曹紅權 南京鐵發(fā)集團江蘇雷威建設工程有限公司

南京雙橋門立交是南京市主城區(qū)"外環(huán)+井字"型快速道路網(wǎng)布局中的重要組成部分，也是主城區(qū)南部東西向大通道及主城內(nèi)環(huán)快速路系統(tǒng)的重要路段。緯七路東段地面道路以四孔箱涵（10m+10m+10m+10m）下穿寧蕪鐵路,與既有鐵路交角29.930。為便于基坑施工，在寧蕪鐵路西側修建一道臨時鐵路，待該工程結束后，拆除臨時鐵路恢復原有寧蕪鐵路。下穿鐵路處地面高程為+9.5m～10.0m，基坑開挖深度6.4m～8.2m。整座基坑總面積8615m2，基坑等級為一級（見圖1）。

圖1 雙橋門立交東端道路典型橫斷面布置圖

基坑西側距新建寧蕪鐵路中心線8.20m，南側距宇秦園小區(qū)商住樓4.58m，距小區(qū)道路僅1.2m。因此，深基坑施工既要確保支護結構的安全，又必須考慮周圍鐵路營業(yè)線、建筑、道路和地下設施的安全。

根據(jù)巖土工程勘察報告，場地地貌單元為秦淮河漫灘。該地層地下水屬潛水型，水位埋深在0.6m～1.4m（高程8.2m～9.1m）之間，直接受大氣降水和地表水系的入滲補給，水位受季節(jié)性影響，水位年變化幅度為0.5m～1.0m。整個箱涵絕大部分座落在流塑狀的淤泥質(zhì)亞粘土層中。

1 基坑支護設計

1.1 支護方案選擇

根據(jù)本工程結構、地質(zhì)、周邊環(huán)境和工期特點，本著安全可靠、經(jīng)濟合理、方便施工的原則，經(jīng)過細致地分析計算，確定采用下述方案：

(1)沿新線一側采用前排鉆孔灌注樁加后排拉錨樁（鉆孔灌注樁）作為擋土結構；局部PA段和HJ段采用懸臂式鉆孔灌注樁支護，在HJ段布置少量后排拉錨樁減小支護位移。

(2)拉錨樁和前排支護樁之間采用鋼絞線連接。

(3)箱涵基坑南側KL段和N點處，住宅樓之間采用鉆孔灌注樁加一層土錨桿作為支護結構，基坑東西兩段采用放坡開挖。

(4)南側基坑LMN、NO段（見圖2），采用大寬度圈梁加坑內(nèi)鋼管地腳撐作為支護結構。

(5)整個基坑采用SMW深攪樁作為止水帷幕，止水樁要求進入2-4層或3-1層，在箱涵外側形成全封閉止水帷幕?；硬捎霉芫邓觾?nèi)承臺附以輕型井點降水。

(6)坑內(nèi)側樁前箱涵和箱涵之間可留出土臺地的位置，盡量留出土臺，保證支護樁的穩(wěn)定。

(7)基坑內(nèi)上跨立交橋承臺采用沉井法進行施工。

圖2 南側基坑LMN、NO段平面圖

1.2 支護結構計算

本設計方案計算時以各段自然地面絕對標高為準。

(1)計算區(qū)段的劃分

根據(jù)基坑開挖深度、土層條件，將該場地劃分為六個計算區(qū)段，各區(qū)段詳見平面圖。

附加荷載：取地面附加荷載為20kPa,

鐵路荷載：按鐵路規(guī)范附加荷載為60kPa，道床厚度為1.0m，取其為20kPa，作用寬度3.6m。

(2)土壓力系數(shù)計算(見表1)

表1 土壓力系數(shù)表

按照朗肯土壓力計算理論作為土側向壓力設計的計算依據(jù)，即：

主動土壓力系數(shù)：Kai=tg2(45°-φi/2)被動土壓力系數(shù)：Kpi=tg2(45°+φi/2)

計算時，不考慮支護樁體與土體的摩擦作用，且不對主、被動土壓力系數(shù)進行調(diào)整，僅作為安全儲備處理。

(3)土層側向壓力計算的約定A

本設計充分考慮到各巖土層的不透水性，在土層側向壓力計算時②-3采用水土分算，其余均采用水土合算。

(4)支撐標高確定：絕對標高+8.5m。

1.3 基坑支護布置(見表2及圖3--圖5)

