深基坑側穿高架橋橋臺的施工技術

牟朝東

(中鐵二局成綿樂鐵路工程指揮部，四川成都　610211)

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深基坑側穿高架橋橋臺的施工技術

牟朝東

(中鐵二局成綿樂鐵路工程指揮部，四川成都610211)

摘要:結合某深基坑側穿高架橋橋臺的工程實例，分析了基坑降水、開挖對橋臺的影響，提出了減弱深基坑施工對橋臺不利影響的工程措施，并根據現場監測資料，總結出了深基礎施工對橋臺影響的基本規律。

關鍵詞:深基坑，橋臺，基礎沉降，基坑降水

隨著我國交通建設的不斷發展，地面交通工程與地下交通工程交叉的情況越來越多［1，2］，其中不乏地下交通工程從既有高架橋側面穿過的情況。在這種情況下，如果兩者相距較近，地下工程施工將對臨近高架橋產生一定影響。在此條件下，采取有效的工程措施減弱地下工程施工對臨近高架橋的不利影響，確保高架橋在施工期間的正常使用成為地下工程施工中必須重點解決的技術問題。本文以成綿樂客運專線雙流機場隧道段側穿機場高速公路3號橋橋臺段為例，對地下工程施工期間采取的確保臨近高架橋正常使用的工程措施進行介紹。文中所述工程措施及依據現場監測資料得到的結論對類似工程施工有較強的借鑒意義。

1　工程概況

成綿樂客運專線雙流機場隧道地處成都市雙流縣，長6 470 m，采用明挖順作法施工。隧道DK175+400～DK175+450段側穿機場高速公路，該區段明挖隧道基坑距既有機場高速公路3號橋橋臺的水平距離為12 m～25 m，基坑與橋臺的平面位置關系見圖1。

圖1　隧道與橋臺平面位置關系圖（單位：m）

本段隧道基坑深20．4 m，上部1．5 m采用1∶1的坡率放坡開挖，下部18．9 m在施作圍護結構后進行直立開挖。圍護結構由圍護樁和內支撐組成，圍護樁樁徑1．2 m，樁距2．4 m，樁長22．9 m;內支撐由三道φ609 mm的鋼管支撐(壁厚14 mm，水平間距5 m)和一道鋼筋混凝土支撐(寬0．8 m、高1．0 m，水平間距10 m)組成。

機場高速公路3號橋為連續梁橋，橋臺基礎為樁基礎，樁底標高比基坑底面標高高2．33 m。基坑開挖前以圍護樁冠梁作橋臺在基坑上方現澆鋼筋混凝土板梁作便橋以維持基坑開挖至回填結束期間機場高速公路的正常通行。

2　基坑施工對臨近橋臺的影響分析

該段隧道的施工順序為:降水井施工→基坑上部放坡段開挖→圍護樁施工→冠梁施工→便橋施工→基坑降水→基坑直立段開挖及內支撐架設(一直開挖到坑底)→主體結構施工。基坑直立段開挖及主體結構施作期間進行基坑降水，保證地下水位在開挖面以下0．5 m～1．0 m。基坑施工可能對臨近橋臺產生下列主要不利影響。

2．1基坑降水引起橋臺沉降

該區段鉆探揭示的基坑深度內的地層由上至下分別為:①人工填筑土，厚1 m～1．5 m;②成都粘土，厚4 m～5 m;③卵石土，厚20 m～22 m，其下為泥巖。基坑降水前地下水位在地表以下4 m～5 m，主要降水地層為卵石土層?；又绷⒍伍_挖前進行基坑降水，要求地下水位在開挖面以下0．5 m～1．0 m，隨著基坑開挖的不斷進行，地下水位最終將降至基坑底面以下0．5 m～1．0 m，即橋臺樁基底面以下2．7 m～3．2 m?；咏邓鸬牡叵滤幌陆导暗貙又屑毿☆w粒流失將使橋臺與基坑間路面下沉。橋臺可能因基坑降水產生沉降和受降水漏斗曲線影響產生不均勻沉降。

2．2基坑開挖引起橋臺側移和沉降

隨著基坑開挖深度的增加，圍護樁將向基坑內側變形和位移，受其影響圍護樁外側土體將向基坑移動，在此過程中橋臺與基坑間路面將發生沉降。如果圍護樁變形和位移過大，還可能引起橋臺位移。按照朗肯土力學理論，在圍護結構未失穩情況下，由圍護樁變形和位移引起的樁后土體位移區地表寬度為［3，4］:

其中，Hg為地表至圍護樁底高度，m;φ為地表至圍護樁底高度范圍內地層的加權平均內摩擦角，(°)。

本例中地表至圍護樁底高度為24．4 m，該深度內地層的加權平均內摩擦角為36°，則:

