紧邻轨道交通桥梁侧深基坑支护设计研究.pdf

总第 期交通科技 第期 收稿日期：第一作者：何云（），男，高级工程师，硕士。紧邻轨道交通桥梁侧深基坑支护设计研究何云范文臣罗谢辉（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳 ；中南林业科技大学土木工程学院长沙 ；贵阳地铁置业有限公司贵阳 ）摘要轨道交通有效地带动了沿线物业开发，在产生大量深基坑工程的同时如何有效确保基坑及轨道交通结构的安全稳定成为基坑支护设计的关键。文中以贵阳市某紧邻轨道交通桥梁侧深基坑工程实例为依托，结合工程地质条件、变形控制要求及当地成熟施工经验合理确定基坑支护设计方案，采用结构设计及数值模拟计算对基坑支护结构进行计算分析，并通过基坑监测成果验证了基坑设计的有效性。关键词深基坑轨道交通变形控制基坑支护设计数值分析中图分类号 由于轨道交通结构的重要性及变形敏感性，对于紧邻轨道交通的基坑工程，在确保基坑整体安全稳定的同时，变形控制成为基坑支护设计的关键。王立峰等结合基坑施工工况对临近基坑的地铁隧道变形监测成果进行分析，研究了软土蠕变效应造成的基坑施工工序对隧道变形产生的时空效应，并探讨了基坑变形及隧道变形监测成果之间的联系。金雪峰对某紧邻地铁车站的基坑施工各阶段监测资料进行分析研究，总结了支护结构变形、岩土体变形、基坑周边工程环境变形及支护结构内力的变化规律。黎科基于天津地铁号线红星路车站基坑工程，结合监测资料及数值模拟分析了基坑施工对相邻顺驰立交桥桩基的影响。王世清等采用数值模拟对某紧邻立交桥桩基的地铁车站土质深基坑进行研究，对比分析了基坑未加固及加固处治后基坑变形及桥梁桩基变形，验证了基坑加固措施的有效性。胡斌等基于武汉地铁某紧邻立交高架桥的深基坑工程，结合监测资料、神经网络预测及数值模拟对基坑变形和高架桥结构变形规律进行研究，考虑监测数据相对实际变形的滞后性，提出了采用神经网络预测的基坑信息化施工监测方案。王恒等运用数值分析软件分析了基坑开挖对邻近桥桩的影响，并据此提出有效的桥梁桩基加固方案。本文基于既有深基坑研究成果，以贵阳市某紧邻轨道交通桥梁侧深基坑工程实例为依托，探讨复杂工程地质条件及严格工程环境保护条件下深基坑支护设计的方案选型及设计要点，对基坑支护设计计算及数值模拟进行分析，并结合基坑监测成果进行验证。工程概况贵阳市某基坑工程紧邻正进行施工的轨道交通高架段桥梁，桥梁采用承台桩基础，桩基为嵌岩桩，基坑支护结构外边缘线距桥墩承台边线距离为（见图），该侧基坑开挖深度为，基坑支护设计的关键为控制基坑变形以确保桥梁的安全稳定。图南侧基坑外边缘线距轨道交通路基挡墙示意图基坑所处区域为施工项目部，地势平坦。根据勘察资料基坑区上覆土层为杂填土、硬塑状红黏土、可塑状红黏土及软塑状红黏土，下伏基岩为中风化灰岩，基坑开挖后为土质边坡。基坑支护设计 基坑位移控制要求根据 地铁设计规范，区间桥梁横桥方向墩顶弹性水平位移应满足：槡犔式中：犔为桥梁跨度，；当为不等跨时采用相邻跨中的较小跨度，当犔 时，犔按 计；为墩顶横桥方向水平位移，包括由于墩身和基础的弹性变形及地基弹性变形的影响。基坑紧邻轨道交通高架段桥梁跨度为，计算得到横桥方向水平位移限值为 。设计参数根据本项目勘察资料，结合相关规范及成熟工程经验，基坑支护设计采用各岩土体及轨道交通桥梁结构参数见表。表基坑支护设计各岩土体及轨道交通桥梁结构参数表岩土及结构分类密度（）黏聚力 内摩擦角（）弹性模量 泊松比静止土压力系数备注杂填土 硬塑状红黏土 可塑状红黏土 软塑状红黏土 中风化灰岩 桥梁承台 注：表中各参数取值依据岩土体试验资料及相关规范推荐值；静止土压力系数根据 建筑边坡工程技术规范第 条并参考地区相关工程经验进行综合选取。设计方案选型结合基坑工程地质条件、工程周边环境及本地施工经验，支护设计方案选型主要考虑的影响因素有：）基坑紧邻轨道交通高架段桥梁，无放坡开挖条件，且横桥方向变形控制要求高。）轨道交通桥梁桥墩采用承台桩基础，由于桩基为嵌岩桩且该段桥梁未通车，据此基坑设计计算不考虑承台底对基坑的附加应力。）基坑开挖后形成土质边坡，部分段落基底分布有软塑状红黏土，其力学性质差致使设计土压力大，基坑支护结构抗力设计要求高。）基坑支护结构设计应在确保基坑及轨道交通桥梁安全稳定的前提下，尽可能提高基坑设计的经济性，由于对侧基坑采用放坡后进行坡面防护的设计方案，因此本段落基坑无法采用内支撑支护结构。）项目区溶沟、溶槽及溶洞发育，属岩溶强发育区，同时项目区分布杂填土及软塑状红黏土，钻孔灌注桩机械成孔施工中易发生塌孔，成孔难度大且处治费用高。