對(duì)拉錨索排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在頂進(jìn)箱橋深基坑中的應(yīng)用

劉秋芳

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院， 河南鄭州　450001)

1　概況

1.1　工程概況

鄭州市北環(huán)輔道下穿鄭州北站上發(fā)場鐵路箱橋位于現(xiàn)狀北環(huán)彩虹橋南、北兩側(cè)，單側(cè)輔道寬18 m，道路紅線與北環(huán)大橋基礎(chǔ)凈距3.5 m，大橋基底埋深5.0 m。新建箱橋采用線路架空頂進(jìn)施工，工作坑設(shè)在鐵路西側(cè)，基坑深9 m，南側(cè)輔道坑底長28.1 m，寬45.45 m，北側(cè)輔道坑底長27.6 m寬45.45 m，南、北兩個(gè)工作坑相距34.7 m。基坑緊鄰大橋基礎(chǔ)一側(cè)，必須采用深基坑支護(hù)垂直開挖，并控制變形。另外三側(cè)周邊環(huán)境條件較好，可放坡開挖。橋位平面及基坑平面見圖1、圖2。

圖1　橋位平面

圖2　基坑平面(單位：m)

1.2　工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

工程場地地貌為黃河沖積平原，地勢(shì)相對(duì)平坦。地層為全新統(tǒng)沖積層粉土、粉質(zhì)黏土及粉細(xì)砂層，土層參數(shù)見表1。場地地表水不發(fā)育，主要為人工排水渠及季節(jié)性地表徑流。地下水為第四系孔隙潛水，埋深7.5～8.8 m，變幅1～2 m，主要由大氣降水補(bǔ)給，水質(zhì)對(duì)普通混凝土一般無腐蝕性。

表1　土層參數(shù)

2　支護(hù)方案選擇

2.1　工程支護(hù)特點(diǎn)

(1)矩形基坑三側(cè)放坡開挖，一側(cè)支護(hù)垂直開挖，兩個(gè)基坑相對(duì)大橋兩側(cè)布置；

(2)坑內(nèi)預(yù)制箱橋，頂進(jìn)施工，無加設(shè)水平內(nèi)支撐條件；

(3)地下水位不高，土層滲透系數(shù)大。

(4)大橋?yàn)楹喼Я航Y(jié)構(gòu)、擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)沉降不影響橋跨結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

2.2　支護(hù)結(jié)構(gòu)要求

基坑支護(hù)最重要的功能是保證輔道施工期間北環(huán)大橋的安全穩(wěn)定和正常使用，保證箱橋主體結(jié)構(gòu)的施工空間。因此，支護(hù)形式的選擇應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、基坑支護(hù)功能，結(jié)合不同支護(hù)形式的特點(diǎn)、造價(jià)等綜合確定。根據(jù)本工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的功能和特點(diǎn)，應(yīng)采用較大剛度的支護(hù)形式，以控制水平位移和沉降，如排樁或地下連續(xù)墻等。

2.3　支護(hù)方案比選

地下連續(xù)墻具有剛度大、整體性好、基坑開挖過程中安全性高、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較小的特點(diǎn)，但工程造價(jià)相對(duì)排樁較高，適用于較深基坑的支護(hù)，對(duì)本工程而言不經(jīng)濟(jì)。鋼筋混凝土排樁具有施工工藝簡單、成本低、平面布置靈活的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是防滲和整體性差。本工程場地地表水不發(fā)育，地下水主要由大氣降水補(bǔ)給，基坑防滲可通過基坑降水解決，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性可通過增加冠梁和坑內(nèi)水平約束實(shí)現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)選擇對(duì)拉錨索排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。

3　支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用排樁加錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，由鋼筋混凝土排樁、預(yù)應(yīng)力錨索、鋼筋混凝土冠梁和中間型鋼腰梁構(gòu)成。排樁沿基坑側(cè)壁布置，設(shè)計(jì)樁徑1.0 m，樁間距1.2 m，樁間拉鋼筋網(wǎng)，噴0.1 m厚混凝土。樁頂冠梁寬1 m，高1 m，樁身設(shè)兩道腰梁，豎向間距3 m，兩個(gè)基坑側(cè)壁間穿鋼束對(duì)拉，并錨固在冠梁和腰梁上，鋼束水平間距2.4 m，上下層交錯(cuò)布置。支護(hù)結(jié)構(gòu)立面見圖3。

