明挖車站過既有橋樁方案討論

中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 天津 300133

正文：

0 前言

隨著城市軌道交通的迅猛發(fā)展，軌道交通線網(wǎng)往往穿越城市中心區(qū)域，該區(qū)域已建有大量高架橋，受周邊環(huán)境限制，車站站位選擇距高架橋較近。采用明挖工施工，土方開挖量大，勢(shì)必會(huì)對(duì)土層產(chǎn)生較大擾動(dòng)從而影響高架橋的正常運(yùn)行。施工過程中采取何種措施控制土體沉降，減小開挖對(duì)高架橋的影響是設(shè)計(jì)過程中需要研究的重點(diǎn)。

本文以明挖工法車站臨近高架橋施工為例，運(yùn)用二維模型數(shù)值模擬分析，分析車站開挖過程采取的一系列措施是否能夠確保施工過程中高架橋的正常運(yùn)營(yíng)。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

高架橋位路中設(shè)置，車站平行于高架橋位于高架橋南側(cè)。高架橋橋墩間距30m，橋墩下均設(shè)樁基。主橋橋墩承臺(tái)尺10.5×6.5m，并設(shè)有6根直徑1.5m樁基，樁基深約37m，樁型按端承摩擦樁考慮。橋梁為箱型連續(xù)梁，橋上為雙向六車道。

1.2 工程地質(zhì)及水文概況

車站位于第四紀(jì)地層中，由上而下依次為雜填土、中粗砂、礫砂 、泥礫；本站覆土埋深3.7m，穩(wěn)定水埋深2.10～11.70m，抗浮水位埋深5m，

1.3 車站設(shè)計(jì)概況

車站為14m島式站臺(tái)兩層雙柱三跨結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)198.8m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為27.7m，基坑深約17.3m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ800鉆孔樁、三道鋼支撐加一道換撐進(jìn)行支護(hù)，橋樁與車站結(jié)構(gòu)最小距離8.4m。車站與高架橋樁位置關(guān)系如圖1所示。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)規(guī)范[1-3]規(guī)定和產(chǎn)權(quán)單位的要求，橋樁的傾斜控制率在1‰，橋樁的絕對(duì)沉降值控制在10mm，差異沉降控制在5mm。

圖1 車站與高架橋關(guān)系圖

2.2 鄰近橋樁側(cè)保護(hù)措施選擇

車站臨近橋樁采取的保護(hù)方案受地面環(huán)境的限制以及工程造價(jià)的影響。無論哪種措施都是為了施工過程中減少對(duì)橋樁周圍地層的擾動(dòng)，提高土體的自身承載力控制橋樁的沉降，確保橋梁自身安全。從以往的類似工程經(jīng)驗(yàn)[4-5]分析得出，本站主要采用以下幾種保護(hù)措施：

（1）基坑采用φ800@1200mm圍護(hù)樁進(jìn)行支持，開挖過程中及時(shí)架設(shè)三道φ609鋼支撐。

（2）按支撐位置及時(shí)架設(shè)支撐，基坑開挖完成后，及時(shí)施作基底墊層，施工底板結(jié)構(gòu)，避免基坑長(zhǎng)期暴漏。

（3）底板與第三道鋼支撐之間側(cè)墻澆筑完成后，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)架換撐增加側(cè)向剛度，控制基坑側(cè)向變形

（4）根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容，進(jìn)行信息化指導(dǎo)施工，適時(shí)采取調(diào)整基坑各層開挖步序、每步開挖寬度和無支撐暴露時(shí)間，調(diào)整或增設(shè)支撐，對(duì)支撐復(fù)加預(yù)應(yīng)力等措施控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)和保護(hù)對(duì)象的變形。

3 數(shù)值模擬分析

3.1、模型建立

車站采用明挖工法施工，開挖土方工程量多，對(duì)土體擾動(dòng)大。為了更好的分析施工過程中對(duì)橋樁沉降產(chǎn)生的影響，建立二維模型進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)車站施工步序，采用MIDAS/GTS大型有限元分析。

選取車站中心處一跨橋梁進(jìn)行模擬，初始應(yīng)力場(chǎng)只考慮自重應(yīng)力場(chǎng)，不考慮構(gòu)造應(yīng)力的影響，基坑邊荷載按20Kpa考慮。圍護(hù)樁按等效抗彎剛度折減成地連墻考慮，圍巖的力學(xué)模型采用Mohr-Coulom本構(gòu)模型進(jìn)行模擬二襯結(jié)構(gòu)采用彈性模型進(jìn)行模擬，模型中巖土計(jì)算參數(shù)見表1。

3.2、模型邊界

計(jì)算模型的邊界范圍在水平方向上兩側(cè)取車站寬度3倍，在垂直方向上向上取至自由地表，向下取車站高度3倍。計(jì)算模型位移邊界條件為模型頂面自由，四周約束各邊界面的法向位移，底面完全約束，建立如圖2所示數(shù)值模型。

圖2 計(jì)算模型

3.3、施工模擬

根據(jù)開挖步序，依次模擬車站開挖、架設(shè)支撐，模筑二襯，拆撐等施工過程。

表1 巖土計(jì)算參數(shù)

3.3、計(jì)算結(jié)果分析

車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外皮距橋樁最小間距8.4m車站主體基坑鄰近高價(jià)橋施工時(shí)，在周邊建（構(gòu)）筑物附加壓應(yīng)力作用下，基坑一側(cè)受偏壓力作用，支護(hù)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生擠壓變形和位移，從而帶來一定的土體擾動(dòng)及地面變形，引起高架橋的的不均勻沉降及傾斜，造成破壞甚至坍塌的危險(xiǎn)。

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)通過提高支護(hù)結(jié)構(gòu)自身剛度以控制基坑變形，對(duì)基坑開挖過程中對(duì)橋樁變形進(jìn)行數(shù)值模擬分析，進(jìn)一步核算基坑開挖對(duì)橋樁沉降的影響。

以上計(jì)算結(jié)果可以看出，橋樁沉降隨基坑開挖的進(jìn)行逐步發(fā)展，基坑開挖完成時(shí)，產(chǎn)生沉降量最大，并在隨后的施工過程中有小范圍的波動(dòng)?；娱_挖過程中高架橋承臺(tái)最大沉降位移6.41mm，差異沉降1.28mm，傾斜0.00012，沉降位移均滿足要求，根據(jù)類似經(jīng)驗(yàn)判斷基坑開挖過程中，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及高架橋均處于安全狀態(tài)。

圖3 開挖至第一道撐橋樁沉降云圖

圖4 開挖至第二道撐橋樁沉降云圖

圖5 開挖至第三道撐橋樁沉降云圖

圖6 開挖至基坑底橋樁沉降云圖

5 結(jié)論

（1）處于礫砂地層采用明挖工法施工，側(cè)穿橋樁采用φ800@1200mm圍護(hù)樁加三道φ609鋼支撐及一道換撐等保護(hù)措施能夠控制橋樁沉降，滿足橋樁沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，確保施工過程中高架橋的安全運(yùn)營(yíng)。

（2）通過數(shù)值模擬車站施工步驟得出，隨著基坑開挖深度的增加，橋樁沉降逐步增大，開挖至基坑底時(shí)沉降得到最大值，二襯澆筑及拆撐過程影響較小。

（3）車站施工完成后，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，前者比后者稍小。