杭州市某鐵路頂進框架橋臨河基坑支護設計

佟健

摘要 結合杭州市某河道鐵路涵洞拓寬改造工程中頂進框架橋臨河基坑工程實例，探討軟土地區臨河基坑支護及降水設計難點要點，涉鐵工程復雜邊界條件下，如何采用合理的支護結構設計方案，有效避免臨河基坑兩側不對稱變形的影響;合理選用降排水措施，達到臨河基坑降水效果，保障基坑開挖順利進行。根據現場實際監測結果，提出的設計方案切實可行。

關鍵詞 涉鐵工程;臨河基坑;支護結構;降水設計

中圖分類號 TU476 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0038-03

0 引言

杭州市地處華東地區、錢塘江下游，河網密布，水系發達。目前杭州市內既有普速鐵路包括滬昆線（浙贛段、滬杭段）、蕭甬線、宣杭線，另有滬杭、寧杭、杭甬、杭長等高速鐵路，杭州是我國首座高鐵十字架城市，隨著我國軌道交通事業的飛速發展，很多涉鐵工程基坑施工難以避免地需要在臨河或臨江區域開展。臨河基坑由于河道側有限土體、單側主動土壓力不足的特殊性，極易產生不對稱變形，造成止水結構的剪切破壞，從而導致整個基坑支護體系的失效[1-2]。因此，合理選擇基坑支護形式及降排水措施，對控制圍護結構變形、保障施工及鐵路運營安全有著十分重要的意義。

1 工程概況

杭州市某河道下穿鐵路滬昆繞行線，原下穿箱涵孔徑僅3 m，河道過流能力受限，綜合考慮鐵路安全、運輸需求及現場條件，擴孔改造工程須移位新建一孔凈寬12.5 m、長22 m框架橋，采用頂進法施工。鄰近鐵路側該工程主基坑距離鐵路中心線15 m，基坑凈寬17 m、凈長27 m、開挖深度6 m，基坑安全等級一級。

杭州市濱江區內河水系屬錢塘江流域的蕭紹平原運河水系。除白馬湖及其周邊部分河道為天然河湖外，區域內其他河道多為人工開挖形成，斷面規整、河道順直、坡度小、水流緩慢，且基坑所處的河道毗鄰錢塘江。河岸所處場地孔隙潛水水位埋深較淺，基坑南半幅位于原有河道，河水沿漿砌片石河岸護坡流通，且地下水豐富。為滿足河道施工期間不斷流和臨時泄洪的需要，圍堰河道內設置2排?1 200 mm的承插口鋼筋混凝土管做導流管。導流管位于既有河道內，距離工作坑南側約4 m。

2 工程地質

基坑處的土層情況簡要如下：①雜填土：主要為分布于表層，成分以粉土及黏性土為主。②?1砂質粉土：灰色，稍密，濕～很濕，夾粉砂，呈黏質粉土狀，層厚約4.1～7.3 m。②?2砂質粉土：灰色，稍密～中密，很濕，厚層狀，層厚約12.6～15.3 m。③?1淤泥質黏土：灰色，流塑，薄層狀，含有機質、云母碎屑及腐殖質，夾粉土薄層、粉砂，互層狀，層厚約7.8～9.1 m。③?2粉質黏土：灰褐色，軟塑，薄層狀～中厚層狀，層間夾粉砂薄層，分布不均，局部以粉砂為主，層厚約13.1～14.7 m。④圓礫：灰褐色、灰黃色，飽和，中密～密實，該層未揭穿。

基坑開挖深度約6 m，主要開挖土層位于②?1砂質粉土層，該層孔隙比為0.85，滲透系數0.09 m/d，透水性較強，不利于基坑設計的展開。

場地內及周邊未見化學污染源存在。鑒于場地孔隙潛水水位埋深較淺，場地（淺部）土層的腐蝕性基本與地下水的腐蝕性相同，即場地土層對混凝土結構具微腐蝕性;對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

根據《建筑抗震設計規范》（GB50011—2010），表4.1.3及表4.1.6規定，擬建建筑的場地類別為Ⅲ類，場地土類型為中軟土。場地內存在軟土層，故為建筑抗震不利地段。

3 基坑設計

3.1 基坑支護方案（平面如圖1）

（1）基坑臨近既有鐵路側，該處鐵路為高路基，鐵路軌頂至坑底高差大于10 m，等效荷載80 kPa，無其他附加施工荷載情況，支護結構采用Φ100@110 cm鉆孔灌注樁（如圖2）。

（2）基坑北側場地開闊平整，開挖深度6 m，另考慮常規施工附加荷載，采用Φ80@100 cm鉆孔灌注樁作為支護結構。

（3）基坑南側半幅位于既有河道內，考慮到基坑主動區土體有限，為降低有限側土壓力減少而導致的基坑圍護體系不平衡受力的不利影響，盡量避免圍護結構雙重變形，采取圍堰內局部回填至設計標高，使基坑圍護體系南北兩側樁頂標高一致，以彌補土壓力不足造成的不利影響[3-4]。

3.2 基坑降水方案

在基坑工程中，為避免流砂、突涌，保證周邊環境安全，需要采用合理措施進行降排水。頂進工作坑周邊設置環形排水溝，端部設置集水井進行集中排水。基坑開挖前需將地下水降水至設計標高以下1.0 m，降水深度約7 m。

