河堤緩坡段地鐵高架橋橋墩承臺(tái)基坑穩(wěn)定性分析

(華北科技學(xué)院建筑工程學(xué)院 北京 101601)

一、引言

我國各大城市都在新建地鐵，部分地鐵路線經(jīng)過江河的邊坡段，在有坡度的河堤上開挖基坑，保證基坑在開挖過程中的穩(wěn)定性極其重要[1-3]。本文依托西安地鐵三號線一期高架區(qū)間范圍內(nèi)灞河橋工程，通過FLAC3D有限差分軟件對橋墩樁基承臺(tái)施工進(jìn)行模擬，對其穩(wěn)定性進(jìn)行評估分析。

二、工程概況

灞河橋位于西安地鐵三號線一期工程高架區(qū)間范圍。本文中基坑位置位于灞河邊坡段，坡度為15°-18°。承臺(tái)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鎖扣鋼管樁，鋼管樁樁徑為60cm，厚度為14mm，長度為18m。承臺(tái)基坑內(nèi)支撐暫定為直徑為60cm，厚度為14mm的鋼管支撐，其水平向間隔3m，共4根支撐，豎直向間隔自上而下為4m、4m、5m，共三道支撐。基坑封底采用1m厚C35素混凝土。承臺(tái)承臺(tái)尺寸為10.6×10.6m×m，采用C40混凝土。承臺(tái)基坑底部打樁，樁長47m，采用C40混凝土。承臺(tái)基坑平、立面圖如圖1所示。

圖1 承臺(tái)基坑平、立面圖

根據(jù)地質(zhì)初勘報(bào)告，擬建場地的土層按層序分述如下：區(qū)間地貌為灞河河床一級階地，勘探深度范圍內(nèi)地層主要為第四系全新沖積黃土狀土、砂類土及碎石類土，自上而下主要為：雜填土、卵石土、粗砂、粉質(zhì)粘土、粗砂、粉質(zhì)粘土。

三、施工工序

為綜合施工中的各種施工不利因素，本計(jì)算選取關(guān)鍵工況進(jìn)行分步開挖，以便對施工過程中的位移及應(yīng)力進(jìn)行分析。分6個(gè)施工步序，計(jì)算模擬工序?yàn)椋?/p>

①開挖第一層土，施做第二道橫撐；②開挖第二層土，施做第三道橫撐；③開挖第三層土，施做素混凝土墊層；④開挖第一組樁(1、3、7、9號樁)；⑤開挖第二組樁(2、4、6、8號樁)；⑥開挖第三組樁(5號樁)。

四、數(shù)值模擬

本計(jì)算采用FLAC3D有限差分軟件建立計(jì)算模型[4-7]，共劃分了66548個(gè)實(shí)體單元，70946個(gè)節(jié)點(diǎn)。全部單元采用實(shí)體單元，不同的土層采用不同的材料參數(shù)模擬，土體采用摩爾-庫侖彈塑性本構(gòu)模型。模型側(cè)面和底面為位移邊界，模型頂面取為自由邊界，底面采用固定約束，側(cè)面采用法向約束。計(jì)算荷載考慮既有隧道結(jié)構(gòu)自重、土體豎向自重力及基坑周圍5m范圍內(nèi)地表施工荷載為：均布荷載載20kPa。

由基坑后邊樁變形值和變形趨勢圖分析，后邊樁整體變形趨勢是整體向基坑內(nèi)的位移。維護(hù)結(jié)構(gòu)先上部往基坑內(nèi)位移較下部向基坑內(nèi)位移較大，第三步施工工序之后，維護(hù)結(jié)構(gòu)先下部往基坑內(nèi)位移較上部向基坑內(nèi)位移較大。

第一步施工步序?qū)е潞筮厴渡喜肯蚧觾?nèi)移動(dòng)，下部背離基坑向外移動(dòng)；第二步施工步序使后邊樁上部向基坑內(nèi)移動(dòng)位移擴(kuò)大，下部繼續(xù)背離基坑向外位移擴(kuò)大，而且擴(kuò)大幅度比較大；第三步施工步序使后邊樁上部背離基坑向外移動(dòng)，下部向基坑內(nèi)移動(dòng)；第四步施工工序繼續(xù)使后邊樁上部背離基坑向外位移擴(kuò)大，下部向基坑內(nèi)位移擴(kuò)大，但后邊樁的位移始終是在向基坑內(nèi)位移的范圍內(nèi)；第五步施工工序繼續(xù)使后邊樁上部背離基坑向外位移擴(kuò)大，下部向基坑內(nèi)位移擴(kuò)大，但后邊樁的位移始終是在向基坑內(nèi)位移的范圍內(nèi)；第六步施工施工，對后邊樁的影響很小基本可以忽略。

第一步施工步序，使側(cè)邊樁整體略微向背離基坑方向產(chǎn)生位移，第二步施工步序使結(jié)構(gòu)整體向基坑內(nèi)方向產(chǎn)生位移，結(jié)構(gòu)上部位移值較大。第三步施工步序使結(jié)構(gòu)又整體向背離基坑方向產(chǎn)生位移，結(jié)構(gòu)整體位移值都較大。第四、五、六步施工步序影響較小。

五、結(jié)論和建議

(1)第二、三步施工工序是工程的主要風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該針對第二、三步施工加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，針對第二、三步施工步序制定專項(xiàng)施工方案及應(yīng)急方案。

(2)每一層土體開挖之后，及時(shí)做好橫向支撐，減小基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。

(3)由于基坑底部未設(shè)橫向支撐，基坑底部橫向支撐力較弱，為降低工程風(fēng)險(xiǎn)，在基坑底部加設(shè)一道橫向支撐，即第三層土體開挖之后，應(yīng)及時(shí)做好第四道橫向支撐，保證基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

(4)底部土體應(yīng)該適當(dāng)注漿加強(qiáng)土體強(qiáng)度，底部樁基施工的時(shí)候，盡量減少對周圍土體擾動(dòng)。

(5)建立監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)行信息化管理。在基坑開挖時(shí)，應(yīng)對基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)施監(jiān)測，建立完善的監(jiān)測網(wǎng)，及時(shí)反饋信息，做到信息化施工。