南京雙橋門立交深基坑支護技術研究

曹紅權 南京鐵發集團江蘇雷威建設工程有限公司

南京雙橋門立交是南京市主城區"外環+井字"型快速道路網布局中的重要組成部分，也是主城區南部東西向大通道及主城內環快速路系統的重要路段。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，在寧蕪鐵路西側修建一道臨時鐵路，待該工程結束后，拆除臨時鐵路恢復原有寧蕪鐵路。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

基坑西側距新建寧蕪鐵路中心線8.20m，南側距宇秦園小區商住樓4.58m，距小區道路僅1.2m。因此，深基坑施工既要確保支護結構的安全，又必須考慮周圍鐵路營業線、建筑、道路和地下設施的安全。

根據巖土工程勘察報告，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給，水位受季節性影響，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亞粘土層中。

1 基坑支護設計

1.1 支護方案選擇

根據本工程結構、地質、周邊環境和工期特點，本著安全可靠、經濟合理、方便施工的原則，經過細致地分析計算，確定采用下述方案：

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

(2)拉錨樁和前排支護樁之間采用鋼絞線連接。

(3)箱涵基坑南側KL段和N點處，住宅樓之間采用鉆孔灌注樁加一層土錨桿作為支護結構，基坑東西兩段采用放坡開挖。

(4)南側基坑LMN、NO段（見圖2），采用大寬度圈梁加坑內鋼管地腳撐作為支護結構。

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

(6)坑內側樁前箱涵和箱涵之間可留出土臺地的位置，盡量留出土臺，保證支護樁的穩定。

(7)基坑內上跨立交橋承臺采用沉井法進行施工。

圖2 南側基坑LMN、NO段平面圖

1.2 支護結構計算

本設計方案計算時以各段自然地面絕對標高為準。

(1)計算區段的劃分

根據基坑開挖深度、土層條件，將該場地劃分為六個計算區段，各區段詳見平面圖。

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)土壓力系數計算(見表1)

表1 土壓力系數表

按照朗肯土壓力計算理論作為土側向壓力設計的計算依據，即：

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

計算時，不考慮支護樁體與土體的摩擦作用，且不對主、被動土壓力系數進行調整，僅作為安全儲備處理。

(3)土層側向壓力計算的約定A

本設計充分考慮到各巖土層的不透水性，在土層側向壓力計算時②-3采用水土分算，其余均采用水土合算。

(4)支撐標高確定：絕對標高+8.5m。

1.3 基坑支護布置(見表2及圖3--圖5)

表2 支護樁設計參數表

(1)南側LMNO段支護考慮住宅樓基礎深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支撐支護。

(2)CDEFGH段后排錨拉樁設計計算：

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段鋼絞線計算：

已知R＝212.0kN/m，采用 7φ5鋼絞線，fpy=1320N/mm2

鋼絞線計算：n=212×2.4×1.25×1000/（139×1320）＝3.46根，實取4根。

(4)KL、N點段錨桿設計計算：

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受拉承載力設計值為：

表3 土層分布表

N=133.5×1.25/cos15=172.8kN

配筋計算：As=172.8×1000/300=575.95mm2

取 1Φ32，有A=803.8mm2

②自有段長度計算：

由上面LMN地段土壓力計算，已知反彎點深度為7.43m，經計算摩擦角加權值為17.9度。

Lf=7.43×sin(45-17.9/2)＝4.37m，實取5.0m。

③ 錨固段計算：

錨桿頭位于-1.5m，即第一層土為②-1層，該層內長度為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，實取16.5m。

錨桿總長度為:L＝5+16.5＝21.5m。

(5)LMNO點段內支撐設計計算：

本設計采用φ219×6的鋼管作為鋼支撐材料

N=1.25×76.1×3.0/sin45=403.6kN

鋼支撐強度及穩定性驗算：

本設計采用Φ219×6鋼管，截面特征系數：

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

支撐安裝偏心產生的彎矩M

M=N×e=403.6 0.001×6=2.42kN-m/m

支撐強度驗算：

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

圖3 支護樁剖面圖

圖4 圈梁和拉梁大樣

圖5 BCD、FG、JK段支護樁剖面圖

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，止水樁要求進入2～4層或3～1層，在箱涵外側形成全封閉止水帷幕，基坑采用管井降水，坑內承臺附以輕型井點降水。

(2)SMW深攪樁施工方法：①用挖掘機開挖1m寬、0.8m深的溝槽;②采用三軸ZKD-850SMW深層攪拌樁機施工，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，并設置監測井檢查降水效果(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，考慮基坑暴露后整體與局部的時空效應，土方開挖及支撐施工方案盡可能使支護結構處于受力有利狀態，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，引起支護樁產生過大位移，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預留鋼絞線塑料管穿孔；鐵路路基下采用鋼管保護鋼絞線。土方開挖第一層1.5m深后每組鋼絞線先施加應力700kN，在基坑開挖和箱涵施工過程中應根據監測情況進行補拉。

(3)有錨桿的圍檁中應預設孔徑為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構按相關規范要求作防銹處理。錨桿張拉控制應力為170kN，錨桿中的水泥砂漿強度不得低于M10。

(4)內支撐采用 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對新建線路的檢查養護。

3 基坑支護工程施工監測

3.1 監測點布置及測試內容

(1)地面沉降位移觀測：

①沿支護樁圈梁頂面每隔15m設一觀測點。

②沿鐵路線兩側每隔15m設一觀測點。

③對南側靠近基坑的住宅樓設四個沉降觀測點。

(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)樁身應力量測：選擇5根左右支護樁，采用鋼筋應力計量測。

3.2 監測與測試的控制要求：

(1)支護樁：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)樁身應力及支撐軸力：達到設計值的80%。

經過對支護結構圈梁水平位移測量結果整理分析，最大水平位移為23mm，樁身應力最大為設計值的76%。根據《建筑基坑支護規程》JGJ120-99，《上海市基坑工程設計規程》DBJ08-97，排樁支護頂部位移一級為30mm，觀測結果均在上述控制范圍內，說明支護結構安全可靠，結構變形小，整體功能較好。

4 結束語

(1)南京雙橋門立交工程深基坑支護體系經過施工的考驗，證明設計方案和施工都是成功的，具有形式簡單、受力明確、支護可靠，費用節省等優點，適用于淤泥軟弱地基的深基坑施工。

(2)采用雙排支護樁并施加預應力對鐵路營業線進行支護在上海鐵路局范圍內尚屬首次，不僅需要合理的設計，計算假定與模型準確，更需要精心施工，合理安排支護結構與箱涵的施工程序、預應力的施加、土方開挖順序及深層監測技術對支護結構的成敗起重要作用。

南京雙橋門立交工程深基坑支護結構的施工實踐證明，鐵路營業線利用雙排支護樁并施加預應力；宇秦園小區6層住宅樓利用單排支護樁加錨桿及適當支撐來抵抗土體及附加荷載，控制土體位移，其技術可靠，經濟合理，社會效益顯著。