金桥大道斜拉桥051号墩基坑支护设计与施工技术

2013-07-10朱向前

交通科技 2013年3期

朱向前

（中铁大桥局股份有限公司武汉 430050）

随着我国高速铁路、高速公路及城市轨道交通的快速发展，越来越多的交通新线路与既有线、甚至多条既有线高架式汇交。由于地质、环境条件和施工技术的复杂性，毗邻既有线深基坑施工过程中面临很大的风险。毗邻既有线进行施工时，不仅要保证既有线的正常运行，还要涉及到既有线偏压及动载对基坑的影响［1］。

常见的基坑支护类型有排桩（包括钻孔桩、人工挖孔桩、钢管桩等）、连续墙（包括钢筋混凝土墙和钢板桩）、水泥土墙（水泥土搅拌桩和SMW 工法桩）、土钉墙和双排桩［2－3］。

以上5种支护结构类型各有各的特点，其具体应用应结合施工现场水文及地质情况，尤其是基坑附近的的行车荷载等级来确定最经济合理的施工方案。

1 工程概况

武汉市黄埔大街－金桥大道快速通道工程跨京广铁路斜拉桥，主桥为独塔双索面预应力混凝土箱梁斜拉桥，全长260 m，主跨138 m，跨度组成为138m＋81m＋41m＝260m，见图1。

图1 桥型布置图（尺寸单位：mm）

051 号墩基础承台纵向长23.0 m，横向宽16.7m，高4.5m。基础采用12根直径2.5m 钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计。地面高程＋20.34m，承台顶高程＋11.0m，基础南侧距既有线仅3m，西侧毗邻金桥大道。

工程特点与难点如下：

（1）承台基础处地理位置复杂，且毗邻既有线，该区段运行动车组，动车组对线路允许沉降要求高，稍有不慎将对行车造成无法挽回的后果。

（2）承台处地质条件差，土质为力学性能差的杂填土、粘土及淤泥质粉质粘土。同时受铁路、公路行车干扰及铁路沿线地下光缆、电缆等影响特别严重，加之承台尺寸较大，开挖较深。因此，对该大体积承台深基坑施工支护的安全性、良好的止水性及保护既有线、地下管线均提出很高的要求。

2 支护结构设计与施工

2.1 设计

根据工程特点、难点及现场条件，为充分保证既有线的安全，采取下列方案，见图2。

图2 支护结构平面图（单位：mm）

（1）铁路侧采用放坡开挖，放坡高度2.84 m，坑底采用搅拌桩加固；其他侧先对地面覆土进行清理再开挖，清理后地面高程为＋17.5m。

（2）采用理正深基坑支护结构设计软件进行基坑土体力学分析，确定采取以自重轻、抵抗弯矩较大、避水效果好、施工操作方便的德国拉森IV型钢板桩作整体围护，结合工字钢内圈梁、可施加预应力的钢管支撑，铺以集水井、潜水泵排水系统，并用高标号混凝土浇筑封底的综合支护方案。

（3）支护结构主体部分采用18m 长的德国拉森VI型钢板桩，从设计承台边缘每边外扩0.5 m 作为钢板桩插打轴线，插打时利用专门设计的导向架进行施工。

（4）圈梁采用2根588 mm×300 mm（第二层圈梁为3根588mm×300mm）的工字钢，在钢板桩内侧设置牛腿，工字钢放置在牛腿上，环绕围堰一周形成围囹支护并设置角撑，以提高围堰的整体性，并为内支撑及千斤顶支撑提供支点。

（5）内支撑采用直径×壁厚＝830 mm×10 mm 的钢管，钢管端头设置有活动节，可通过千斤顶对钢管施加一定预加力，再由内支撑传递到围囹上，通过围囹与钢板桩组成的复合支撑体系，将作用力最终传递到承台周围土体，对土体施加一定的被动土压力，达到平衡一部分主动土压力及既有线动车荷载冲击影响的作用。

（6）铁路侧内力、位移计算结果见图3，计算得到的最大位移为17.48 mm，最大弯矩191.93 kN·m，内支撑最大轴力208.47kN。

2.2 施工与监测

按照基坑内干开挖，浇筑封底混凝土的施工方法，将基坑施工划分为以下几个施工阶段：

（1）基坑外土体卸载，插打钢板桩，利用导向架将钢板桩准确打入预定位置。

图3 支护结构计算结果图

（2）基坑第一级开挖，基坑内土体干开挖至＋15.00时，施工围囹，同时设置具备活动节的内支撑。

（3）基坑进行第二级开挖，同时千斤顶给内支撑钢管逐渐施加预加力。在基坑内土方干开挖至设计基底高程＋9.8 m 时，千斤顶支撑力达到最大值，并通过围囹传递到钢板桩围护，与水、土压力及动车冲击荷载达到平衡。施工过程中，对预设观测桩进行水平位移、沉降观测，确保施工时的行车安全。

（4）开挖至基底后，立即施作排水沟、集水井，浇筑封底混凝土，封底混凝土达到设计强度后，绑扎钢筋、立模，进行承台混凝土浇筑工序。

（5）在承台周围布置10个位移监测点，各监测点的布置及最终位移见图4（S1～S3表示沉降值，其他均表示水平位移值）。由于通过千斤顶给内支撑钢管施加了预加力，坑壁位移几乎为零，靠近铁路侧的布置的测点S1位移为8mm，实际计算位移为17.48mm，计算位移略大于实测位移，这是因为通过降水处理后的土层其力学参数得到提高，沉降变形得到改善。