鄒城市30 m橋上跨鐵路立交橋工程基坑防護

方小林　劉衛松　李方峰

(中鐵大橋局股份有限公司設計分公司　武漢　430050)

鄒城市30m橋上跨鐵路立交橋工程基坑防護

方小林劉衛松李方峰

(中鐵大橋局股份有限公司設計分公司武漢430050)

摘要鄒城市30 m橋上跨鐵路立交橋主橋18號墩臨近既有京滬鐵路線，基坑開挖前必須對基坑進行支護。針對基坑為圓形這一“特殊”條件，基坑防護設計為圓筒形地下連續墻。圓筒形地下連續墻具有空間“拱效應”，以環向受壓為主，結構受力合理；相比原方案設計的鉆孔樁方案結構的整體性更好，入土深度淺、施工快速，應用在此項工程中降低了工程造價，節約了工期，為工程的順利實施創造了效益。

關鍵詞臨近既有線基坑支護圓筒形地下連續墻設計施工

鄒城市30m橋上跨鐵路立交橋工程全長1 194m，其中主橋設計為主跨2×110m水平轉體斜拉橋，跨越14股京滬鐵路站場線路及規劃電廠專用線。主橋18號墩基礎設計為21根直徑2m鉆孔灌注樁，承臺設計為直徑22m的圓形承臺，厚度7m，承臺底高程+59.360m，地下水位高+66.33m，承臺施工時基坑開挖深度約12.62m。因工程臨近京滬鐵路既有線，為保證既有線的營運安全，基坑施工時需對基坑進行有效的支護。基坑周圍相關土體參數見表1。

表1　土體參數表

1基坑防護設計

由于18號主墩設計為直徑22m的圓形承臺，針對基坑開挖為圓形這一“特殊”條件，基坑防護設計為自身具有空間“拱效應”且整體穩定性較好的圓筒形地下連續墻。地下連續墻的總體布置見圖1。

圖1　連續墻布置圖(單位：mm)

1.1地下連續墻總體設計[1]

(1) 鋼筋混凝土地下連續墻設計為中心直徑26.2m，厚度0.8m，深度16.37m。

(2) 腰梁。腰梁中心設計位于連續墻頂6m以下，腰梁鋼筋同墻體鋼筋之間采用直螺紋套筒連接。

(3) 冠梁。地下連續墻的冠梁為導墻同連續墻后澆段現澆為整體結構，共同構成冠梁結構。

(4) 地下連續墻槽段接縫形式。采用鎖口管地下連續墻槽段連接方式。

(5) 地下連續墻槽段的劃分。圓形地連墻軸線直徑為26.2m，周長82.3m。地連墻主要采用液壓銑槽機進行成槽施工,劃分19個槽段,I期槽段2個，II期槽段15個，III期槽段2個。靠近鐵路側II，III的5個槽段長2.5m，其余槽段長5.11m。

(6) 地下連續墻封底混凝土。為保證基坑鐵路安全，明挖排水施工會造成鐵路側的沉降，設計采用水中開挖取土的方式進行基坑開挖。開挖完成后，采用C30水下混凝土進行封底，封底混凝土厚度2m。

1.2地下連續墻結構計算

1.2.1計算原理

圓形地下連續墻因自身具有空間“拱效應”，以環向受壓為主，本工程的地下連續墻計算采用彈性地基桿件有限元法，將開挖面以上的墻體的環向剛度及腰梁、冠梁的環形剛度效應等效為彈性支撐，將空間計算轉換成一個平面計算[2]。

單位寬度地下墻體的等效分布彈性支撐系數可按下列公式計算。

式中：Kd為墻體的等效分布彈性支撐系數，kN/m3；Ed為地下連續墻環向綜合壓縮模量,MPa;b為地下連續墻厚度;R0為墻體中心半徑，m。取1m高度墻體等效為豎向間距1m的等效支撐，墻體采用C30混凝土，Ed=3×104MPa，墻體厚度b=0.8m，冠梁厚度b=2.5m，高度1.2m，腰梁厚度b=0.8m，高度1.2m，墻體中心半徑R0=13.1 m，墻體剛度折減系數取0.5。

由于地下連續墻的自身圓環剛度的存在，地下連續墻的“等效支撐”已經存在，圓筒形地下連續墻屬于“先支撐、后開挖”的地下連續墻。連續墻后的水、土壓力采用水土分算進行加載。地下連續墻的計算模型見圖2。

