河堤缓坡段地铁高架桥桥墩承台基坑稳定性分析

(华北科技学院建筑工程学院 北京 101601)

一、引言

我国各大城市都在新建地铁，部分地铁路线经过江河的边坡段，在有坡度的河堤上开挖基坑，保证基坑在开挖过程中的稳定性极其重要[1-3]。本文依托西安地铁三号线一期高架区间范围内灞河桥工程，通过FLAC3D有限差分软件对桥墩桩基承台施工进行模拟，对其稳定性进行评估分析。

二、工程概况

灞河桥位于西安地铁三号线一期工程高架区间范围。本文中基坑位置位于灞河边坡段，坡度为15°-18°。承台基坑围护结构采用锁扣钢管桩，钢管桩桩径为60cm，厚度为14mm，长度为18m。承台基坑内支撑暂定为直径为60cm，厚度为14mm的钢管支撑，其水平向间隔3m，共4根支撑，竖直向间隔自上而下为4m、4m、5m，共三道支撑。基坑封底采用1m厚C35素混凝土。承台承台尺寸为10.6×10.6m×m，采用C40混凝土。承台基坑底部打桩，桩长47m，采用C40混凝土。承台基坑平、立面图如图1所示。

图1 承台基坑平、立面图

根据地质初勘报告，拟建场地的土层按层序分述如下：区间地貌为灞河河床一级阶地，勘探深度范围内地层主要为第四系全新冲积黄土状土、砂类土及碎石类土，自上而下主要为：杂填土、卵石土、粗砂、粉质粘土、粗砂、粉质粘土。

三、施工工序

为综合施工中的各种施工不利因素，本计算选取关键工况进行分步开挖，以便对施工过程中的位移及应力进行分析。分6个施工步序，计算模拟工序为：

①开挖第一层土，施做第二道横撑；②开挖第二层土，施做第三道横撑；③开挖第三层土，施做素混凝土垫层；④开挖第一组桩(1、3、7、9号桩)；⑤开挖第二组桩(2、4、6、8号桩)；⑥开挖第三组桩(5号桩)。

四、数值模拟

本计算采用FLAC3D有限差分软件建立计算模型[4-7]，共划分了66548个实体单元，70946个节点。全部单元采用实体单元，不同的土层采用不同的材料参数模拟，土体采用摩尔-库仑弹塑性本构模型。模型侧面和底面为位移边界，模型顶面取为自由边界，底面采用固定约束，侧面采用法向约束。计算荷载考虑既有隧道结构自重、土体竖向自重力及基坑周围5m范围内地表施工荷载为：均布荷载载20kPa。

由基坑后边桩变形值和变形趋势图分析，后边桩整体变形趋势是整体向基坑内的位移。维护结构先上部往基坑内位移较下部向基坑内位移较大，第三步施工工序之后，维护结构先下部往基坑内位移较上部向基坑内位移较大。

第一步施工步序导致后边桩上部向基坑内移动，下部背离基坑向外移动；第二步施工步序使后边桩上部向基坑内移动位移扩大，下部继续背离基坑向外位移扩大，而且扩大幅度比较大；第三步施工步序使后边桩上部背离基坑向外移动，下部向基坑内移动；第四步施工工序继续使后边桩上部背离基坑向外位移扩大，下部向基坑内位移扩大，但后边桩的位移始终是在向基坑内位移的范围内；第五步施工工序继续使后边桩上部背离基坑向外位移扩大，下部向基坑内位移扩大，但后边桩的位移始终是在向基坑内位移的范围内；第六步施工施工，对后边桩的影响很小基本可以忽略。

第一步施工步序，使侧边桩整体略微向背离基坑方向产生位移，第二步施工步序使结构整体向基坑内方向产生位移，结构上部位移值较大。第三步施工步序使结构又整体向背离基坑方向产生位移，结构整体位移值都较大。第四、五、六步施工步序影响较小。

五、结论和建议

(1)第二、三步施工工序是工程的主要风险，应该针对第二、三步施工加强施工质量管理，针对第二、三步施工步序制定专项施工方案及应急方案。

(2)每一层土体开挖之后，及时做好横向支撑，减小基坑维护结构的变形。

(3)由于基坑底部未设横向支撑，基坑底部横向支撑力较弱，为降低工程风险，在基坑底部加设一道横向支撑，即第三层土体开挖之后，应及时做好第四道横向支撑，保证基坑围护结构的安全。

(4)底部土体应该适当注浆加强土体强度，底部桩基施工的时候，尽量减少对周围土体扰动。

(5)建立监测预警系统，进行信息化管理。在基坑开挖时，应对基坑维护结构实施监测，建立完善的监测网，及时反馈信息，做到信息化施工。