紧邻既有桥梁深基坑支护

分类：电力论文发表 时间：2020-07-30 13:58 关注：(1)

　　以成都轨道交通某新建地铁车站为背景，采用数值模拟方法对紧邻既有桥梁深基坑支护方案进行分析比选，以土体、桥梁基础的变形为控制指标提出了辅助加强措施；分析了地下连续墙成槽幅宽对桥梁基础及基坑位移的影响，在此基础上提出了工程风险控制建议，相关设计经验可为今后类似车站的设计提供参考。

　　关键词：深基坑；邻近桥梁；辅助措施；数值分析

　　随着城市轨道交通工程的快速发展和运营线网的加密，地下空间的利用率越来越高，地铁车站深基坑邻近既有市政跨河桥梁的工况越来越常见。当基坑一侧邻近市政桥梁基础时，对于超深基坑可能存在着超载不对称的情况，对基坑的安全产生不利影响；同时施工过程中对土体的扰动，会直接导致桥梁基础的变形和位移，对桥梁的受力状态产生一定影响。梁发云等[1]研究了城市桥梁安全保护的影响区域；王翠等[2]分析认为增大支撑刚度和围护墙体刚度及对土体注浆加固可以有效减小基坑变形和地表沉降，其中增大支撑刚度对控制变形最为有效。笔者以成都轨道交通某车站深基坑工程为背景，利用MidasGTS建立三维有限元分析模型，考虑土体、桥台及围护结构的相互作用，对地下连续墙成槽过程和基坑开挖回筑工况进行研究，并提出了控制深基坑开挖对邻近桥台影响的工程措施。

　　1工程概况

　　成都轨道交通某车站为地下4层双柱三跨箱型框架结构，基坑深度约34m。车站临河设置，基坑距离南河桥墩台基础最近处约6.5m。南河桥为单跨预应力钢筋混凝土中承式肋拱桥，采用重力式桥台，刚性扩大基础，桥面宽34m，基础埋深约11.7m。桥台基础拱脚水平推力标准值15469kN，竖向力标准值13476kN。桥梁基础持力层为中密砂卵石层，基坑开挖深度范围内卵石层厚度达24.2m。基坑开挖深度范围内土层的物理力学指标及计算参数见表1。由于基坑临近河流，砂卵石地层水力联系强烈，围护结构拟采用地下连续墙兼作止水帷幕的形式，基坑及支护结构布置体系见图1。

　　2不同支护方案比选分析

　　基于止水需求，基坑采用地下连续墙加内支撑的支护方案，为控制基坑变形共设置7道内支撑。一般情况下地下连续墙单幅成槽宽度为6m，由于桥梁基础处存在较大竖向超载及水平推力，成槽过程中存在塌孔风险，根据地下连续墙成槽幅宽，比选2种施工方案：①方案1地下连续墙成槽宽度6m；②方案2地下连续墙成槽宽度3m。2种方案采用相同的内支撑形式及开挖顺序。

　　2.1计算模型及参数

　　计算采用Midas-GTSNX有限元分析软件，运用节点位移连续条件，对连续介质进行大变形分析，基于显式差分法求解运动方程和动力方程。土体本构模型选用D-P模型，地下连续墙采用壳单元，内支撑采用梁单元，南河桥采用实体单元模型。模型长、宽、高尺寸分别为120、105、60m，共有72392个节点，149159个单元，见图2。

　　2.2数值模拟结果及分析

　　对上述2种地下连续墙成槽方案进行建模分析，并进一步分析整个基坑施工过程中桥梁基础及墙后土体的位移。图3、4分别为桥梁基础及土体位移云图。地下连续墙施工完成、基坑开挖完成、拆撑完成时，2种方案的桥梁基础和墙后土体的水平及竖向位移见表2。地下连续墙开挖完成时，方案1南河桥基础水平位移为2.64mm，竖向位移为-8.13mm；方案2南河桥基础水平位移为1.34mm，竖向位移为-4.23mm。方案1与方案2中桥梁基础变形均满足规范限制要求[2]，但方案1墙后土体在地下连续墙成槽阶段变形过大，难以满足相关规范限值要求。基坑开挖到底时，方案1南河桥基础水平位移为3.01mm，竖向位移为-5.29mm；方案2南河桥基础水平位移为1.97mm，竖向位移为-1.64mm。该阶段方案1桥梁基础水平位移已超出规范限值。拆撑完成时，方案2桥梁基础及墙后土体位移均满足规范要求。由于重力式拱桥基础存在较大的水平推力和竖向荷载，变形主要发生在地下连续墙成槽阶段，单幅6m槽段泥浆护壁难以保证成槽稳定性，减小地下连续墙单幅成槽宽度，可以有效控制南河桥基础的水平位移和竖向位移。