由圍護樁變形和位移引起的樁后土體位移區影響范圍如圖2所示。

圖2　圍護樁后土體位移范圍（單位：m）

由圖2可看出:

1)橋臺樁基未在樁后位移土體范圍內，說明只要基坑圍護結構不失穩，基坑開挖引起的樁后土體位移不會波及到橋臺。2)橋臺與基坑間路面在樁后位移土體范圍內，說明基坑開挖引起的樁后土體位移將使橋臺與基坑間路面沉降。

3　主要工程措施

本文第2部分的分析表明:基坑降水將引起橋臺及橋臺與基坑間路面沉降;基坑開挖將引起橋臺與基坑間路面沉降，過大的基坑變形或失穩還可能引起橋臺位移。為保證基坑施工期間臨近高速公路大橋的正常使用，必須采取措施保證基坑安全，減少基坑降水誘發的基礎沉降，控制圍護樁變形引起的橋臺與基坑間路面沉降。為此，雙流機場隧道側穿機場高速公路3號橋橋臺段采取了下列針對性工程措施。

3．1加強施工監測

為了保證施工期間機場高速公路交通暢通，在隧道施工前，分別設置2座臨時便橋順接機場高速公路的進口和出口。考慮到基坑開挖和基坑降水將對基坑、臨時便橋及機場高速大橋橋臺的穩定性產生影響，因此需對基坑圍護結構、臨時便橋及機場高速公路大橋距基坑較近的橋臺進行現場監測。通過監測掌握基坑、臨時便橋、機場高速大橋橋臺及橋臺與基坑間路面的應力、位移狀態，對其安全性進行分析和判斷，對出現的問題及時分析并采取有效措施以減弱基坑施工及地下水位變化對基坑、臨時便橋及機場高速大橋穩定性的不利影響。

在本文第2部分分析的基礎上，結合雙流機場隧道DK175+ 400～DK175+462側穿機場高速公路段基坑、臨時便橋、機場高速公路大橋的特點確定現場監測項目，如表1所示。

表1　現場監測項目

3．2基坑降水控制

為減弱基坑降水引起的橋臺基礎沉降，施工中采取了下列措施:

1)降水井布置盡量靠近基坑(距基坑外1 m，為保證基坑降水效果，降水井間距20 m)、遠離距基坑較近的橋臺，減少降水漏斗引起的橋臺不均勻沉降。

2)降水井采用直徑40 cm的無砂混凝土管，外包兩層無紡布，以防止降水過程中地層中細小顆粒隨水流失引起的橋臺及地表沉降和不均勻沉降。

3)降水一次性降至各分層開挖面(各道支撐底面以下0．5 m、基坑底面以下0．5 m～1．0 m)。設置自動抽水機，超過警戒水位時自動抽水，避免水位頻繁波動帶走地層中的細小顆粒。

4)降水過程中，對排水含砂率進行檢測，發現異常情況立即采取工程措施。

3．3基坑開挖控制

基坑開挖嚴格按“水平分層、縱向分段、隨挖隨撐、及時支護”的原則進行。每層開挖至下道支撐底面以下0．5 m時及時施作內支撐;基坑開挖至基底后及時施作底板，從而減少圍護樁變形和側向位移。

3．4應急處理預案

為確?；邮┕み^程中橋臺的沉降量、沉降差滿足機場高速公路管理方的要求，基坑施工前還準備了下列應急處理預案:

1)在橋臺樁基周圍設置注漿管。機場高速公路管理方要求橋臺的沉降差不超過5 mm。施工前，在橋臺每根樁的周邊布置4根注漿管，一旦橋臺沉降監測值達到或超過容許值的0．7倍，立即采用注漿管對樁基周邊地層進行加固。

2)設置備用降水井。為防止基坑降水引起橋臺與相鄰橋墩的沉降差超限，在與橋臺相鄰的橋墩處設置備用降水井。當橋臺與相鄰橋墩沉降差監測值超過4 mm時，立刻啟用備用降水井，通過橋墩處地層降水減少橋臺與相鄰橋墩的沉降差。

4　主要影響規律分析

為進一步探求基坑施工對臨近橋臺影響的基本規律并驗證上述工程措施實施后的效果，現結合現場監測資料分析如下:基坑施工的主要工況及時間見表2。主要工況下橋臺側圍護樁的側向位移如圖3所示。

表2　基坑主要施工簡況

圖3　橋臺側圍護樁不同工序下側向位移圖

4．1主要影響規律

橋臺沉降量、沉降差歷時曲線如圖4，圖5所示。

圖4　橋臺沉降量歷時曲線

圖5　橋臺沉降差歷時曲線

由圖4，圖5可以看出:

