金橋大道斜拉橋051號墩基坑支護設計與施工技術

朱向前

（中鐵大橋局股份有限公司 武漢 430050）

隨著我國高速鐵路、高速公路及城市軌道交通的快速發展，越來越多的交通新線路與既有線、甚至多條既有線高架式匯交。由于地質、環境條件和施工技術的復雜性，毗鄰既有線深基坑施工過程中面臨很大的風險。毗鄰既有線進行施工時，不僅要保證既有線的正常運行，還要涉及到既有線偏壓及動載對基坑的影響［1］。

常見的基坑支護類型有排樁（包括鉆孔樁、人工挖孔樁、鋼管樁等）、連續墻（包括鋼筋混凝土墻和鋼板樁）、水泥土墻（水泥土攪拌樁和SMW 工法樁）、土釘墻和雙排樁［2－3］。

以上5種支護結構類型各有各的特點，其具體應用應結合施工現場水文及地質情況，尤其是基坑附近的的行車荷載等級來確定最經濟合理的施工方案。

1 工程概況

武漢市黃埔大街－金橋大道快速通道工程跨京廣鐵路斜拉橋，主橋為獨塔雙索面預應力混凝土箱梁斜拉橋，全長260 m，主跨138 m，跨度組成為138m＋81m＋41m＝260m，見圖1。

圖1 橋型布置圖（尺寸單位：mm）

051 號墩基礎承臺縱向長23.0 m，橫向寬16.7m，高4.5m。基礎采用12根直徑2.5m 鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設計。地面高程＋20.34m，承臺頂高程＋11.0m，基礎南側距既有線僅3m，西側毗鄰金橋大道。

工程特點與難點如下：

（1）承臺基礎處地理位置復雜，且毗鄰既有線，該區段運行動車組，動車組對線路允許沉降要求高，稍有不慎將對行車造成無法挽回的后果。

（2）承臺處地質條件差，土質為力學性能差的雜填土、粘土及淤泥質粉質粘土。同時受鐵路、公路行車干擾及鐵路沿線地下光纜、電纜等影響特別嚴重，加之承臺尺寸較大，開挖較深。因此，對該大體積承臺深基坑施工支護的安全性、良好的止水性及保護既有線、地下管線均提出很高的要求。

2 支護結構設計與施工

2.1 設計

根據工程特點、難點及現場條件，為充分保證既有線的安全，采取下列方案，見圖2。

圖2 支護結構平面圖（單位：mm）

（1）鐵路側采用放坡開挖，放坡高度2.84 m，坑底采用攪拌樁加固；其他側先對地面覆土進行清理再開挖，清理后地面高程為＋17.5m。

（2）采用理正深基坑支護結構設計軟件進行基坑土體力學分析，確定采取以自重輕、抵抗彎矩較大、避水效果好、施工操作方便的德國拉森IV型鋼板樁作整體圍護，結合工字鋼內圈梁、可施加預應力的鋼管支撐，鋪以集水井、潛水泵排水系統，并用高標號混凝土澆筑封底的綜合支護方案。

（3）支護結構主體部分采用18m 長的德國拉森VI型鋼板樁，從設計承臺邊緣每邊外擴0.5 m 作為鋼板樁插打軸線，插打時利用專門設計的導向架進行施工。

（4）圈梁采用2根588 mm×300 mm（第二層圈梁為3根588mm×300mm）的工字鋼，在鋼板樁內側設置牛腿，工字鋼放置在牛腿上，環繞圍堰一周形成圍囹支護并設置角撐，以提高圍堰的整體性，并為內支撐及千斤頂支撐提供支點。

（5）內支撐采用直徑×壁厚＝830 mm×10 mm 的鋼管，鋼管端頭設置有活動節，可通過千斤頂對鋼管施加一定預加力，再由內支撐傳遞到圍囹上，通過圍囹與鋼板樁組成的復合支撐體系，將作用力最終傳遞到承臺周圍土體，對土體施加一定的被動土壓力，達到平衡一部分主動土壓力及既有線動車荷載沖擊影響的作用。

（6）鐵路側內力、位移計算結果見圖3，計算得到的最大位移為17.48 mm，最大彎矩191.93 kN·m，內支撐最大軸力208.47kN。

2.2 施工與監測

按照基坑內干開挖，澆筑封底混凝土的施工方法，將基坑施工劃分為以下幾個施工階段：

（1）基坑外土體卸載，插打鋼板樁，利用導向架將鋼板樁準確打入預定位置。

圖3 支護結構計算結果圖

（2）基坑第一級開挖，基坑內土體干開挖至＋15.00時，施工圍囹，同時設置具備活動節的內支撐。

（3）基坑進行第二級開挖，同時千斤頂給內支撐鋼管逐漸施加預加力。在基坑內土方干開挖至設計基底高程＋9.8 m 時，千斤頂支撐力達到最大值，并通過圍囹傳遞到鋼板樁圍護，與水、土壓力及動車沖擊荷載達到平衡。施工過程中，對預設觀測樁進行水平位移、沉降觀測，確保施工時的行車安全。

（4）開挖至基底后，立即施作排水溝、集水井，澆筑封底混凝土，封底混凝土達到設計強度后，綁扎鋼筋、立模，進行承臺混凝土澆筑工序。

（5）在承臺周圍布置10個位移監測點，各監測點的布置及最終位移見圖4（S1～S3表示沉降值，其他均表示水平位移值）。由于通過千斤頂給內支撐鋼管施加了預加力，坑壁位移幾乎為零，靠近鐵路側的布置的測點S1位移為8mm，實際計算位移為17.48mm，計算位移略大于實測位移，這是因為通過降水處理后的土層其力學參數得到提高，沉降變形得到改善。

圖4 監測點布置圖（單位：mm）

3 結論

（1）金橋大道斜拉橋051號墩基礎設計與施工以理論計算為指導，將列車動載轉化為等效土柱壓力和路基一起作為超載作用在基坑邊上，進行列車動載影響下偏壓基坑穩定性分析。

（2）引進專業設計軟件對基坑進行整體設計計算，結合現場的地質、水文條件，比較得出最經濟合理的支護方案。

（3）先采用千斤頂配合可調頂撐裝置，分級加壓，提前給圍堰周圍土體施加一定被動土壓力，與水、土壓力及動車沖擊荷載達到平衡，增加了承臺圍堰與周圍土體及既有線行車的穩定性、安全性。

（4）在基坑施工過程中，實施信息化施工反饋和控制措施，以監測數據指導開挖施工，最大程度地減小對鐵路路基的擾動，為今后類似橋梁基礎的施工提供了新的借鑒。

［1］吳璀余.緊鄰既有線鐵路基坑開挖支護方案模擬分析與計算［J］.國防交通工程與技術，2010（4）：40－42.

［2］劉映晶.基坑逆作施工與上部運營鐵路的相互影響分析［J］.巖土工程學報，2010，32（1）：142－145.

［3］朱瑞鈞.深層攪拌樁支護條件下基坑周邊建筑物沉降［J］.北京科技大學學報，2006，28（8）：721－724.