王焰華，王 鵬

（天津市政工程設(shè)計研究總院有限公司，天津300392）

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，軌道交通項目沿線周邊環(huán)境日趨復(fù)雜，在緊鄰城市高架橋附近建設(shè)地鐵車站，如何既保證地鐵基坑施工安全，又使城市高架橋變形控制在允許范圍內(nèi)是需要重點(diǎn)研究的問題［1］。本文結(jié)合大連地區(qū)巖石地層地鐵基坑鄰近高架橋樁情況，分析基坑施工與橋樁變形規(guī)律，提出針對性處理措施，保證基坑施工及高架橋安全。

1 工程概況

大連某地鐵車站為地下雙層分離島式，高架橋位于路中，與車站方向平行，左右線主體結(jié)構(gòu)分別位于道路兩側(cè)，中間采用通道相連。車站所處地層小里程端上部為素填土及全風(fēng)化輝綠巖，下部為中風(fēng)化輝綠巖；大里程端上部為素填土、全風(fēng)化鈣質(zhì)板巖、強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)板巖，下部為中風(fēng)化鈣質(zhì)板巖。場地地下水以基巖裂隙水為主，坑內(nèi)明排處理［2］。

車站左右線主體結(jié)構(gòu)基坑采用明挖圍護(hù)樁加內(nèi)支撐的支護(hù)形式，深20.5～22 m，橋樁與主體結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁凈距1.55 m。受高架橋底凈空影響，圍護(hù)樁采用人工挖孔方式施工。見圖1。

圖1 車站主體結(jié)構(gòu)橫剖面

高架橋為三跨連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，一柱一樁，樁基為直徑2.5 m的嵌巖樁，樁底嵌入中風(fēng)化鈣質(zhì)板巖2 m，樁底標(biāo)高隨基巖面起伏變化。為明確地鐵基坑施工對高架橋造成變形影響限值，對橋梁進(jìn)行安全評估［3］，地鐵施工影響下高架橋順橋向和相鄰橋墩之間單墩差異沉降限值為3 mm。

2 地鐵開挖風(fēng)險點(diǎn)及應(yīng)對措施

高架橋樁大部分樁底位于基坑底部以上，開挖勢必影響周圍土體及橋樁，從而對高架橋安全造成影響；同時，高架橋樁傳遞給基坑的附加荷載也將給基坑安全帶來不利影響。

高架橋墩與橋面結(jié)構(gòu)間設(shè)置橡膠支座，橋墩傾斜對橋梁安全影響相對較小，橋墩豎向沉降對橋面結(jié)構(gòu)影響較大，因此將減小橋墩的豎向沉降作為主要控制目標(biāo)。針對高架橋風(fēng)險源，結(jié)合評估報告相關(guān)建議，采取如下加強(qiáng)措施：將基坑第一道支撐設(shè)置為混凝土支撐，增強(qiáng)基坑整體性；在普通段基坑支護(hù)設(shè)計基礎(chǔ)上，對橋樁附近支護(hù)參數(shù)進(jìn)行加強(qiáng)，在橋樁底附近增設(shè)一道鋼支撐并加密支撐間距，同時加大圍護(hù)結(jié)構(gòu)配筋；兩個分離島基坑采取分層對稱開挖，控制橋樁差異沉降；基坑施工期間控制爆破，減小爆破振動對橋梁的不利影響；加強(qiáng)對基坑及橋樁的變形監(jiān)測。

3 基坑開挖對高架橋樁影響分析

3.1 模型建立

分別選取橋樁對應(yīng)的主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)橫剖面進(jìn)行數(shù)值分析，如實(shí)輸入其對應(yīng)位置的橋樁及地質(zhì)情況。

中風(fēng)化鈣質(zhì)板巖層采用德魯克-普拉格（D-P）準(zhǔn)則，素填土、強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)板巖采用摩爾-庫倫（Mohr-Coulomb）破壞準(zhǔn)則。隧道圍巖按均質(zhì)巖土材料考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)按彈性材料考慮，采用梁單元模擬圍護(hù)灌注樁、橋樁、箱體、混凝土支撐及鋼支撐結(jié)構(gòu)，底板、混凝土支撐、鋼支撐及箱體都采用線彈性模型。鋼支撐兩邊鉸接采用釋放梁端約束來實(shí)現(xiàn)。