4　基坑計(jì)算分析

圖3　支護(hù)結(jié)構(gòu)立面(單位：cm)

支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算一般包括三方面內(nèi)容，即穩(wěn)定性驗(yàn)算、支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和基坑變形計(jì)算。布置在橋梁兩側(cè)的對(duì)拉錨索排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，其分析內(nèi)容包括:排樁結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，錨索內(nèi)力計(jì)算，排樁嵌入深度計(jì)算，基坑抗隆起、側(cè)壁位移計(jì)算等。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，模擬開挖支護(hù)過程，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化計(jì)算。在施工階段，按施工過程進(jìn)行受力計(jì)算分析，開挖期間鉆孔灌注樁作為支擋結(jié)構(gòu)，承受全部土壓力、地面超載引起的側(cè)壓力和橋梁基礎(chǔ)壓力引起的側(cè)壓力。結(jié)構(gòu)的位移及內(nèi)力采用有限元方法進(jìn)行計(jì)算，基坑以下土的作用采用彈簧模擬，彈簧剛度按“m”法模式計(jì)算，土壓力按朗金土壓力理論計(jì)算。支護(hù)形式為多點(diǎn)樁結(jié)構(gòu)，采用《理正基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件5.05》進(jìn)行內(nèi)力變形及穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算方法為增量法，計(jì)算簡圖見圖4。

圖4　計(jì)算簡圖(單位：m)

模擬計(jì)算結(jié)果：圍護(hù)樁彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為153 kN·m/m；圍護(hù)樁設(shè)計(jì)值為1.2×1.25×153=229 kN·m；

3道錨索的延米最大內(nèi)力分別為42 kN，31 kN，24 kN。設(shè)計(jì)錨索的水平間距2.4 m，考慮k=2的安全系數(shù)，3道錨索的內(nèi)力設(shè)計(jì)值分別為210 kN，150 kN，120 kN。分別配置2×7φ12.7，2×7φ12.7，2×7φ12.7鋼絞線，預(yù)加應(yīng)力Py=100 kN。

計(jì)算樁錨結(jié)構(gòu)最大水平位移為3.8 mm，抗傾覆最小安全系數(shù)Ks=1.37>1.2，計(jì)算基坑穩(wěn)定和變形滿足規(guī)范要求，地表沉降量見圖5。

圖5　地表沉降量計(jì)算結(jié)果

5　圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測

由于巖土性質(zhì)的復(fù)雜多變性及計(jì)算模型的局限性，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的異常情況，對(duì)可能危及基坑工程本體和大橋安全的隱患進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，故采取信息化施工，對(duì)基坑施工全過程進(jìn)行監(jiān)測、巡視。目前箱橋已頂進(jìn)就位，引道擋墻正在修建，工程計(jì)劃2013年初完工。截止2012年12月1日，監(jiān)測累計(jì)結(jié)果見表2。

表2　2012年12月01日監(jiān)測累計(jì)結(jié)果

6　結(jié)束語

本工程基坑采用對(duì)拉錨索排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，解決了基坑內(nèi)預(yù)制箱橋無法加設(shè)內(nèi)支撐的問題，為類似深基坑施工提供了有益的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了大橋一側(cè)垂直開挖，避免規(guī)劃紅線外移造成大量占地和拆遷。對(duì)拉錨索對(duì)約束支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形起到較好作用，對(duì)穩(wěn)定坑外土體、限制橋梁位移起到一定作用。全程跟蹤監(jiān)測巡視：支護(hù)結(jié)構(gòu)無裂縫、變形，坑外土體無沉陷、裂縫、滑移現(xiàn)象，坑內(nèi)無流砂、管涌、隆起，周邊建筑物無裂縫、沉陷，經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效果較好。

[1]JGJ120—99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S]

[2]GB50497—2009建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]

[3]TB10203—2002鐵路橋涵施工規(guī)范[S]

[4]GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[5]CECS22：2005.巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程[S]

[6]劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國鐵道出版社，2002