁斷面位置的鋼筋應力計所測數據，經率定系數得出主筋鋼筋受力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）根據監測數據記錄，繪制累計變化量與時間以及累計變化量與位置關系的散點圖，對各變形值和應力值進行回歸分析，求得回歸趨勢，對基坑穩定和支護狀態進行預測和判斷。該段基坑于2011年8月開始施工，于11月份完成U 型槽混凝土澆注。通過全過程監測數據顯示：圈梁水平位移為零；高鐵橋墩12 個觀測點中，僅有1 個點累計最大沉降值為0.71mm，其他均為0.5mm 左右；周圍土體深層水平位移監測也在規定值范圍內。基坑支護體系在整個施工期間安全穩定，橋墩最大累計沉降值在設計值規定范圍之內。

4 結語

通過上述案例的安全隱患分析及提出的相應措施，該高架橋墩基礎受基坑施工的影響較小。一方面由于基坑施工時間充裕，支護結構、止水帷幕及地基加固強度均達到設計強度要求，另一方面是高鐵橋墩樁基采用大直徑的樁基，其結構強度高，對基坑兩側潛在的滑裂土體抗滑能力較強，樁基變形小。同時，基坑外側大直徑高架橋墩長樁基承擔了兩側較大的主動土壓力，起著隔斷作用，在很大程度上減小了圍護結構與橋墩樁基之間的深層土體的變形。