圖2　連續墻計算模型(單位：m)

1.2.2計算荷載

(1) 墻后水、土壓力。連續墻后的水、土壓力采用郎金土壓力水土分算進行加載。

(2) 超載。列車換算荷載p車=59.2 kPa，離基坑距離8 m，計算寬度取14條鐵路的寬度。

施工荷載p施=20 kPa

1.2.3計算結果

(1) 墻體的豎向受力計算。由圖3得出的計算結果可知，墻體的豎向內力設計值為

Mmax=1.25×114.5=143.1 kN·m

Mmin=1.25×231.5=289.4 kN·m

Vmax=1.25×183.2=229.2 kN·m

地下連續墻的最大水平位移4.5mm。

根據內力設計值采用相應的規范對墻體進行配筋計算。

圖3　內力包絡圖

(2) 墻體環向穩定性計算[3]。圓形地下連續墻進行土壓力和水壓力作用下的結構失穩驗算：

式中：qp為沿環向分布的臨界荷載標準值，kPa；E為混凝土的彈性模量，kPa；I為在截取高度范圍內包含環梁在內的截面慣性矩，m4；Ro為墻體中心半徑，m；H為截取的圓環高度，m；q1為設計荷載標準值，kPa；γp為抗力荷載分項系數，取1.2～1.5。

1 555 kPa>q1=207.3 kPa

(3) 封底混凝土計算。封底混凝土承受8.22m高度的地下水壓，建立整體模型計算結果見圖4。

圖4　封底混凝土主拉應力(單位：MPa)

由計算可知，混凝土最大主拉應力0.67MPa，單樁處的最大剪力為1133.5kN。

則樁與封底混凝土之間的粘結應力：

1 133.5/[3.14×2×(2-0.2)]=100 kPa<150 kPa

2地下連續墻施工

2.1地下連續墻施工步驟

導墻→成槽→下鋼筋籠及注漿管→插入導管→澆筑水下混凝土→循環下一槽段施工→完成地連墻→往下開挖基坑6.6m→施工腰梁→開挖至設計基坑底→澆筑封底混凝土→基坑內抽水。

2.2施工要點[3]

(1) 成槽垂直度不得大于1/ 400墻高，接頭處相鄰2槽段的中心線在任意深度的偏差均不大于60mm，地連墻厚度誤差為0～30mm，地連墻平面誤差小于±30mm。

(2) 為保證槽段接頭的施工及后期的防水質量，在吊放地下連續墻鋼筋籠前對槽段接頭和相鄰墻段的槽壁混凝土面采用刷槽器等方法進行清刷，清刷后的槽段接頭不得夾泥。

(3) 坑內各層土體開挖采用島式開挖，先分區對稱開挖周邊土體，后開挖中間土體。

(4) 基坑開挖時，基坑周邊允許超載不得大于20kPa。

(5) 施工過程中為保證基坑安全需加強對基坑的監控、檢測。

3結語

鄒城市30m橋上跨鐵路立交橋工程主橋18號墩基礎已經施工完成，采用圓筒形地下連續墻進行基坑防護成功地應用于此項工程。實踐證明，采用圓筒形地下連續墻方案進行基坑支護相比采用鉆孔樁支護的原設計方案，工期節約近3個月，且具有廣泛的適用性和較高的經濟性，可供今后類似工程參考。

參考文獻

[1]JGJ120-2012建筑基坑支護技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2]JTJ303-2003港口工程地下連續墻結構設計與施工規程[S].北京：人民交通出版社，2003.

[3]劉國彬，王衛東.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

收稿日期：2014-10-29

MainBridgeDesigningofBaoRanBridgefrom
BaLunTaitoYiErGenRailwayStation

Yu Yanxia

(ChinaRailwayTiesiyuanSurveyandDesignInstituteGroupCo．，Ltd．，Wuhan430063，China)

Abstract：Based on real project, force-bearing characteristics of continuous rigid frame bridge with high pier, large span and small curve radius in cold areas with high intensity earthquake zone and high wind pressure is described. The structural dimensions and designs are researched. The structural dimensions and the main technical key points are described. The reaction forces, stiffness, natural frequency and earthquake effect are calculated using MIDAS/Civil structural analysis software, and crucial construction measures are elaborated.

Key words:high pier and large span: continuous rigid frame bridge: bridge design

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.014