淺談深基坑開挖范圍內(nèi)重要構(gòu)筑物的防護(hù)

唐炳根

摘要：深基坑開挖范圍內(nèi)重要構(gòu)筑物的防護(hù)在鐵路施工過程中常有發(fā)生，確保重要構(gòu)筑物及深基坑的施工安全是施工過程中的關(guān)鍵。本文將詳細(xì)介紹廈深鐵路東鋪路下穿通道框架橋工程施工中，鄰近既有線深基坑開挖范圍內(nèi)車站接觸網(wǎng)軟橫跨立柱防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：框架橋 深基坑 構(gòu)筑物 防護(hù)

1、工程概況

東浦路框架橋下穿規(guī)劃的324國道、廈深東孚編組站、廈深線后，上跨廈門北引暗渠，在東浦村東北側(cè)連接廈門規(guī)劃路網(wǎng)。一期工程已完成框架橋15-24節(jié)的施工并開通上跨東孚編組站Ⅳ場1-7道；二期工程第一階段將完成框架橋12-14節(jié)的施工，該段框架橋擬采用明挖法施工，基坑開挖深度為11.0～11.5m，東孚編組站Ⅳ場3043、3045#接觸網(wǎng)軟橫跨立柱基礎(chǔ)位于該段框架橋第13節(jié)兩側(cè)3.8～5.5m處。

2、接觸網(wǎng)軟橫跨立柱基礎(chǔ)加固

2.1加固措施的選擇

根據(jù)現(xiàn)場測定的3043#，3045#接觸網(wǎng)與框架位置關(guān)系，根據(jù)基坑開挖放坡坡度1：1，計(jì)算得出3043#，3045#接觸網(wǎng)軟橫跨立柱基礎(chǔ)頂面距坡面最大距離為11.02米，而3043#，3045#接觸網(wǎng)軟橫跨立柱基礎(chǔ)深4米，基坑開挖必然影響3043#，3045#軟橫跨立柱基礎(chǔ)。考慮到3043#，3045#接觸網(wǎng)軟橫跨已經(jīng)啟用，為了防止軟橫跨立柱基礎(chǔ)位移及沉降，基坑開挖支護(hù)只能采用樁板墻或者圍護(hù)樁加冠梁，但樁板墻工程造價(jià)過高，故采用圍護(hù)樁加冠梁的方法對3043#，3045#接觸網(wǎng)橫跨立柱進(jìn)行保護(hù)。

⑴：沿接觸網(wǎng)基礎(chǔ)四周布置樁徑為1.25米樁長為20m（錨固長度9m）的圍護(hù)支撐樁。

⑵：在圍護(hù)樁頂設(shè)置與接觸網(wǎng)基礎(chǔ)相連的冠梁平臺（5.0*5.0*1.25m），冠梁與接觸網(wǎng)基礎(chǔ)之間進(jìn)行植筋，接觸面鑿毛，C35混凝土澆筑。

⑶：開挖過程中對露出的土體進(jìn)行噴漿掛網(wǎng)支護(hù)

2.2圍護(hù)支撐樁的安全檢算

2.2.1、將最大懸臂與最大土側(cè)壓力的兩個(gè)最不利因素結(jié)果，建立計(jì)算簡圖如下：

2.2.2、計(jì)算參數(shù)

內(nèi)力計(jì)算方法 增量法

規(guī)范與規(guī)程 《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》 JGJ 120-99

基坑等級 一級

基坑側(cè)壁重要性系數(shù)γ0 1.10

基坑深度H（m） 11.000

嵌固深度（m） 9.000

樁頂標(biāo)高（m） 0.000

樁截面類型 矩形

├樁高（m） 1.250

└樁寬（m） 1.250

樁間距（m） 1.650

混凝土強(qiáng)度等級 C30

有無冠梁 有

├冠梁寬度（m） 1.250

├冠梁高度（m） 1.250

└水平側(cè)向剛度（MN/m） 274.722

放坡級數(shù) 1

超載個(gè)數(shù) 0

支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水平集中力 0

2.2.3、放坡信息

坡號 臺寬（m） 坡高（m） 坡度系數(shù)

1 2.000 6.000 1.000

2.2.4、土層信息

土層數(shù) 3 坑內(nèi)加固土 否

內(nèi)側(cè)降水最終深度（m） 12.000 外側(cè)水位深度（m） 12.000

彈性計(jì)算方法按土層指定 無 彈性法計(jì)算方法 m法

2.2.5、土層參數(shù)

