临近新建隧道边墙的桥梁桩基加固方案

许越

（广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广州 510507）

随着我国城市化建设的不断推进，各类线性工程的交叉日益增多，地铁、城市道路的交叉尤其常见。新建隧道穿越既有高架桥的工程问题受到学者们的广泛关注。文献［1-4］依托工程案例，采用数值模拟方法分析了盾构隧道穿越托换的桥梁桩基时对桩基变形的影响。文献［5-7］介绍了盾构隧道穿越既有桥梁时所采用的桩基托换方案和技术难点。文献［8］计算了盾构隧道穿越既有桥梁桩基所引起的附加应力。文献［9］分析了地铁车站开挖对既有桥梁桩基的影响。文献［10-11］依托工程实例，介绍了暗挖区间隧道下穿既有桥梁时大承台和桩基托换技术。既有文献对于交叉工程的研究主要针对盾构隧道穿越既有结构。本文通过工程实例，分析浅埋暗挖隧道穿越既有桥梁桩基础的技术方案、安全控制标准及其对既有结构的影响。

1 工程概况

广州地铁11号线采用浅埋暗挖法施工，在梓元岗站须穿越城市快速路高架桥，平面位置关系见图1。现有桥墩基础为钻孔灌注桩，桩径分别为1.2，1.5，1.8 m。暗挖隧道净跨8.40 m，净高7.77 m。既有高架桥有2 处基桩侵入暗挖隧道边墙，有部分基桩临近隧道边墙。既有桥梁基桩与隧道边墙净距见表1。其中C1-1#和C1-2#基桩由承台连接在一起。C2-1#和C2-2#，C3-1#和 C3-2#亦然。

图1 平面位置关系

表1 既有桥梁基桩与隧道边墙净距

2 技术方案

2.1 总体方案

C2-2#，C3-1#基桩侵入暗挖隧道边墙须进行托换处理。受隧道施工影响，临近隧道边墙的基桩承载力可能会降低，应进行加固处理。处理范围应以隧道修建是否降低桩侧土的摩擦支撑作用来确定，可参考JTG 3363—2019《公路桥涵地基与基础设计规范》［12］中基桩布置原则：钻孔桩中心距不应小于桩径的2.5 倍，即净距必须大于1.5 倍桩径。因此，与隧道净距小于1.5 倍桩径的基桩须进行加固处理，即30#，B2#基桩。

2.2 托换桩基结构设计

托换桩采用直径1 600 mm 的钻孔灌注桩。钻孔灌注桩按摩擦桩设计，桩长约47 m。在C2-1#，C2-2#基桩旁各施作1 根钻孔灌注桩（新建C2-1#，C2-2#基桩），如图2 所示。对C3-1#，C3-2#基桩进行同样的处理。

图2 桩基托换平面（单位：mm）

3 安全控制标准

隧道围岩位移与基桩位移紧密相关，可采用围岩位移和基桩位移双指标来控制隧道施工对既有桩基的影响。围岩位移是基桩位移的起因；基桩位移直接影响既有桥梁结构安全。因此，可按“基桩位移控制为主、隧道围岩位移控制为辅”的原则来控制新建隧道施工对既有桥梁的影响。

3.1 围岩位移

围岩位移外在表现通常为地表沉降和拱顶沉降。从监测角度，地表沉降比拱顶沉降更方便监测；从数值分析角度，拱顶沉降比地表沉降更为及时和准确。因此，在方案评估阶段可进行数值模拟，将拱顶沉降作为控制指标；后期施工阶段将地表沉降和拱顶沉降共同作为控制指标。目前国内各工程地表沉降的控制值一般都在30～50 mm。考虑到本工程的特点，取30 mm 作为地表沉降控制值，取50 mm 作为拱顶沉降控制值。

3.2 基桩位移

JTG 3363—2019 规定：相邻墩台间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降）不应使桥面形成大于2‰的附加纵坡（折角）；超静定结构桥梁墩台间不均匀沉降差值还应满足结构的受力要求。受影响区段的桥梁跨度在25.9～30.5 m，按25.9 m 计算，则相邻墩台不均匀沉降差值（以下简称差异沉降）应控制在51.8 mm以内。因墩台与基桩沉降一致，故取整以50 mm 作为相邻基桩差异沉降控制值。

根据类似工程经验，为控制基桩差异沉降对桥梁结构内力的影响，桩基托换施工及新建隧道施工引起的基桩总沉降应控制在5 mm 以内［11］。经原桥设计单位对本工程结构内力进行复核计算，桥梁相邻基桩差异沉降控制值可取5 mm。

4 下穿施工对既有桥梁结构影响分析

4.1 模型的建立

采用有限差分数值分析软件MIDAS/GTS 进行模拟计算。侧穿主线、B 匝道计算范围模型尺寸为84 m（长）×60 m（宽）×55 m（高），共划分为26.2 万个单元，见图3（a）。下穿C 匝道计算范围模型尺寸为84 m（长）×80 m（宽）×55 m（高），共划分为12.9 万个单元，见图3（b）。

图3 三维数值计算模型

4.2 计算参数的取值

各土层采用摩尔-库伦弹塑性本构模型，初期支护采用弹性模型。各种材料的物理力学参数见表2。

表2 物理力学参数

4.3 计算结果与分析

4.3.1 围岩位移

新建隧道侧穿主线、B匝道桥梁基桩时围岩位移云图见图4。可知：隧道开挖后拱顶将出现沉降，而拱底将隆起。新建隧道侧穿主线、B 匝道桥梁基桩，下穿C匝道时围岩最大位移均小于控制值50 mm。隧道左右线围岩水平位移不对称，而围岩竖向位移基本对称，说明既有桥梁基桩的存在主要限制了土体的水平位移，对土体竖向位移的影响不明显。

图4 侧穿主线、B匝道桥梁基桩时围岩位移云图

4.3.2 基桩位移

桥梁基桩位移模拟计算值见表3。可知，隧道开挖后两侧基桩发生水平位移，最大变形量为5.3 mm。隧道开挖后基桩出现竖向位移，与隧道边墙净距小于1.5 倍桩径的30#和B2#基桩发生隆起；与隧道边墙净距较远的其他基桩发生沉降。相邻基桩的最大差异沉降为4.5 mm，小于控制值5 mm。

表3 桥梁基桩位移计算值

4.4 监测分析

本工程施工后桥梁基桩位移监测值见表4。对比表3 和表4 可见，监测值与数值模拟计算值接近。从基桩托换至暗挖隧道变形稳定全过程，被托换桩基的最大竖向位移基本控制在5 mm以内。

表4 隧道施工后桥梁基桩位移监测值

5 结论

1）可按“基桩位移控制为主、隧道围岩位移控制为辅”的原则来控制新建隧道施工对既有桥梁的影响。方案评估阶段可通过数值模拟将拱顶沉降作为控制指标；后期施工阶段可将地表沉降和拱顶沉降共同作为控制指标。

2）浅埋暗挖隧道穿越既有桥梁桩基础时，可对侵入隧道边墙的基桩进行托换处理，对距离隧道边墙1.5 倍桩径范围的基桩进行加固处理。经实施，该方案可将隧道施工时基桩沉降控制在5 mm 以内，隧道拱顶沉降控制在50 mm以内，满足设计要求。