南京雙橋門立交深基坑支護(hù)技術(shù)研究

曹紅權(quán) 南京鐵發(fā)集團(tuán)江蘇雷威建設(shè)工程有限公司

南京雙橋門立交是南京市主城區(qū)"外環(huán)+井字"型快速道路網(wǎng)布局中的重要組成部分，也是主城區(qū)南部東西向大通道及主城內(nèi)環(huán)快速路系統(tǒng)的重要路段。緯七路東段地面道路以四孔箱涵（10m+10m+10m+10m）下穿寧蕪鐵路,與既有鐵路交角29.930。為便于基坑施工，在寧蕪鐵路西側(cè)修建一道臨時鐵路，待該工程結(jié)束后，拆除臨時鐵路恢復(fù)原有寧蕪鐵路。下穿鐵路處地面高程為+9.5m～10.0m，基坑開挖深度6.4m～8.2m。整座基坑總面積8615m2，基坑等級為一級（見圖1）。

圖1 雙橋門立交東端道路典型橫斷面布置圖

基坑西側(cè)距新建寧蕪鐵路中心線8.20m，南側(cè)距宇秦園小區(qū)商住樓4.58m，距小區(qū)道路僅1.2m。因此，深基坑施工既要確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，又必須考慮周圍鐵路營業(yè)線、建筑、道路和地下設(shè)施的安全。

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場地地貌單元為秦淮河漫灘。該地層地下水屬潛水型，水位埋深在0.6m～1.4m（高程8.2m～9.1m）之間，直接受大氣降水和地表水系的入滲補(bǔ)給，水位受季節(jié)性影響，水位年變化幅度為0.5m～1.0m。整個箱涵絕大部分座落在流塑狀的淤泥質(zhì)亞粘土層中。

1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

1.1 支護(hù)方案選擇

根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、周邊環(huán)境和工期特點(diǎn)，本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、方便施工的原則，經(jīng)過細(xì)致地分析計(jì)算，確定采用下述方案：

(1)沿新線一側(cè)采用前排鉆孔灌注樁加后排拉錨樁（鉆孔灌注樁）作為擋土結(jié)構(gòu)；局部PA段和HJ段采用懸臂式鉆孔灌注樁支護(hù)，在HJ段布置少量后排拉錨樁減小支護(hù)位移。

(2)拉錨樁和前排支護(hù)樁之間采用鋼絞線連接。

(3)箱涵基坑南側(cè)KL段和N點(diǎn)處，住宅樓之間采用鉆孔灌注樁加一層土錨桿作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑?xùn)|西兩段采用放坡開挖。

(4)南側(cè)基坑LMN、NO段（見圖2），采用大寬度圈梁加坑內(nèi)鋼管地腳撐作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。

(5)整個基坑采用SMW深攪樁作為止水帷幕，止水樁要求進(jìn)入2-4層或3-1層，在箱涵外側(cè)形成全封閉止水帷幕?；硬捎霉芫邓觾?nèi)承臺附以輕型井點(diǎn)降水。

(6)坑內(nèi)側(cè)樁前箱涵和箱涵之間可留出土臺地的位置，盡量留出土臺，保證支護(hù)樁的穩(wěn)定。

(7)基坑內(nèi)上跨立交橋承臺采用沉井法進(jìn)行施工。

圖2 南側(cè)基坑LMN、NO段平面圖

1.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

本設(shè)計(jì)方案計(jì)算時以各段自然地面絕對標(biāo)高為準(zhǔn)。

(1)計(jì)算區(qū)段的劃分

根據(jù)基坑開挖深度、土層條件，將該場地劃分為六個計(jì)算區(qū)段，各區(qū)段詳見平面圖。

附加荷載：取地面附加荷載為20kPa,

鐵路荷載：按鐵路規(guī)范附加荷載為60kPa，道床厚度為1.0m，取其為20kPa，作用寬度3.6m。

(2)土壓力系數(shù)計(jì)算(見表1)

表1 土壓力系數(shù)表

按照朗肯土壓力計(jì)算理論作為土側(cè)向壓力設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)，即：

主動土壓力系數(shù)：Kai=tg2(45°-φi/2)被動土壓力系數(shù)：Kpi=tg2(45°+φi/2)

計(jì)算時，不考慮支護(hù)樁體與土體的摩擦作用，且不對主、被動土壓力系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，僅作為安全儲備處理。

(3)土層側(cè)向壓力計(jì)算的約定A

本設(shè)計(jì)充分考慮到各巖土層的不透水性，在土層側(cè)向壓力計(jì)算時②-3采用水土分算，其余均采用水土合算。

(4)支撐標(biāo)高確定：絕對標(biāo)高+8.5m。

1.3 基坑支護(hù)布置(見表2及圖3--圖5)

