深井基坑開挖對臨近橋臺影響分析

許峰

（鎮江市水業總公司，江蘇 鎮江 212008）

1 工程概況

鎮江市建成區污水管網全覆蓋和污水全收集、全處理及海綿建設完善工程——運糧河東段污水截流管改造優化工程位于鎮江市潤州區三茅宮片區，該工程采用頂管法施工。施工過程中，頂管的接收井基坑位于鎮江金山橋的安全保護區域內，因此需要評估接收井基坑開挖對金山橋橋臺變形的影響。

金山橋總長58.8m，根據《城市橋梁設計規范》（CJJ 11—2011）規定，該橋應為中橋。根據《城市橋梁養護技術標準》（CJJ 99—2017）規定，對于修建地下結構、頂管推進、埋設管線、頂管施工等作業的城市橋梁安全保護區域，可劃分為橋梁垂直投影面周邊各60m范圍；對于一級基坑，橋梁的安全保護區域為55m，對于二級基坑，橋梁的安全保護區域為50m。本工程中接收井距離金山橋橋臺的最近距離為46.2m，接收井與金山橋的相對位置如圖1所示。

圖1 接收井與金山橋北新河橋位置

接收井基坑的支護結構為直徑為700mm的雙重管高壓旋噴樁加直徑為900mm的鉆孔灌注樁，搭接200mm，坑底絕對標高-5.70m，場地整平絕對標高7.20m，基坑挖深12.90m；接收井基坑支護剖面圖如圖2所示。

圖2 接收井基坑支護剖面

2 三維數值模型的建立

采用三維數值模型分析接收井基坑開挖對鎮江金山橋橋臺的影響，并結合以前學者的研究成果[1-3]，計算模型的尺寸為125m（長）×50m（寬）×60m（高）。三維有限元計算模型如圖3所示。其中，接收井基坑開挖深度12.9m，基坑平面尺寸為5.9m×7.6m。

圖3 三維數值計算模型

由勘察報告可知，模擬區域共有5層巖土，具體土體參數分別如表1、表2所示。模擬時土體采用實體單元模擬，接收井基坑圍護樁、金山橋承臺采用板單元模擬，金山橋樁基采用植入式梁單元模擬。

表1 計算模型巖土層參數（一）

表2 計算模型巖土層參數（二）

3 計算結果分析

3.1 第一層土開挖及冠梁施工階段

分析開挖第一層土及冠梁施工階段對鎮江金山橋橋臺的影響，分析結果如圖4、圖5所示。從圖可得知，第一層土開挖及冠梁施工后，模型整體的最大橫向位移約為0.4mm，位置在基坑邊緣；模型整體的最大沉降約為2.4mm，位置在基坑內部。

圖4 開挖第一層土及冠梁施工階段模型橫向位移

圖5 開挖第一層土及冠梁施工階段模型沉降

3.2 第二層土開挖及第一道環梁階段

分析開挖第二層土及第一道環梁施工階段對鎮江金山橋橋臺的影響，分析結果如圖6、圖7所示。從圖6、圖7可得知，第二層土開挖后，模型整體的最大橫向位移約為0.4mm，位置在基坑邊緣；第二層土開挖后，模型整體的最大沉降約為2.6mm，位置在基坑內部。第一道環梁施工后，模型整體的最大橫向位移約為0.4mm，模型整體的最大沉降約為2.7mm，位置在基坑內部。開挖第二層土時的橋墩沉降如圖8所示。從圖8可知，開挖第二層土后橋墩的最大沉降約為0.6mm，位置位于靠近基坑的一面。

圖6 開挖第二層土及第一道環梁階段模型橫向位移

圖7 開挖第二層土及第一道環梁階段模型沉降

圖8 開挖第二層土時的橋墩沉降

3.3 第三層土開挖及第二道環梁階段

分析開挖第三層土及第二道環梁施工階段對鎮江金山橋橋臺的影響，分析結果如圖9、圖10所示。從圖9、圖10可得知，開挖第三層后，模型整體的最大橫向位移約為0.4mm，位置在基坑邊緣；開挖第三層土后，模型整體的最大沉降約為2.7mm，位置在基坑內部。第二道環梁施工后，模型整體的最大橫向位移約為0.4mm，模型整體的最大沉降約為2.5mm。開挖第三層土時的橋墩沉降如圖11所示。從圖11可知，開挖第三層土后橋墩的最大沉降約為0.8mm，位置位于靠近基坑的一面。

圖9 開挖第三層土及第二道環梁階段模型橫向位移

圖10 開挖第三層土及第二道環梁階段模型沉降

圖11 開挖第二層土時的橋墩沉降

3.4 第四層土開挖及基坑底板階段

分析開挖第三層土及第二道環梁施工階段對鎮江金山橋橋臺的影響，分析結果如圖12、圖13所示。從圖12、圖13可得知，開挖第四層土及基坑底板施工后，基坑冠梁的最大橫向位移約為0.15mm，大部分土體和結構的橫向位移在0.35mm左右。基坑冠梁的最大沉降約為2.1mm，大部分土體和結構的沉降在0.5mm左右。金山橋橋臺的最大沉降約為0.1mm，位置位于靠近接收井的一側。

圖12 開挖第四層土及基坑底板階段模型橫向位移

圖13 開挖第四層土及基坑底板階段模型沉降

為進一步分析接收井基坑開挖對鎮江金山橋橋臺的影響，選取位于接收井基坑與鎮江金山橋橋臺之間的20個點，分析這些點的沉降變化，選取的沉降點的位置如圖14所示，不同位置處的沉降如圖15所示。由圖可知，土體的最大沉降為3.2mm，在基坑邊緣。在北新河橋位置處，橋樁沉降為0.18mm。接收井基坑開挖對周邊環境的影響范圍約為20m，超過20m后基坑開挖對周邊環境的影響甚微。

圖14 接收井基坑與鎮江金山橋橋臺間的沉降點位置

圖15 不同位置處的沉降

4 結論

（1）接收井基坑開挖施工過程中，基坑冠梁附近土體的最大橫向位移約為0.5mm，最大沉降約為2.1mm。

（2）接收井基坑開挖施工過程中，金山橋橋臺的最大沉降為0.1mm，可認為基坑開挖對金山橋橋臺影響甚微。