青藏高原深水橋筑島基坑復合支護全過程力學行為分析

羅振平 李志成 王家鑫 寧選濤

(1.中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇 無錫 214028；2.淮陰工學院，江蘇 淮安 223003；3.江蘇省交通運輸與安全保障重點實驗室，江蘇 淮安 223003)

0 引言

拉林鐵路(Lhasa-Linzhi Railway)，簡稱拉林線，是中國一條連接西藏自治區拉薩市拉薩站至林芝市巴宜區林芝站的國鐵Ⅰ級單線電氣化快速鐵路，是川藏鐵路的重要組成部分，全長433km。本文依托工程為“新建鐵路川藏線拉薩至林芝段LLZQ12標段多卡3號特大橋6～13號深水墩基礎承臺筑島及深基坑鉆孔樁圍堰施工”，以其中12號墩為例進行全過程力學行為分析。

1 工程概況

依照設計圖紙及施工研究，計劃施工時采用筑島作為施工平臺，然后進行鉆孔樁施工，之后進行承臺外圍的圍護樁施工。承臺基坑周圍設置Φ1.25m的 C30鋼筋混凝土圍護樁。圍護樁間距 1.5m，其上端設置鋼筋混凝土冠梁。在圍護樁兩側設置Φ500mm高壓雙液旋噴樁進行止水。當圍護樁達到設計強度后進行承臺基坑開挖，并在開挖過程中設置內支撐，完成后施工封底混凝土。當封底混凝土強度達到 85%時，進行承臺、墩身施工。

為確保基坑安全，選取深度最大的12號墩基坑進行計算，其基坑圍護樁及內支撐布置如圖 1所示。根據地質勘察報告及施工單位提供的資料，橋址處的地質資料及土層參數如表 1所示(參數均按較不利情況取值)。

圖1 多卡3號橋12號墩基坑支護結構平立面布置示意圖(單位：cm)

表1 12號墩基坑處地質資料及有關參數

2 筑島基坑支護結構開挖分析

12號墩承臺基坑支護結構包括鋼筋混凝土排樁、冠梁及內支撐。排樁直徑 1.25m，采用 C30鋼筋混凝土鉆孔樁。內支撐共設 4道，第一、二道內支撐形式相同，第三、四道內支撐形式相同，均采用雙拼工40a工字鋼設置。以下對支護結構進行安全性檢算，共分為7種工況，具體見表2。

表2 基坑支護結構計算況

以工況4為例，驗算支護結構受力：

計算采用ANSYS大型結構有限元計算軟件。工況4時，第一～三道內支撐施工完成，開挖至第四道內支撐下0.2m處，未設第四道內支撐，計算模型如圖 4-21所示。

圖2 基坑支護結構工況 4 計算模型

工況4時，內支撐最大應力 232MPa，如圖3左所示，大于鋼材容許應力188.5MPa，但應力最大處(第三道內支撐長邊節點處)存在應力集中，計算應力不真實，實際應考慮消峰作用(最大應力在很小范圍內迅速減小至 134MPa)，如圖3右，實際應力滿足要求。

圖3 基坑內支撐工況 4應力計算結果(單位：MPa)

工況4時，圍護樁最大彎矩 803kNm，位于長邊圍護樁的中部，如圖 4-23所示。冠梁最大彎矩 1158kNm，位于長邊中點附近，如圖4所示。

圖4 基坑支護結構工況 4圍護樁彎矩計算結果(單位：kNm)

3 全過程受力情況分析結果

按照舉例計算的工況4方式，分別建立模型分析，得出各工況內力與彎矩情況列于表3。

表 3 各工況時圍護樁軸力彎矩數值計算結果統計(彎矩：kNm，軸力kN)

綜上所述，圍護樁、冠梁及其內支撐結構在各工況時的全力學行為安全性均滿足相關要求。但個別指標接近限值，故提出優化性方案：

(1)第三道內支撐橫梁與內部桿件連接處進行局部加強。

(2)第三道與第四道內支撐內部桿件間增加豎向聯結桿，可采用雙拼工 40a，以加強其面外穩定性。

(3)適當加強第一二道內支撐，對改善第三四道內支撐、冠梁及圍護樁受力均有一定效果。

4 結語

采用ANSYS數值計算軟件對多卡3號特大橋12號墩基坑進行了全過程受力分析優化，優化結果對本工程施工有重要指導作用。

(1)排樁旋噴樁帷幕復合支護+內支撐的支護結構可以適用在含有粉砂層地質的環境下，采用筑島圍施工，在應用經濟簡單的筑島施工方法同時，可有效保證基坑防水和擋土的雙重作用。

(2)計算結果支持先撐后挖施工順序，減少周邊環境的影響。同時，由于最大受力情況隨工況變化存在一定起伏，監測依然不可或缺，同時也應該及時采取措施保證施工安全。