表2 支護(hù)樁設(shè)計(jì)參數(shù)表

(1)南側(cè)LMNO段支護(hù)考慮住宅樓基礎(chǔ)深1.5m，其作用深度為6.50m，該段采用鉆孔灌注樁加一層錨桿或內(nèi)支撐支護(hù)。

(2)CDEFGH段后排錨拉樁設(shè)計(jì)計(jì)算：

地面活荷載q1=20.0kPa。采用鉆孔灌注樁，樁長9.0m，間距 14.0m，φ1100＠2400，砼 C30，主筋 HRB335級鋼 12φ32。

(3)CDEFGH段鋼絞線計(jì)算：

已知R＝212.0kN/m，采用 7φ5鋼絞線，fpy=1320N/mm2

鋼絞線計(jì)算：n=212×2.4×1.25×1000/（139×1320）＝3.46根，實(shí)取4根。

(4)KL、N點(diǎn)段錨桿設(shè)計(jì)計(jì)算：

已知R＝133.5kN/m，取錨桿傾角150，錨桿直徑為0.15m，土層分布見表3：

①受拉承載力設(shè)計(jì)值為：

表3 土層分布表

N=133.5×1.25/cos15=172.8kN

配筋計(jì)算：As=172.8×1000/300=575.95mm2

取 1Φ32，有A=803.8mm2

②自有段長度計(jì)算：

由上面LMN地段土壓力計(jì)算，已知反彎點(diǎn)深度為7.43m，經(jīng)計(jì)算摩擦角加權(quán)值為17.9度。

Lf=7.43×sin(45-17.9/2)＝4.37m，實(shí)取5.0m。

③ 錨固段計(jì)算：

錨桿頭位于-1.5m，即第一層土為②-1層，該層內(nèi)長度為1.9/sin15=7.34m。由N＝3.14/1.3×d∑(qsik×li)得：

172.8×1.3＝3.14×0.15×(7.34×35+25×y)，得Y＝8.8m

則:Ld=7.34+8.8=16.1m，實(shí)取16.5m。

錨桿總長度為:L＝5+16.5＝21.5m。

(5)LMNO點(diǎn)段內(nèi)支撐設(shè)計(jì)計(jì)算：

本設(shè)計(jì)采用φ219×6的鋼管作為鋼支撐材料

N=1.25×76.1×3.0/sin45=403.6kN

鋼支撐強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算：

本設(shè)計(jì)采用Φ219×6鋼管，截面特征系數(shù)：

A=π(2192-2072)/4=4012.92mm2

I=π/64(D4-d4)=22775829.08mm4

W=I/R=207998.44mm3

i=(I/A)1/2=75.34mm

λ=6/i=79.64

查表：Φ=0.584

支撐安裝偏心產(chǎn)生的彎矩M

M=N×e=403.6 0.001×6=2.42kN-m/m

支撐強(qiáng)度驗(yàn)算：

f=N/(ΦA(chǔ))+M/W=403.6×103/0.584/4012.92+2.42×106/207998.44=183.9MPa<210MPa。

圖3 支護(hù)樁剖面圖

圖4 圈梁和拉梁大樣

圖5 BCD、FG、JK段支護(hù)樁剖面圖

圖6 降水井大樣

1.4 基坑降排水(見圖6)

(1)整個基坑采用SMW深攪樁作為止水帷幕，止水樁要求進(jìn)入2～4層或3～1層，在箱涵外側(cè)形成全封閉止水帷幕，基坑采用管井降水，坑內(nèi)承臺附以輕型井點(diǎn)降水。

(2)SMW深攪樁施工方法：①用挖掘機(jī)開挖1m寬、0.8m深的溝槽;②采用三軸ZKD-850SMW深層攪拌樁機(jī)施工，葉片直徑φ850，單孔中心距600mm，各幅樁體間搭接850mm；③施工順序按1-2-3-4-5循環(huán)施作；④每根樁的時間間隔不得大于24h，否則作為硬接頭處理(見圖7)。

圖7 SMW止水帷幕施工順序圖

(3)降水施工方法：①坑面四周設(shè)置排水溝，及時排除地面雨水；②土方開挖前1個月，采用管井降水，并設(shè)置監(jiān)測井檢查降水效果(見圖8)。