模型尺寸135 m×35 m，有限元模型的邊界條件：上部地表為自由邊界，沿x軸方向兩個側(cè)面約束模型的水平方向位移，底邊界約束模型的豎向位移。初始應(yīng)力場按自重應(yīng)力場考慮?；究勺兒奢d主要為地面超載，取20 kN/m2。考慮高架橋橋面汽車荷載并將高架橋傳來荷載作為集中荷載作用在橋樁上。

3.2 計算結(jié)果

橋樁的最大豎向沉降為4.91 mm，相鄰橋樁最大差異沉降值3.09 mm。橋樁樁底越深，基坑開挖過程帶來的橋樁變形值越小。見圖2。

圖2 橋樁豎向位移

發(fā)生最大豎向沉降量的橋樁底最淺，該處兩側(cè)基坑同時開挖時，橋樁樁底豎向沉降在開挖完第四層土?xí)r（約為橋樁底荷載擴(kuò)散至基坑處深度）達(dá)到2.2 mm，為總沉降量的44%；開挖至基坑底部時樁底豎向沉降達(dá)到3.4 mm，為總沉降量的69%；進(jìn)行拆撐、換撐施作完中板及中板以下側(cè)墻后，樁底的沉降達(dá)到約4.1 mm，為總沉降量的84%；施工完成后最終沉降值達(dá)到4.9 mm。

部分橋樁單根計算沉降量大于橋樁差異沉降限值，施工中需進(jìn)行過程控制，采用左右線基坑分層對稱開挖，減小施工中橋樁差異沉降值。計算差異沉降最大值超過單墩允許差異沉降限制（3 mm）3%，基本能滿足橋梁安全需要。

4 施工過程中橋樁變形監(jiān)測

為加快施工進(jìn)度，在中風(fēng)化巖層挖孔時采用了爆破作業(yè)?；訃o(hù)樁施工完成，尚未進(jìn)行土方開挖時，監(jiān)測顯示部分橋墩的最大沉降量已達(dá)到或接近3 mm。

基坑開挖到樁底前，橋樁沉降變形極小；開挖樁底至基坑底部分基坑時，樁底變形逐漸加大，變化趨勢與理論計算一致，但該階段發(fā)生的變形值整體低于理論計算值。

監(jiān)測結(jié)果顯示，橋樁最小沉降值3.8 mm，發(fā)生于樁底最深處樁基；最大沉降值6.7 mm，發(fā)生于樁底最淺處樁基。橋樁沉降規(guī)律與理論計算變化趨勢一致，即橋樁樁底越深，橋樁變形值越小。

橋樁的最大沉降量6.7 mm大于理論計算值4.9 mm，相鄰橋樁最大差異沉降量2.9 mm，差異沉降量滿足橋梁安全要求。

5 結(jié)論及建議

1）鄰近高架橋的地鐵明挖基坑在施工中采取針對性的處理措施，可以保證高架橋及地鐵基坑的安全。

2）對樁底標(biāo)高位于基坑底部以上的端承樁，基坑開挖對橋樁的變形主要集中于基坑開挖至樁底附近及以下區(qū)段，在基坑內(nèi)針對樁底及以下部分采取加強(qiáng)內(nèi)支撐的方式減小橋樁豎向沉降措施是可行的。

3）為保證高架橋安全，需重點(diǎn)控制橋墩差異沉降值，兩側(cè)基坑需采取分層對稱開挖的處理措施，否則施工過程中，差異沉降值存在超限可能。

4）鑒于圍護(hù)樁成樁過程中樁基發(fā)生較大沉降問題，初步判斷可能是成樁過程中爆破對樁底基巖帶來損傷，地層內(nèi)力重新分布造成。建議在鄰近橋樁處進(jìn)行巖石地層開挖時，盡量避免爆破作業(yè)，減小因地層振動給樁基造成不利影響。