考慮對鄰近橋梁不利影響的基坑開挖支護設計

詹谷益 張文明

(1.中鐵科學研究院有限公司，四川 成都 610032; 2.青島地鐵集團有限公司，山東 青島 266000)

1 概述

深基坑工程在目前城市發展進程中扮演著重要角色。在進行軌道交通建設時，需要開挖許多大型的深基坑如地鐵車站深基坑，地鐵車站經常遇到緊鄰橋梁的情況，橋梁樁基的位移有著嚴格的限制，需采用特殊措施來避免深基坑開挖對鄰近橋梁的不利影響。

目前，很多學者展開了深基坑開挖對鄰近橋梁樁基影響的研究。王恒[1]以廈門某水閘深基坑開挖為研究背景，采用有限元軟件建立三維數學模型，研究基坑開挖時鄰近橋梁樁基的響應性狀。姜博[2]采用有限元軟件研究深基坑開挖過程對既有橋梁的影響，梁樁基和橋樁主墩的變形特征，并與實際監測值進行了比較，評估了深基坑開挖過程既有橋梁的穩定性。王翠等人[3]以天津地鐵二號線某深基坑工程為背景，建立有限元模型，計算基坑開挖過程鄰近橋梁樁基和樁周土體的變形，提出了深基坑開挖對鄰近橋梁樁基影響的作用機制。黎科[4]依托天津某車站深基坑開挖工程，采用有限差分法對基坑開挖進行了三維模擬分析，應用實測數據校準了計算模型，探討了基坑開挖對臨近橋梁樁基變形影響的控制因素，研究其規律性并提出基坑開挖對橋梁樁基變形影響范圍。這些學者的研究為相關工程提供借鑒和參考。

上述研究均忽略了深基坑開挖過程對橋梁樁基結構的動態影響，本文通過建立有限元計算模型，分析基坑不同開挖步驟下圍巖的穩定性，希望研究結果能對上述工程問題提供有益參考。

2 工程概況

本文依托于青島地鐵8號線市民健身中心站基坑，車站形式為地下兩層雙跨矩形框架結構，車站主體基坑寬度為21.8 m，深度為17.4 m?；幽蟼扰R近高新1號橋，橋臺距離主體結構約3.7 m，橋墩距離主體結構約5.1 m。高新1號橋為簡支梁橋，橋上部采用預應力混凝土(先張)空心板，橋面連續；下部采用柱式墩臺，橋臺基礎采用直徑1.2 m樁基礎，橋墩基礎采用直徑1.5 m樁基礎。

鄰橋處基坑第四系土層厚度約10 m，基坑底為中風化安山巖，地層參數如表1所示?；鶐r賦存裂隙承壓水，水位埋深2.7 m～4.8 m，水頭5.72 m～9.32 m，賦存于基巖全～微風化帶及節理裂隙密集帶、碎裂巖中，地下水徑流深度較大，徑流方向復雜，滲透系數2 m/d，水量較大。

3 軟土深基坑臨近橋梁數值模擬分析

車站采用鉆孔樁加內支撐的圍護結構型式，按照車站基坑開挖步序進行開挖、支護、拆撐全過程模擬。根據車站結構所處地層圍巖的物理力學性質，采用地層結構法計算車站的圍護結構，巖土本構采用摩爾—庫侖本構，圍護結構采用彈性梁結構，計算模擬基坑開挖支護，對開挖過程中的危險工況及開挖完成后拆撐工況進行重點分析。有限元計算模型如圖1所示。

表1 地層參數表

基坑開挖至基坑底時，如圖2所示，樁身最大水平位移發生在第一、二道支撐中間位置，約15.4 mm，基坑兩側位移量稍有區別，位移值的差小于0.1 mm，此時地表沉降最大值為15.3 mm。

基坑開挖完成后，位移沒有達到最大值，拆除第二道支撐時，樁身最大水平位移約23.4 mm，此時地表沉降最大值為17.8 mm；澆筑頂板后拆除第一道支撐后，如圖3所示，地面最大沉降達到最大值，為23.5 mm，橋樁最大水平位移為21.0 mm。

由圖4，圖5可知，樁基最大附加沉降小于1 mm，橋樁和蓋梁附加應力最大值為1.3 MPa，小于樁基C35混凝土抗拉強度設計值，對橋樁和蓋梁基本無影響，相鄰墩臺間不均勻沉降差值(不包括施工中的沉降)橋面小于0.2%的附加縱坡(折角)。根據單樁計算沉降結果分析，車站施工完成后滿足相鄰墩臺不均勻沉降的要求，樁基處于安全可控狀態。綜合分析，基坑施工完成后引起的地面沉降在允許范圍內。

4 臨近橋梁深基坑開挖支護方案設計

4.1 支護設計方案

針對高新1號橋處采用高壓旋噴樁止水、旋噴鉆孔灌注樁+內支撐支護方案，具體設計如圖6所示。

4.2 支護參數設計

根據車站結構所處地層圍巖的物理力學性質，采用理正深基坑軟件地層結構法計算車站的圍護結構，確定圍護結構各構件參數，如表2所示。

表2 車站臨近高新1號橋圍護參數表

4.3 施工設計保護措施

河道處理：在河道南北兩側施作圍堰，排出圍堰內的水并對河道底進行清淤處理。清淤處理完成后，回填覆土至冠梁頂，之后進行基坑開挖。

注漿加固：開挖橋梁附近范圍基坑時，在主體結構旋噴樁與橋基之間設置注漿管進行預注漿加固。注漿加固深度9 m，寬度2.5 m。注漿管采用φ42袖閥管，間距500 mm。注漿漿液為水泥，注漿壓力采用0.5 MPa～0.7 MPa，豎向加固深度按入巖截止控制。

實時監測：施工前、中、后三個階段對施工現場周邊地面及橋梁、開挖工作面、土體變形、地下水動態、已完成的永久結構或臨時結構進行監測，如圖7所示，做到信息化施工，以便根據施工中出現的實際情況采取相應的措施，確?；蛹皹蛄旱陌踩?。

5 結語

針對深基坑開挖對鄰近橋梁不利影響這一課題，充分考慮了依托工程市民健身中心車站基坑和高新1號橋的工程特點、地質條件等相關不利條件，開展了有限元分析，研究了不同開挖步驟下基坑的水平位移、地表沉降及坑內隆起，以及橋梁樁基的水平位移、豎向位移及附加應力，揭示了深基坑開挖對鄰近橋梁結構的影響規律，并針對性的進行了方案設計，能夠保證軟土深基坑臨近橋梁的安全穩定。