上海软土地区基坑开挖对既有铁路的影响

周羽哲, 诸 洲

(西南交通大学土木工程学院, 四川成都 610031)

基坑开挖对既有设施的影响一直以来都是工程实际中需要面对的问题。随着城市建设的发展，越来越多的基坑开挖项目，在既有交通、建筑等设施附近进行。支护强度或刚度不足的基坑，将对基坑本身以及周围设施造成不可估量的损失[1]。因此，对城市基坑开挖支护结构以及周围设施的变形分析已成为不可或缺的评估环节。目前，基坑开挖评估计算主要采用规范法、有限元计算法、有限差分法等[2]。本文基于有限元理论，采用迈达斯GTS数值计算软件对上海某基坑工程进行支护结构变形分析，并对基坑开挖对邻近既有铁路影响做出评估。

1 项目工程概况

基坑场地位于上海市西南郊，该场地自地表至60.0 m深度范围内，各地基土层为第四纪全新世Q4至晚更新世Q3沉积土，地基土主要由黏性土、粉性土、砂性土组成，根据土层的成因类型、工程地质特征，土性结构和物理力学性质指标，以及静力触探和标准贯入试验等原位测试资料综合分析，该场地地基土共划分6个主要层次及若干亚层，土体主要物理力学参数见表1。

表1 土体物理力学参数

2 基坑开挖变形分析

2.1 模型建立

按照基坑设计图纸与地勘资料，使用迈达斯前处理功能进行模型建立(图1)。得到模型长200 m，宽160 m，高60 m。模型x方向为顺铁路方向，y方向为垂直铁路方向。

图1 基坑场地及地层建立

基坑开挖深度6.5 m，采用SWM工法桩[3]加一道混凝土内支撑的方式进行围护结构设计设计采用水泥土搅拌桩内插H700×300×13×24@1200型钢，三轴水泥搅拌桩水泥掺量20 %，桩底相对标高-16.500 m，桩长15.5 m，其中悬臂端长6.2 m，嵌固端长9.3 m；内插型钢长15 m，基坑围护结构见图2。

2.2 计算参数及本构模型选取

计算参数按照勘察资料选取；计算采用修正摩尔-库伦屈服准则[4]与弹塑性本构[5]。

2.3 模型约束

计算区域各边界均取法向位移约束，即模型长边约束x方向位移，模型短边约束y向位移，底部边界设为固定边界。

2.4 基坑开挖的位移场

基坑开挖至底部并拆除内支撑后的y方向位移场见图3，z向位移场见图4。基坑围护结构y向最大水平变形发生在临近铁路边中点处，其值为18 mm，铁路路基发生y向最大水平位移8 mm。围护结构z向沉降变形仅1 mm，铁路路基发生最大z向沉降13 mm。

图3 基坑y向位移场云图

图4 基坑z向位移场云图

在底板施工前，即基坑开挖至坑底步骤，工法桩帷幕在坑底高程处产生最大水平位移(图5)。分析认为，坑内上海地区软土在坑底对工法桩帷幕提供的支撑不足。导致了该工程项目中支护桩最大位移变形出现在坑底位置，与常规基坑开挖最大位移出现在桩身中部不同。

图5 工法桩帷幕水平变形云图

3 结论

本项目基坑开挖引起的围护结构变形，均在上海市标准《基坑工程技术标准》限值内，满足设计要求。

但对邻近既有铁路的影响变形超出了《上海铁路局工务安全管理办法》限值10 mm范围。本文建议加强围护结构刚度，或改变支护结构形式，使用钻孔桩等更强的措施加强基坑邻近铁路侧坑壁。

同时，由于上海地区的软土在坑底对支护结构的支撑不足，导致支护桩在坑底高程处产生最大水平变形，建议在混凝土底板达到设计强度前，增强对坑底围护桩的检测频率，确保支护结构的稳定安全。