層號 土類名稱 層厚 重度 浮重度 粘聚力 內(nèi)摩擦角

（m） （kN/m3） （kN/m3） （kPa） （度）

1 雜填土 3.00 17.0 --- 35.00 16.00

2 雜填土 5.00 19.0 --- 28.00 0.00

3 雜填土 20.00 21.5 9.3 30.00 32.50

2.2.6、土壓力模型及系數(shù)調(diào)整

彈性法土壓力模型： 經(jīng)典法土壓力模型：

2.2.7、水平荷載

a、主動土壓力系數(shù)：

Ka1=tan2（45°- φ1/2）= tan2（45-16/2）=0.568；

Ka2=tan2（45°- φ2/2）= tan2（45-28/2）=0.361；

Ka3=tan2（45°- φ3/2）= tan2（45-28/2）=0.361；

Ka4=tan2（45°- φ4/2）= tan2（45-32.5/2）=0.301；

b、土壓力、地下水以及地面附加荷載產(chǎn)生的水平荷載：

第1層土：0 ～ 3米；

σa1上 = -2C1Ka10.5 = -2×35×0.5680.5 = -52.749kN/m2；

σa1下 = γ1h1Ka1-2C1Ka10.5 = 17×3×0.568-2×35×0.5680.5 = -23.789kN/m2；

第2層土：3 ～ 6米；

H2' = ∑γihi/γ2 = 51/19 = 2.684；

σa2上 = γ2H2'×Ka2-2C2Ka20.5 = 19×2.684×0.361-2×0×0.3610.5 = 18.413kN/m2；

σa2下 = γ2（H2'+h2）×Ka2-2C2Ka20.5 = 19×（2.684+3）×0.361-2×0×0.3610.5 = 38.992kN/m2；

第3層土：6 ～ 8米；

H3' = ∑γihi/γ3 = 108/19 = 5.684；

σa3上 = γ3H3'×Ka3-2C3Ka30.5 = 19×5.684×0.361-2×0×0.3610.5 = 38.992kN/m2；

σa3下 = γ3H3'×Ka3-2C3Ka30.5+γ'h3Ka3+0.5γwh32 = 19×5.684×0.361-2×0×0.3610.5+20×2×0.361+0.5×10×22 = 73.433kN/m2；

第4層土：8 ～ 14米；

H4' = H3' = 5.684；

σa4上 = γ4H4'×Ka4-2C4Ka40.5+γ'h4Ka4+0.5γwh42 = 21.5×5.684×0.301-2×30×0.3010.5+20×2×0.301+0.5×10×22 = 35.905kN/m2；

σa4下 = γ4H4'×Ka4-2C4Ka40.5+γ'h4Ka4+0.5γwh42 = 21.5×5.684×0.301-2×30×0.3010.5+20×8×0.301+0.5×10×82 = 372.023kN/m2；

c、水平荷載：

第1層土：

Ea1=h1×（σa1上+σa1下）/2=3×（-52.749+-23.789）/2=-114.806kN/m；

作用位置：ha1=h1（2σa1上+σa1下）/（3σa1上+3σa1下）+∑hi=3×（2×-52.749+-23.789）/（3×-52.749+3×-23.789）+11=12.689m；

第2層土：

Ea2=h2×（σa2上+σa2下）/2=3×（18.413+38.992）/2=86.106kN/m；

作用位置：ha2=h2（2σa2上+σa2下）/（3σa2上+3σa2下）+∑hi=3×（2×18.413+38.992）/（3×18.413+3×38.992）+8=9.321m；

第3層土：

Ea3=h3×（σa3上+σa3下）/2=2×（38.992+73.433）/2=112.425kN/m；

作用位置：ha3=h3（2σa3上+σa3下）/（3σa3上+3σa3下）+∑hi=2×（2×38.992+73.433）/（3×38.992+3×73.433）+6=6.898m；

第4層土：

Ea4=h4×（σa4上+σa4下）/2=6×（35.905+372.023）/2=1223.786kN/m；

作用位置：ha4=h4（2σa4上+σa4下）/（3σa4上+3σa4下）+∑hi=6×（2×35.905+372.023）/（3×35.905+3×372.023）+0=2.176m；

土壓力合力：Ea= ΣEai= -114.806+86.106+112.425+1223.786=1307.511kN/m；

合力作用點(diǎn)：ha= ΣhiEai/Ea= （-114.806×12.689+86.106×9.321+112.425×6.898+1223.786×2.176）/1307.511=2.129m；