圖8 基坑深井降水布置圖

2 土方開挖及支撐施工

針對基坑特點(diǎn)，考慮基坑暴露后整體與局部的時空效應(yīng)，土方開挖及支撐施工方案盡可能使支護(hù)結(jié)構(gòu)處于受力有利狀態(tài)，使基坑變形較小。

(1)土方采用分層對稱開挖，控制挖土速率，不得局部一次開挖過深，引起支護(hù)樁產(chǎn)生過大位移，挖土完成馬上搶做墊層和底板。

(2)新建線路前后樁頂圈梁內(nèi)預(yù)留鋼絞線塑料管穿孔；鐵路路基下采用鋼管保護(hù)鋼絞線。土方開挖第一層1.5m深后每組鋼絞線先施加應(yīng)力700kN，在基坑開挖和箱涵施工過程中應(yīng)根據(jù)監(jiān)測情況進(jìn)行補(bǔ)拉。

(3)有錨桿的圍檁中應(yīng)預(yù)設(shè)孔徑為Φ80的孔道，其水平傾角與該錨桿相一致。施工中對錨桿自由段中的鋼筋及錨端鋼結(jié)構(gòu)按相關(guān)規(guī)范要求作防銹處理。錨桿張拉控制應(yīng)力為170kN，錨桿中的水泥砂漿強(qiáng)度不得低于M10。

(4)內(nèi)支撐采用 Ф219×6 鋼管，地腳墩為先用 5Ф48×3.5×6鋼管打入地下并注漿，注漿采用水泥砂漿，水灰比0.45，標(biāo)號M10,注漿壓力為 0.5MPa～0.8MPa，花管鉆孔 3個/m～4個/m，孔徑Φ6-8，然后在頂部采用加強(qiáng)筋連接，并澆注C30砼墩與支撐鋼管連接。

(5)土方開挖過程中加強(qiáng)對新建線路的檢查養(yǎng)護(hù)。

3 基坑支護(hù)工程施工監(jiān)測

3.1 監(jiān)測點(diǎn)布置及測試內(nèi)容

(1)地面沉降位移觀測：

①沿支護(hù)樁圈梁頂面每隔15m設(shè)一觀測點(diǎn)。

②沿鐵路線兩側(cè)每隔15m設(shè)一觀測點(diǎn)。

③對南側(cè)靠近基坑的住宅樓設(shè)四個沉降觀測點(diǎn)。

(2)深層水平位移量測：共布置8根左右測斜管，測斜管深度20m。

(3)樁身應(yīng)力量測：選擇5根左右支護(hù)樁，采用鋼筋應(yīng)力計(jì)量測。

3.2 監(jiān)測與測試的控制要求：

(1)支護(hù)樁：水平位移速度不超過3mm/d；位移總量小于5‰挖深。

(2)鐵路及建筑沉降速度不超過3mm/d；位移總量小于30mm，房屋差異沉降不超過1/1000。

(3)樁身應(yīng)力及支撐軸力：達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%。

經(jīng)過對支護(hù)結(jié)構(gòu)圈梁水平位移測量結(jié)果整理分析，最大水平位移為23mm，樁身應(yīng)力最大為設(shè)計(jì)值的76%。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)規(guī)程》JGJ120-99，《上海市基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》DBJ08-97，排樁支護(hù)頂部位移一級為30mm，觀測結(jié)果均在上述控制范圍內(nèi)，說明支護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠，結(jié)構(gòu)變形小，整體功能較好。

4 結(jié)束語

(1)南京雙橋門立交工程深基坑支護(hù)體系經(jīng)過施工的考驗(yàn)，證明設(shè)計(jì)方案和施工都是成功的，具有形式簡單、受力明確、支護(hù)可靠，費(fèi)用節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)，適用于淤泥軟弱地基的深基坑施工。

(2)采用雙排支護(hù)樁并施加預(yù)應(yīng)力對鐵路營業(yè)線進(jìn)行支護(hù)在上海鐵路局范圍內(nèi)尚屬首次，不僅需要合理的設(shè)計(jì)，計(jì)算假定與模型準(zhǔn)確，更需要精心施工，合理安排支護(hù)結(jié)構(gòu)與箱涵的施工程序、預(yù)應(yīng)力的施加、土方開挖順序及深層監(jiān)測技術(shù)對支護(hù)結(jié)構(gòu)的成敗起重要作用。

南京雙橋門立交工程深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工實(shí)踐證明，鐵路營業(yè)線利用雙排支護(hù)樁并施加預(yù)應(yīng)力；宇秦園小區(qū)6層住宅樓利用單排支護(hù)樁加錨桿及適當(dāng)支撐來抵抗土體及附加荷載，控制土體位移，其技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理，社會效益顯著。