拉林鐵路深水橋沙石筑島臨水基坑模型試驗研究

何 旭，馮圣康 ，王家鑫 ，周亞凱

（1.中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇無錫214028；2.淮陰工學院，江蘇淮安223003；3.江蘇省交通運輸與安全保障重點實驗室，江蘇淮安223003）

拉林鐵路（Lhasa-Linzhi Railway），簡稱拉林線，是中國一條連接西藏自治區拉薩市拉薩站至西藏自治區林芝市巴宜區林芝站的國鐵Ⅰ級單線電氣化快速鐵路，是川藏鐵路的重要組成部分。拉林鐵路起于西藏自治區拉薩站（貨車起于拉薩南站），沿拉薩河而下，經貢嘎轉向東，經山南、朗縣、米林，跨越雅魯藏布江到林芝站，全長433km。本文研究依托工程為“新建鐵路川藏線拉薩至林芝段LLZQ12標段多卡3號特大橋6～13號深水墩基礎承臺筑島及深基坑鉆孔樁圍堰施工”。該工程中，采用沙石圍堰筑島，排樁+旋噴樁截水帷幕咬合支護結構，開挖深度10～14m。

對于筑島工程本身而言，作為一種工藝簡單的土石方工程，其技術較為成熟，質量容易得到保證。但在本項目依托工程中須解決的問題是由于順河流向大面積筑島后開挖，形成臨水基坑。由于筑島材料的選擇限制，臨水基坑須保證穩定性，因此上述問題能否合理解決，是筑島工程設計、施工成敗的關鍵。為定性驗證筑島施工中存在的臨水基坑施工問題，本文采用室內臨水基坑縮尺模型試驗的方式進行試驗驗證。

1 室內模型試驗設計

本試驗拉林鐵路多卡3 號特大橋筑島開挖基坑為原型，土體來自多卡特大橋施工現場，是一種真實土料，并沒有改變土質的物質組成，在室內將土體用機械夯實使土體重度增大至與現場地層砂質土重度相同，然后將土體靜置一定的時間再開挖來模擬現場施工，土的基本物理性質指標如下：最佳含水量為22%，最大干密度為1.58g/cm3，重度為18.82kN/cm3，內摩擦角22°，天然密度為19.2g/cm3。根據相似性原理，試驗采用室內縮尺模型結構。由于試驗條件的限制，本試驗并沒有嚴格按相似率進行，是一種定性的模擬試驗。試驗旨在通過室內模型試驗，模擬基坑開挖過程，測量土體應力在各個階段的發展、變化過程，獲得在各個階段土體應力的大小、分布及其他規律，并監測在各個階段基坑壁側向位移的變化。

試驗采用不銹鋼合金外殼支撐內鑲有機玻璃板，槽內凈空尺寸為1800mm×1500mm，長度方向開放方便進出，如圖1所示。試驗采用臨水堆載與臨水不堆載兩種情況。開挖時完成支撐。采用微型觀測裝置測量應力變化及模擬咬合樁頂部變形情況。應力監測位置如圖2所示，共計24個，沿土層豎直方向上、中、下均有布置，同時配以通道編號。位移觀測裝置如圖1 排列，測量咬合樁頂土體及外側位移。

2 試驗結果分析

2.1 臨水基坑堆載狀態與應力關系

伴隨著基坑開挖施工的進行，作用在支護結構上的主動土壓力不斷增長。隨著深度的增加，監測點土壓力呈現隨深度增加，變化量減小趨勢。在臨水狀態基坑同等深度處，可見應力隨監測水平位置變化情況（圖3）。

圖1 模型試驗和堆載裝置結構示意圖

圖2 土壓力盒埋置圖

圖3 鄰水狀態未堆載側壁主動應力與埋深變化規律

監測數據結果表示，隨著開挖擾動的產生，土體應力隨變形開始增長?？拷觾缺谖恢锰帒ψ兓^大，隨著距離增長應力影響減弱。隨著基坑進一步開挖，應力隨之增長。因此，在基坑開挖施工作用下，應力集中于側壁范圍，當開挖進入臨水水位線以下后，應力曲線出現拐點，體現了臨水狀態對基坑支護作用的影響幅度（圖4）。

2.2 基坑側向位移與開挖過程的關系

圖4 臨水支撐側土體應力—開挖深度關系圖

基坑開挖施工，必然帶來側壁土體位移，即便是進行了咬合樁支護，位移依然僅僅是變形量數量級的區別，其趨勢與方向通常保持不變。本試驗對基坑自坑頂到臨水邊緣布設8 個位移監測點，結果表明，除7、8號距離較遠無明顯讀數外，1～6 號監測點隨基坑開挖成變形趨緩的趨勢。由于水體存在，在一定變形后支護結構可能發生整體移動，因此存在此種規律現象，同時結果也體現了基坑變形隨監測點遠離坑邊而總體減小的趨勢（圖5）。

3 結語

通過以上模型箱定性縮尺試驗，對于諸如拉—林多卡特大橋的沙石筑島上的臨水基坑工程具有如下理論規律：

（1）基坑的開挖施工會顯著影響應力變化，其隨深度增加而增長。

（2）因為臨水狀態的關系，土壓力增長容易出現極值點，在支護配筋時應尤為關注。

圖5 不同工況下側向位移—開挖深度關系圖

（3）此類基坑開挖位移變化明顯，穩定的滲流場會增強變形增長趨勢。

此試驗定性說明了臨水基坑開挖存在的一些風險與施工注意問題，同時驗證了砂石料筑島+咬合樁支護結構施工技術方案的可行性，為地區的同類工程提供了一定參考。