2.2.8、水平抗力計(jì)算

a、被動土壓力系數(shù)：

Kp1=tan2（45°+ φ1/2）= tan2（45+28/2）=2.77；

Kp2=tan2（45°+ φ2/2）= tan2（45+32.5/2）=3.322；

b、土壓力、地下水產(chǎn)生的水平荷載：

第1層土：5 ～ 10米；

σp1上 = 2C1Kp10.5 = 2×0×2.770.5 = 0kN/m；

σp1下 = γ1h1Kp1+2C1Kp10.5 = 19×5×2.77+2×0×2.770.5 = 263.133kN/m；

第2層土：10 ～ 16米；

c、水平荷載：

第1層土：

Ep1=h1×（σp1上+σp1下）/2=5×（0+263.133）/2=657.834kN/m；

作用位置：hp1=h1（2σp1上+σp1下）/（3σp1上+3σp1下）+∑hi=5×（2×0+263.133）/（3×0+3×263.133）+6=7.667m；

第2層土：

Ep2=h2×（σp2上+σp2下）/2=6×（0+263.133）/2=789.4kN/m；

作用位置：hp2=h2（2σp2上+σp2下）/（3σp2上+3σp2下）+∑hi=6×（2×0+263.133）/（3×0+3×263.133）+0=2m；

土壓力合力：Ep= ΣEpi= 657.834+789.4=1447.234kN/m；

合力作用點(diǎn)：hp= ΣhiEpi/Ep= （657.834×7.667+789.4×2）/1447.234=4.576m；

2.2.9、彎距圖

2.2.10、內(nèi)力位移包絡(luò)圖：

2.2.11、整體穩(wěn)定驗(yàn)算

計(jì)算方法：瑞典條分法

應(yīng)力狀態(tài)：總應(yīng)力法

條分法中的土條寬度： 0.40m

滑裂面數(shù)據(jù)

整體穩(wěn)定安全系數(shù) Ks = 3.210

圓弧半徑（m） R = 20.378

圓心坐標(biāo)X（m） X = -0.125

圓心坐標(biāo)Y（m） Y = 11.331

2.2.12、抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、

抗傾覆安全系數(shù)：

Mp——被動土壓力及支點(diǎn)力對樁底的抗傾覆彎矩， 對于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力

決定；對于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值。

Ma——主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

注意：錨固力計(jì)算依據(jù)錨桿實(shí)際錨固長度計(jì)算。

工況1：

2.2.13、 嵌固深度計(jì)算

嵌固深度計(jì)算參數(shù)：

嵌固深度系數(shù) 1.200

抗?jié)B嵌固系數(shù) 1.200

嵌固深度計(jì)算過程：

按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》 JGJ 120-99懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算嵌固深度hd值，規(guī)范公式如下

hp∑Epj - βγ0ha∑Eai>=0

β = 1.200 ， γ0 = 1.100

hp = 0.238m，∑Epj = 63.612 kPa

ha = 0.644m，∑Eai = 17.120 kPa

得到hd = 0.500m，hd采用值為：9.000m

當(dāng)前嵌固深度為：0.500m。

依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》 JGJ 120-99，

懸臂式及單點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度設(shè)計(jì)值小于0.3h時(shí)，宜取hd = 0.3h。

嵌固深度取為：3.300m<9m。

3、圍護(hù)支撐樁施工

根據(jù)現(xiàn)場施工條件圍護(hù)支撐樁采用人工挖孔樁。

3.1場地平整

平整場地、清除雜物、夯打密實(shí)。樁位處地面應(yīng)高出原地面50厘米左右，場地四周開挖排水溝，防止地表水流入孔內(nèi)。

3.2測量放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙定出孔位，經(jīng)檢查無誤后，由施工班組埋設(shè)十字護(hù)樁，十字護(hù)樁必須用砂漿或混凝土進(jìn)行加固保護(hù)，以備開挖過程中對樁位進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.3樁孔開挖

采用從上到下逐層用鎬、鍬進(jìn)行開挖，遇堅(jiān)硬土或大塊孤石采用錘、釬及風(fēng)鎬等工具破碎，挖土順序?yàn)橄韧谥虚g后挖周邊，按設(shè)計(jì)樁徑加40厘米控制截面大小?？變?nèi)挖出的土裝入吊桶，采用帶有制動剎車的提升設(shè)備將渣土垂直運(yùn)輸?shù)降孛妫逊e到指定地點(diǎn)，防止污染環(huán)境。注意挖孔過程中，不必將孔壁修成光面，要使孔壁稍有凹凸不平，以增加樁的摩擦力。

3.4護(hù)壁施工

挖孔樁樁口上部2m范圍為鎖口，其下每2m一節(jié)為護(hù)壁，樁開挖2m后應(yīng)立即施工鎖口，每挖2m應(yīng)及時(shí)施工護(hù)壁（若遇易坍塌的土質(zhì)應(yīng)縮短進(jìn)尺），以確保安全。