　　2.3辅助措施对基坑变形影响分析

　　地铁基坑工程中由于地勘资料难以全面反映地下岩土特征，施工过程中存在较多不确定性因素，为进一步控制桥梁基础位移，提高安全冗余度，结合区间端头加固措施，对基坑支护方案采取2种辅助措施[3]：①方案3在方案2的基础上，在地下连续墙与桥梁基础之间设置1排钢筋混凝土隔离桩，桩径1500mm，桩间距2000mm；②方案4在方案3的基础上，对墙后与桥梁基础之间土体进行全断面注浆加固。表3为采取2种辅助措施之后桥梁基础及墙后土体在各工况下的位移。由表3可知，在桥梁基础后设置隔离桩后，桥梁基础及墙后土体各工况下水平位移均小于方案2，但由于隔离桩施工过程中对桥后土体产生扰动，使得地下连续墙成槽过程中桥梁基础及墙后土体竖向位移大于方案2；同时隔离桩的有利作用体现在基坑回筑工况下，桥梁基础及墙后土体水平及竖向位移均小于方案2。在桥梁基础后设置隔离桩并对土体注浆加固时，地下连续墙开挖完成后南河桥基础水平位移由1.05mm减小到1.04mm，基坑开挖完成后南河桥基础水平位移由1.69mm减小到1.64mm，拆撑完成后南河桥基础水平位移由2.04mm减小到1.88mm。可以看出，对土体进行注浆加固可进一步减小南河桥基础的水平位移，但对竖向位移的改善作用不大。

　　3工程风险控制建议

　　3.1变形控制指标

　　监测控制指标应依据类似工程经验和现场测试数据，在综合考虑预测变形和结构容许变形值的基础上考虑一定安全系数确定，主要包括以下几种因素：1）三维有限元模拟趋势预测值；2）桥梁管理及设计部门的安全技术要求；3）国家现行相关规范的要求[4]。根据以上结论和工程实际特点，同时依据现有常规测量仪器的监测精度、变形预测结果，将控制值划分为3级：控制值的70%（预警值）、85%（报警值）和100%（控制值），如表4所示。

　　3.2监控测量

　　监控量测是施工的重要组成部分，具体建议如下：1）施工期间，加强对南河桥结构变形实时监测，同时严密关注基坑、支撑变形，做好应急处理准备工作；2）施工过程中若变形达到报警值时，应停止施工，采取相应措施避免位移继续扩大，确保南河桥及基坑的安全；3）监测单位应严格按照相关规范要求进行测量；4）监测信息应及时反馈，监测单位和施工单位间应建立良好的数据交换机制；结合3级预警机制，监测项目也应按“分区、分级、分阶段”的原则制定监控量测控制标准，并按黄色、橙色和红色3级预警进行反馈和控制。

　　4结语

　　以成都轨道交通某新建车站工程为背景，采用有限元软件对紧邻既有桥梁深基坑开挖过程进行模拟，分析了地下连续墙成槽及基坑开挖回筑过程中既有桥梁基础与基坑支护的相互影响，得出如下结论：1）通过数值分析计算表明，在桥墩基础水平推力作用下，地下连续墙成槽过程会引起较大的地面沉降和土体位移，减小单幅地下连续墙成槽宽度可以有效减小基坑水平和竖向变形。2）采取辅助措施可以有效改善基坑变形，在桥梁基础后设置隔离桩，由于隔离桩对土体的扰动会略微增大桥梁基础及墙后土体竖向位移，但可减小桥梁基础及墙后土体在各工况下的水平位移。3）在桥梁基础后设置隔离桩并对土体注浆加固，可进一步减小南河桥基础的水平位移，但土体注浆加固对竖向位移的改善作用不大。

　　参考文献：

　　[1]梁发云，李镜培，褚峰.超深基坑对城市桥梁保护区域影响的初步探讨[J].岩土工程学报，2006，28（Sup1）：1466-1469.

　　[2]王翠，闫澍旺，张启斌.深基坑开挖对邻近桥桩的影响机制及控制措施研究[J].岩石力学与工程学报，2010，29（Sup1）：2994-3000.

　　[3]曲星，白东锋.地铁车站施工对临近桥梁影响的保护措施研究[J].科技资讯，2016（12）：38-39.

　　[4]北京城建勘测设计研究院有限责任公司.城市轨道交通工程监测技术规范：GB50911-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2014．

　　作者：杜志涛 李少友