1)基坑施工期間橋臺的最大沉降量、最大沉降差分別為2．5 mm，2．0 mm，均小于容許值(大橋管理單位要求，橋臺沉降差不超過5 mm)。這說明基坑施工期間，橋臺是安全的，采取的減弱基坑施工對橋臺不利影響的施工措施是有效的。

2)總體而言，橋臺沉降量、沉降差在60 d以后基本達到穩定，其后的支撐拆除并未引起橋臺沉降量、沉降差明顯增長。由圖3可看出:第三、第四道支撐的拆除使圍護樁側向位移明顯增大。這說明由基坑開挖引起的圍護樁和基坑變形導致的橋臺沉降量、沉降差很小。這與本文第2部分分析所得的“基坑開挖引起的樁后土體位移不會波及到橋臺”的結論是一致的。橋臺沉降主要是由于基坑降水引起的。

3)在24 d以前，橋臺的沉降量、沉降差均很小。第20天基坑已開挖至坑底以上2．5 m，施工中要求基坑降水后坑內地下水位在開挖面以下0．5 m～1．0 m，此時基坑內地下水位已比橋臺樁底標高低0．3 m～0．8 m。這說明地下水位在降至橋臺樁基底面標高以前，基坑降水引起的橋臺沉降量很小。

4)在24 d～53 d橋臺的沉降量、沉降差出現明顯增長，其后趨于穩定。從第20天～第43天基坑從坑底以上2．5 m開挖至坑底，此時基坑內地下水位從比橋臺樁底標高低0．3 m～0．8 m降至比橋臺樁底標高低2．8 m～3．3 m。這說明地下水位從橋臺樁基底面標高以下降至穩定地下水位期間，基坑降水引起的橋臺沉降量最大。

4．2主要影響時段

上述分析表明，當橋臺距基坑的距離在按朗肯土壓力理論計算的樁后位移土體范圍之外時只要基坑圍護結構不失穩，基坑開挖引起的臨近橋臺沉降量很小，基坑降水才是引起橋臺沉降和差異沉降的主要原因。

在基坑降水過程中，地下水位從橋臺樁基底面附近降至穩定地下水位期間，基坑降水引起的橋臺沉降量較大，該期間的基坑降水是對臨近橋臺影響最大的時段。

5　結語

本文通過成綿樂客運專線雙流機場隧道側穿機場高速公路3號橋橋臺段施工的工程實踐及現場監測資料的分析得出如下主要結論:

1)當深基坑側穿既有高速公路橋臺時，基坑開挖和降水除引起基坑與橋臺間路面沉降外，還將引起與基坑相鄰的橋臺沉降。在此條件下，如果橋臺樁基礎在按朗肯土壓力理論計算的圍護樁后位移土體范圍之外，只要基坑圍護結構不失穩，那么由基坑開挖引起的臨近橋臺的沉降量就很小，故基坑降水才是引起橋臺沉降的主要原因。2)在與本文類似的主要降水地層為卵石土層的條件下，地下水位從橋臺樁基底面附近降至穩定地下水位期間，基坑降水引起的橋臺沉降量最大。3)為減弱基坑降水、基坑開挖對橋臺及橋臺與基坑間路面的不利影響，施工期間應加強基坑、橋臺及基坑與橋臺間路面的監測，做好信息化施工;基坑降水前應做好降水井的過濾處理，減少降水過程中地層中的細小顆粒隨水流失;降水過程中要加強管理，避免水位頻繁波動;基坑開挖過程中應及時施作內支撐和底板，減少圍護樁側向位移和變形。

參考文獻:

［1］姜忻良，賈永，趙保建，等．地鐵隧道施工對臨近建筑物影響的研究［J］．巖土力學，2008，29(11):3047-3052．

［2］卿偉宸，廖紅建，錢春雨．地下隧道施工對相鄰建筑物及地表沉降的影響［J］．地下空間與工程學報，2005(6):960-963．

［3］陳仲頤，周景星，王宏景．土力學［M］．北京:清華大學出版社，1994．

［4］JGJ 120—99，建筑基坑支護技術規程［S］．

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Construction technologies of deep foundation lateral-crossing overpass abutment

Mou Chaodong
(China Railway 2th Bureau Chengmianle Railway Engineering Headquarter，Chengdu 610211，China)

Abstract:Combining with the deep foundation lateral-crossing overpass abutment engineering example，the paper analyzes the impact of foundation dewatering and excavation upon abutment，and puts forward measures of reducing negative influence of the deep foundation construction upon abutment．According to in-situ monitoring data，it summarizes basis influencing law of deep foundation construction upon the abutment．

Key words:deep foundation，abutment，foundation settlement，foundation dewatering

作者簡介:牟朝東(1981-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-29

文章編號:1009-6825(2016)01-0187-03

中圖分類號:U445

文獻標識碼:A