3.5、鋼筋的制作與安裝

鋼筋籠采用預(yù)制場加工，現(xiàn)場安裝成型，鋼筋籠定位時(shí)使鋼筋籠中心與樁位中心重合。

3.6灌注砼

灌注采用孔內(nèi)拼裝導(dǎo)管進(jìn)行澆筑。確保導(dǎo)管底口距澆筑面高度不超過2米以不發(fā)生離析。在向孔內(nèi)傾入砼時(shí)，孔內(nèi)作業(yè)人員應(yīng)撤離到孔外。

4、冠梁施工

待圍護(hù)樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后，施工圍護(hù)樁頂與接觸網(wǎng)基礎(chǔ)相連的冠梁平臺，冠梁與接觸網(wǎng)基礎(chǔ)之間進(jìn)行植筋，接觸面鑿毛，C35混凝土澆筑。

5、錨桿掛網(wǎng)噴砼支護(hù)

根據(jù)地質(zhì)條件及防護(hù)作用要求，本處基坑邊坡支護(hù)采用錨桿掛網(wǎng)噴砼支護(hù)。錨桿采用φ22mm鋼筋，每根錨桿長3.0m，水平及豎向間距1.5m；鋼筋網(wǎng)采用Φ8@150×150cm鋼筋網(wǎng)；噴砼采用C20砼，厚度8cm。

6、深基坑開挖

6.1基坑分層

圍護(hù)挖孔樁段：根據(jù)土質(zhì)情況確定分層開挖厚度，逐層開挖，每層開挖后立即施作樁間錨桿掛網(wǎng)噴漿支護(hù)，待砼終凝后再開挖下一層。

放坡開挖段：每層開挖垂直高度控制在2～3m左右，開挖后立即進(jìn)行錨桿掛網(wǎng)噴漿支護(hù)，逐層開挖，逐層支護(hù)。

6.2每層分塊

每層分段分塊開挖，或左右側(cè)交錯開挖，以保證基坑無支撐暴露長度控制在一定的范圍內(nèi)，同時(shí)可以保證基坑能夠連續(xù)施工，不至于由于等待砼支撐養(yǎng)護(hù)而延擱工期。

12～14節(jié)施工平面圖

防護(hù)樁部分開挖斷面圖

7、沉降及變形觀測

7.1基坑邊坡穩(wěn)定性變形觀測

由于基坑開挖深度較深，為及時(shí)掌握邊坡穩(wěn)定與否，是否影響附近結(jié)構(gòu)物或既有線行車安全，在基坑坡頂外50cm處設(shè)位移觀測樁，既有線側(cè)每5m設(shè)一觀測樁，其它側(cè)邊坡每10m設(shè)一觀測樁。觀測樁采用直徑20mm鋼筋砼包樁，鋼筋頭頂設(shè)“十”字線，方便測量。位移樁前一周每天測量一次，以后測量1-3次/周，做好測量對照記錄表，及時(shí)掌握邊坡動態(tài)情況。如發(fā)現(xiàn)累計(jì)位移量大于20mm或日位移量大于5mm及裂紋產(chǎn)生，應(yīng)及時(shí)分析原因，及時(shí)加固邊坡處理，保證既有線邊坡穩(wěn)定。

7.2既有線軌面沉降觀測

在基坑邊坡對應(yīng)處既有線內(nèi)側(cè)軌面設(shè)沉降觀測點(diǎn)，在基坑中心對應(yīng)點(diǎn)及兩端各設(shè)一點(diǎn)，間距約5m，用紅油漆在鋼軌側(cè)邊標(biāo)注。沉降觀測點(diǎn)前一周每天測量一次，以后測量1-3次/周，并做好對照記錄表。同時(shí)，對該段線路幾何形態(tài)進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)偏差過大，超過允許值，應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行線路維護(hù)，確保線路狀態(tài)良好，保證行車安全。

7.3圍護(hù)樁沉降及位移觀測

在圍護(hù)樁頂設(shè)觀測樁，采用帶“十”字線鋼筋頭預(yù)埋樁頂，作為測量用。樁頂沉降觀測基坑開挖期1次/日，結(jié)構(gòu)施工期1-3次/周；樁頂水平位移觀測基坑開挖期1-2次/日，結(jié)構(gòu)施工期1-3次/周。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)接近報(bào)警值時(shí)，立即啟動應(yīng)急預(yù)案采取措施保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

8、12-14節(jié)框架橋施工及回填

按框架橋施工方案進(jìn)行鋼筋、模板、混凝土澆筑施工，達(dá)到強(qiáng)度后對基坑進(jìn)行回填處理。

9、結(jié)束語

在鄰近既有線進(jìn)行深基坑開挖作業(yè)時(shí)，靈活應(yīng)用圍護(hù)樁對鄰近既有線重要構(gòu)造物進(jìn)行加固圍護(hù)，能夠在保證既有線路營運(yùn)安全及施工安全的同時(shí)，大大減少生產(chǎn)成本的支出。