经综合分析及比选，本次设计对紧邻桥梁承台桩基段落基坑采用“双排桩冠梁连梁桩间板”的支护设计方案，双排桩均采用桩径为 的圆形桩，桩间距为，排距为，桥梁承台桩基段落典型横断面设计图见图。针对桥梁各承台之间的基坑段落采用“排桩冠梁锚索桩间板”支护设计方案，以减少抗滑桩的数量，排桩采用桩径为 的圆形桩，桩间距为，桥梁承台间段落典型横断面设计图见图。图桥梁承台桩基段落基坑典型支护断面图（单位：尺寸，；高程，）图桥梁承台间段落基坑典型支护断面图（单位：）年第期何云等：紧邻轨道交通桥梁侧深基坑支护设计研究 计算分析基坑设计选取典型横断面进行计算分析，采用理正深基坑设计软件对支护结构进行结构计算，结合 数值计算对支挡结构变形进行分析评价。图为理正深基坑软件计算所得双排桩桩身水平位移及内力包络图，括号中数值依次分别代表前排桩及后排桩各计算项目正、负绝对值最大值。根据计算结果，双排桩支护结构最大水平位移为 ，位于前、后排桩桩顶处。图双排桩计算桩身水平位移及内力包络图锚拉桩桩身水平位移及内力包络图见图，曲线分别代表弹性法及等值梁法计算结果曲线，括号中数值依次分别代表弹性法及等值梁法各计算项目正、负绝对值最大值。根据计算结果，锚拉桩支护结构最大水平位移为 ，位于桩顶处。图锚拉桩计算桩身水平位移及内力包络图如图所示，种支护方案桩体最大水平位移均满足位移控制标准，根据弯矩和剪力内力包络图，桩身内力分布较均匀，本次设计支护桩均采用圆形截面均匀配筋，有效地利用了桩身混凝土及钢筋强度，提高了基坑设计的经济性。基坑 数值模拟计算模型见图，图中不同颜色单元分别代表不同岩土体。计算模型中各岩土体及桥梁承台（图中未示出）采用实体单元模型，桥梁桩基、基坑支护设计双排桩、桩间板、冠梁及连梁等均采用结构单元模型。图为数值计算模型中的结构单元，其中黑色单元为桥梁桩基及基坑设计支护桩结构单元，红色单元为桩间板、冠梁、连梁及锚索结构单元。图基坑数值分析计算模型图数值分析结构单元双排桩与锚拉桩支护结构位移数值模拟计算结果见图、图。图基坑开挖双排桩结构位移图何云等：紧邻轨道交通桥梁侧深基坑支护设计研究 年第期图基坑开挖锚拉桩结构位移图由图、图可见，其中双排桩支护结构最大位移位于前排桩桩顶处，为 ，锚拉桩支护结构最大位移位于桩顶处，为 。根据数值分析计算结果，基坑边坡开挖支挡后支护结构变形均满足位移控制标准。基坑变形监测成果基坑施工全过程采用了深层位移监测对双排桩支护结构进行变形监测，对锚拉桩支护结构段落采用地表变形监测，以掌握基坑施工过程中支护结构及坡体变形。桥梁承台处典型双排桩支护结构桩身深层位移监测曲线见图。图 双排桩结构典型深层位移监测曲线根据图 监测曲线可知，桩身变形由桩顶至桩底逐渐减小，桩顶最大变形量为 。同时根据地表变形监测，锚拉桩桩顶最大变形量为 。对比基坑监测成果，双排桩支护结构利用前、后排桩及桩间土体形成的被动支护结构，其变形控制效果弱于锚拉桩主动支护结构。双排桩及锚拉桩支护结构实测变形均满足位移控制要求，验证了基坑支护设计的有效性。结语本文以紧邻轨道交通桥梁侧基坑工程实例为背景，通过支护设计方案选型、结构设计、数值计算变形分析及支护结构监测结果分析，得出以下主要结论。）遵循严格控制基坑变形的设计原则，综合基坑工程地质条件及本地成熟施工经验合理确定基坑支护设计方案，在确保基坑支护设计安全稳定的同时提高了基坑支护的经济性。）基于轨道交通桥梁位移控制标准对种基坑支护设计方案进行结构设计及数值分析计算，计算结果表明支护结构变形均满足位移控制标准。）基坑监测成果验证了支护设计的安全有效性，相较于双排桩被动支护结构而言，锚拉桩主动支护结构能更加有效地限制基坑变形。参考文献王立峰，庞晋，徐云福，等基坑开挖对近邻运营地铁隧道影响规律研究岩土力学，（）：金雪峰某紧临地铁车站土岩基坑设计与变形规律研究地下空间与工程学报，（）：黎科深基坑开挖对邻近桥桩的影响研究天津：天津大学，王世清，林森斌某深基坑工程邻近桥梁桩基施工影响分析石家庄铁道大学学报（自然科学版），（增刊）：胡斌，王新刚，冯晓腊，等武汉地铁某深基坑开挖对周边高架桥影响的分析预测与数值模拟研究岩土工程学报 ，（增刊）：王恒，陈福全，林海基坑开挖对邻近桥梁桩基的影响与加固分析地下空间与工程学报 ，（）：地铁设计规范：北京：中国建筑工业出版社，建筑边坡工程技术规范：北京：中国建筑工业出版社，肖罗发，邱红胜，朱万鑫，等邻近建筑物荷载对深基坑坑角效应分析武汉理工大学学报（交通科学与工程版），（）：，年第期何云等：紧邻轨道交通桥梁侧深基坑支护设计研究