杭州地區常用的降水方式為輕型井點及管井井點降水法，其中輕型井點降低水位一般小于6 m，且降水面積較小，適用地層主要為粘質粉土、粉土層，其降水能力較弱，由于基坑所處河岸地段地下水量較大，影響土層主要為砂質粉土層，透水性較強，故選取可以滿足更大降深、影響面積更大、總涌水量更高降水需求的管井井點降水法[5]。

基坑圍護樁外側均設置搭接20 cm的雙排Φ60 cm高壓旋噴樁做止水帷幕封閉，頂進前端設置高壓旋噴樁墻，預防頂進“扎頭”并有效隔離既有路基地下水，保障行車安全。

基坑等效半徑r=0.29×（27.0+17.0）=12.8 m，降水影響半徑R=2×7.0×（0.09×20.0）0.5=2.7 m，總涌水量Q=3.14×0.09×（2×20.0-7.0）×7.0/ln（1+2.7/12.8）=341.3 m3/d，經迭代計算，需要井數12孔，井深約9 m。

4 施工監測

4.1 監測點布置

由于基坑鄰近鐵路營業線，且周邊環境復雜，施工期間河流不中斷，根據鐵路部門相關管理規定及規范要求，施工期間對基坑支護系統須加強監測，根據監測信息的實時反饋掌握基坑支護系統實際狀況，確保支護系統和周圍環境的安全。結合基坑具體情況，提出如下監測點布置要求：

（1）工作坑前端的鐵路路基應沿線路方向每間隔10 m至少布置一組沉降和位移監測點。

（2）圍護墻頂水平位移和墻頂沉降，應沿基坑周邊每15 m布置一組測點，基坑角點及邊長重點均應布置監測點。

（3）基坑周圍地表沉降，每開挖一段宜設一測量斷面，每一測量斷面在垂直基坑方向兩倍坑深范圍內宜布設4～6個沉降測點，每個開挖段土坡的坡頂上應設2個位移監測點。

（4）在主體結構基坑止水帷幕外側2 m左右布置水位觀測孔，間距不大于50 m。

（5）地下管線的沉降和位移觀測宜布置直接測定。

（6）坑底隆起回彈測量斷面不應少于兩組，宜布置于基坑中部，每一測量斷面應有兩個測點。

4.2 監測要求

監測控制標準和預警標準如表1所示，建議的監測頻率如表2所示。

4.3 監測結果

基坑開挖前5天開始降水，其間基坑側壁局部出現少量滲水、降水困難情況，經多方研判，原因有以下幾點：

（1）基坑圍護結構不對稱變形導致止水帷幕局部破損滲漏。

（2）汛期施工河道及地下水水位變化較大，管井井點數量不足。

（3）降水隊伍急于降水，井點過深，滲流路徑深于帷幕樁，導致帷幕失效。采取如下應急措施：被動區及時回填，滲漏處予以注漿處理，并調整深井孔數及井深。調整后降水效果如達到預期，基坑開挖期間線路軌道、路基及圍護結構變形等監測值均在規范允許范圍內，說明采取的基坑圍護、降水措施及監測均切實可行。

5 結論

通過對杭州市某鐵路頂進框架橋臨河基坑支護設計案例分析，得出如下幾點啟示：

（1）對于臨河基坑支護結構的設計，應提高對河道側有限土體主動土壓力不足的重視，采取增大樁徑或適度增加堆載等措施，以抵御不平衡受力帶來的不利影響，避免不對稱變形造成止水帷幕剪切破壞，從而導致基坑體系整體性失效。

（2）在滲透系數比較大的粉砂土質臨河基坑設計中，應綜合考量土體的毛細效應，在基坑滲流穩定性計算中適度提高計算水頭高度，以保障止水設計的有效性及安全性。

（3）臨河基坑設計中，如何有效隔離地下水為重中之重，常規采用密打搭接的水泥攪拌樁或高壓旋噴樁形成封閉的止水帷幕體系，困難條件下亦可采用咬合鉆孔灌注樁形成隔離墻，均可達到較好的止水效果[6]。

（4）臨河基坑因其所處的特殊周邊環境及地質條件，止水帷幕失效常有發生，施工期間應加強監測，當降水效果達不到預期或坑內水位異常反復，甚至坑壁出現滲流點，應及時采取應急措施，如被動區回填、帷幕注漿補漏等，避免河水倒灌[7-8]。

參考文獻

[1]劉國彬， 王衛東. 基坑工程手冊（2版）[M]. 北京：中國建筑工業出版社， 2009.

[2]吳旭君， 鄭平， 趙偉， 等， 濱海地區軟土地層超深基坑支護設計實例[J]. 巖土工程學報， 2010（S1）： 388-391.

[3]馬平， 秦四清， 錢海濤. 有限土體主動區土壓力計算[J]. 巖石力學與工程學報， 2008（Sl）： 3070-3074.

[4]李峰， 郭院成. 基坑工程有限土體主動土壓力計算分析研究[J].建筑科學， 2008（1）： 15-18.

[5]王春， 李春忠. 深基坑工程降水技術研究與實踐[M]. 濟南：山東大學出版社， 2016.

[6]許凱奇， 李啟明. 鉆孔灌注樁與旋噴樁組合止水帷幕的設計和應用[J]. 工業建筑， 2007（S1）： 759-762.

[7]徐勇， 王心聯. 深基坑止水帷幕失效原因分析及處理措施研究[J]. 地下空間與工程學報， 2010（6）： 1251-1255

[8]建筑基坑支護技術規程： JGJ120—2012[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2012.