鄒城市30 m橋上跨鐵路立交橋工程基坑防護(hù)

方小林　劉衛(wèi)松　李方峰

(中鐵大橋局股份有限公司設(shè)計(jì)分公司　武漢　430050)

鄒城市30m橋上跨鐵路立交橋工程基坑防護(hù)

方小林劉衛(wèi)松李方峰

(中鐵大橋局股份有限公司設(shè)計(jì)分公司武漢430050)

摘要鄒城市30 m橋上跨鐵路立交橋主橋18號(hào)墩臨近既有京滬鐵路線，基坑開(kāi)挖前必須對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)。針對(duì)基坑為圓形這一“特殊”條件，基坑防護(hù)設(shè)計(jì)為圓筒形地下連續(xù)墻。圓筒形地下連續(xù)墻具有空間“拱效應(yīng)”，以環(huán)向受壓為主，結(jié)構(gòu)受力合理；相比原方案設(shè)計(jì)的鉆孔樁方案結(jié)構(gòu)的整體性更好，入土深度淺、施工快速，應(yīng)用在此項(xiàng)工程中降低了工程造價(jià)，節(jié)約了工期，為工程的順利實(shí)施創(chuàng)造了效益。

關(guān)鍵詞臨近既有線基坑支護(hù)圓筒形地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)施工

鄒城市30m橋上跨鐵路立交橋工程全長(zhǎng)1 194m，其中主橋設(shè)計(jì)為主跨2×110m水平轉(zhuǎn)體斜拉橋，跨越14股京滬鐵路站場(chǎng)線路及規(guī)劃電廠專用線。主橋18號(hào)墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為21根直徑2m鉆孔灌注樁，承臺(tái)設(shè)計(jì)為直徑22m的圓形承臺(tái)，厚度7m，承臺(tái)底高程+59.360m，地下水位高+66.33m，承臺(tái)施工時(shí)基坑開(kāi)挖深度約12.62m。因工程臨近京滬鐵路既有線，為保證既有線的營(yíng)運(yùn)安全，基坑施工時(shí)需對(duì)基坑進(jìn)行有效的支護(hù)?；又?chē)嚓P(guān)土體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　土體參數(shù)表

1基坑防護(hù)設(shè)計(jì)

由于18號(hào)主墩設(shè)計(jì)為直徑22m的圓形承臺(tái)，針對(duì)基坑開(kāi)挖為圓形這一“特殊”條件，基坑防護(hù)設(shè)計(jì)為自身具有空間“拱效應(yīng)”且整體穩(wěn)定性較好的圓筒形地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻的總體布置見(jiàn)圖1。

圖1　連續(xù)墻布置圖(單位：mm)

1.1地下連續(xù)墻總體設(shè)計(jì)[1]

(1) 鋼筋混凝土地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)為中心直徑26.2m，厚度0.8m，深度16.37m。

(2) 腰梁。腰梁中心設(shè)計(jì)位于連續(xù)墻頂6m以下，腰梁鋼筋同墻體鋼筋之間采用直螺紋套筒連接。

(3) 冠梁。地下連續(xù)墻的冠梁為導(dǎo)墻同連續(xù)墻后澆段現(xiàn)澆為整體結(jié)構(gòu)，共同構(gòu)成冠梁結(jié)構(gòu)。

(4) 地下連續(xù)墻槽段接縫形式。采用鎖口管地下連續(xù)墻槽段連接方式。

(5) 地下連續(xù)墻槽段的劃分。圓形地連墻軸線直徑為26.2m，周長(zhǎng)82.3m。地連墻主要采用液壓銑槽機(jī)進(jìn)行成槽施工,劃分19個(gè)槽段,I期槽段2個(gè)，II期槽段15個(gè)，III期槽段2個(gè)?？拷F路側(cè)II，III的5個(gè)槽段長(zhǎng)2.5m，其余槽段長(zhǎng)5.11m。

(6) 地下連續(xù)墻封底混凝土。為保證基坑鐵路安全，明挖排水施工會(huì)造成鐵路側(cè)的沉降，設(shè)計(jì)采用水中開(kāi)挖取土的方式進(jìn)行基坑開(kāi)挖。開(kāi)挖完成后，采用C30水下混凝土進(jìn)行封底，封底混凝土厚度2m。

1.2地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)計(jì)算

1.2.1計(jì)算原理

圓形地下連續(xù)墻因自身具有空間“拱效應(yīng)”，以環(huán)向受壓為主，本工程的地下連續(xù)墻計(jì)算采用彈性地基桿件有限元法，將開(kāi)挖面以上的墻體的環(huán)向剛度及腰梁、冠梁的環(huán)形剛度效應(yīng)等效為彈性支撐，將空間計(jì)算轉(zhuǎn)換成一個(gè)平面計(jì)算[2]。

單位寬度地下墻體的等效分布彈性支撐系數(shù)可按下列公式計(jì)算。

式中：Kd為墻體的等效分布彈性支撐系數(shù)，kN/m3；Ed為地下連續(xù)墻環(huán)向綜合壓縮模量,MPa;b為地下連續(xù)墻厚度;R0為墻體中心半徑，m。取1m高度墻體等效為豎向間距1m的等效支撐，墻體采用C30混凝土，Ed=3×104MPa，墻體厚度b=0.8m，冠梁厚度b=2.5m，高度1.2m，腰梁厚度b=0.8m，高度1.2m，墻體中心半徑R0=13.1 m，墻體剛度折減系數(shù)取0.5。

由于地下連續(xù)墻的自身圓環(huán)剛度的存在，地下連續(xù)墻的“等效支撐”已經(jīng)存在，圓筒形地下連續(xù)墻屬于“先支撐、后開(kāi)挖”的地下連續(xù)墻。連續(xù)墻后的水、土壓力采用水土分算進(jìn)行加載。地下連續(xù)墻的計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

圖2　連續(xù)墻計(jì)算模型(單位：m)

1.2.2計(jì)算荷載

(1) 墻后水、土壓力。連續(xù)墻后的水、土壓力采用郎金土壓力水土分算進(jìn)行加載。

(2) 超載。列車(chē)換算荷載p車(chē)=59.2 kPa，離基坑距離8 m，計(jì)算寬度取14條鐵路的寬度。

施工荷載p施=20 kPa

1.2.3計(jì)算結(jié)果

(1) 墻體的豎向受力計(jì)算。由圖3得出的計(jì)算結(jié)果可知，墻體的豎向內(nèi)力設(shè)計(jì)值為

Mmax=1.25×114.5=143.1 kN·m

Mmin=1.25×231.5=289.4 kN·m

Vmax=1.25×183.2=229.2 kN·m

地下連續(xù)墻的最大水平位移4.5mm。

根據(jù)內(nèi)力設(shè)計(jì)值采用相應(yīng)的規(guī)范對(duì)墻體進(jìn)行配筋計(jì)算。

圖3　內(nèi)力包絡(luò)圖

(2) 墻體環(huán)向穩(wěn)定性計(jì)算[3]。圓形地下連續(xù)墻進(jìn)行土壓力和水壓力作用下的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)驗(yàn)算：

式中：qp為沿環(huán)向分布的臨界荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；E為混凝土的彈性模量，kPa；I為在截取高度范圍內(nèi)包含環(huán)梁在內(nèi)的截面慣性矩，m4；Ro為墻體中心半徑，m；H為截取的圓環(huán)高度，m；q1為設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；γp為抗力荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1.2～1.5。

1 555 kPa>q1=207.3 kPa

(3) 封底混凝土計(jì)算。封底混凝土承受8.22m高度的地下水壓，建立整體模型計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4　封底混凝土主拉應(yīng)力(單位：MPa)

由計(jì)算可知，混凝土最大主拉應(yīng)力0.67MPa，單樁處的最大剪力為1133.5kN。

則樁與封底混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力：

1 133.5/[3.14×2×(2-0.2)]=100 kPa<150 kPa

2地下連續(xù)墻施工

2.1地下連續(xù)墻施工步驟

導(dǎo)墻→成槽→下鋼筋籠及注漿管→插入導(dǎo)管→澆筑水下混凝土→循環(huán)下一槽段施工→完成地連墻→往下開(kāi)挖基坑6.6m→施工腰梁→開(kāi)挖至設(shè)計(jì)基坑底→澆筑封底混凝土→基坑內(nèi)抽水。

2.2施工要點(diǎn)[3]

(1) 成槽垂直度不得大于1/ 400墻高，接頭處相鄰2槽段的中心線在任意深度的偏差均不大于60mm，地連墻厚度誤差為0～30mm，地連墻平面誤差小于±30mm。

(2) 為保證槽段接頭的施工及后期的防水質(zhì)量，在吊放地下連續(xù)墻鋼筋籠前對(duì)槽段接頭和相鄰墻段的槽壁混凝土面采用刷槽器等方法進(jìn)行清刷，清刷后的槽段接頭不得夾泥。

(3) 坑內(nèi)各層土體開(kāi)挖采用島式開(kāi)挖，先分區(qū)對(duì)稱開(kāi)挖周邊土體，后開(kāi)挖中間土體。

(4) 基坑開(kāi)挖時(shí)，基坑周邊允許超載不得大于20kPa。

(5) 施工過(guò)程中為保證基坑安全需加強(qiáng)對(duì)基坑的監(jiān)控、檢測(cè)。

3結(jié)語(yǔ)

鄒城市30m橋上跨鐵路立交橋工程主橋18號(hào)墩基礎(chǔ)已經(jīng)施工完成，采用圓筒形地下連續(xù)墻進(jìn)行基坑防護(hù)成功地應(yīng)用于此項(xiàng)工程。實(shí)踐證明，采用圓筒形地下連續(xù)墻方案進(jìn)行基坑支護(hù)相比采用鉆孔樁支護(hù)的原設(shè)計(jì)方案，工期節(jié)約近3個(gè)月，且具有廣泛的適用性和較高的經(jīng)濟(jì)性，可供今后類似工程參考。

參考文獻(xiàn)

[1]JGJ120-2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]JTJ303-2003港口工程地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2003.

[3]劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

收稿日期：2014-10-29

MainBridgeDesigningofBaoRanBridgefrom
BaLunTaitoYiErGenRailwayStation

Yu Yanxia

(ChinaRailwayTiesiyuanSurveyandDesignInstituteGroupCo．，Ltd．，Wuhan430063，China)

Abstract：Based on real project, force-bearing characteristics of continuous rigid frame bridge with high pier, large span and small curve radius in cold areas with high intensity earthquake zone and high wind pressure is described. The structural dimensions and designs are researched. The structural dimensions and the main technical key points are described. The reaction forces, stiffness, natural frequency and earthquake effect are calculated using MIDAS/Civil structural analysis software, and crucial construction measures are elaborated.

Key words:high pier and large span: continuous rigid frame bridge: bridge design

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.014