表2 支護樁設計參數(shù)表

(1)南側LMNO段支護考慮住宅樓基礎深1.5m，其作用深度為6.50m，該段采用鉆孔灌注樁加一層錨桿或內(nèi)支撐支護。

(2)CDEFGH段后排錨拉樁設計計算：

地面活荷載q1=20.0kPa。采用鉆孔灌注樁，樁長9.0m，間距 14.0m，φ1100＠2400，砼 C30，主筋 HRB335級鋼 12φ32。

(3)CDEFGH段鋼絞線計算：

已知R＝212.0kN/m，采用 7φ5鋼絞線，fpy=1320N/mm2

鋼絞線計算：n=212×2.4×1.25×1000/（139×1320）＝3.46根，實取4根。

(4)KL、N點段錨桿設計計算：

已知R＝133.5kN/m，取錨桿傾角150，錨桿直徑為0.15m，土層分布見表3：

①受拉承載力設計值為：

表3 土層分布表

N=133.5×1.25/cos15=172.8kN

配筋計算：As=172.8×1000/300=575.95mm2

取 1Φ32，有A=803.8mm2

②自有段長度計算：

由上面LMN地段土壓力計算，已知反彎點深度為7.43m，經(jīng)計算摩擦角加權值為17.9度。

Lf=7.43×sin(45-17.9/2)＝4.37m，實取5.0m。

③ 錨固段計算：

錨桿頭位于-1.5m，即第一層土為②-1層，該層內(nèi)長度為1.9/sin15=7.34m。由N＝3.14/1.3×d∑(qsik×li)得：

172.8×1.3＝3.14×0.15×(7.34×35+25×y)，得Y＝8.8m

則:Ld=7.34+8.8=16.1m，實取16.5m。

錨桿總長度為:L＝5+16.5＝21.5m。

(5)LMNO點段內(nèi)支撐設計計算：

本設計采用φ219×6的鋼管作為鋼支撐材料

N=1.25×76.1×3.0/sin45=403.6kN

鋼支撐強度及穩(wěn)定性驗算：

本設計采用Φ219×6鋼管，截面特征系數(shù)：

A=π(2192-2072)/4=4012.92mm2

I=π/64(D4-d4)=22775829.08mm4

W=I/R=207998.44mm3

i=(I/A)1/2=75.34mm

λ=6/i=79.64

查表：Φ=0.584

支撐安裝偏心產(chǎn)生的彎矩M

M=N×e=403.6 0.001×6=2.42kN-m/m

支撐強度驗算：

f=N/(ΦA)+M/W=403.6×103/0.584/4012.92+2.42×106/207998.44=183.9MPa<210MPa。

圖3 支護樁剖面圖

圖4 圈梁和拉梁大樣

圖5 BCD、FG、JK段支護樁剖面圖

圖6 降水井大樣

1.4 基坑降排水(見圖6)

(1)整個基坑采用SMW深攪樁作為止水帷幕，止水樁要求進入2～4層或3～1層，在箱涵外側形成全封閉止水帷幕，基坑采用管井降水，坑內(nèi)承臺附以輕型井點降水。

(2)SMW深攪樁施工方法：①用挖掘機開挖1m寬、0.8m深的溝槽;②采用三軸ZKD-850SMW深層攪拌樁機施工，葉片直徑φ850，單孔中心距600mm，各幅樁體間搭接850mm；③施工順序按1-2-3-4-5循環(huán)施作；④每根樁的時間間隔不得大于24h，否則作為硬接頭處理(見圖7)。

圖7 SMW止水帷幕施工順序圖

(3)降水施工方法：①坑面四周設置排水溝，及時排除地面雨水；②土方開挖前1個月，采用管井降水，并設置監(jiān)測井檢查降水效果(見圖8)。

圖8 基坑深井降水布置圖

2 土方開挖及支撐施工

針對基坑特點，考慮基坑暴露后整體與局部的時空效應，土方開挖及支撐施工方案盡可能使支護結構處于受力有利狀態(tài)，使基坑變形較小。

(1)土方采用分層對稱開挖，控制挖土速率，不得局部一次開挖過深，引起支護樁產(chǎn)生過大位移，挖土完成馬上搶做墊層和底板。

(2)新建線路前后樁頂圈梁內(nèi)預留鋼絞線塑料管穿孔；鐵路路基下采用鋼管保護鋼絞線。土方開挖第一層1.5m深后每組鋼絞線先施加應力700kN，在基坑開挖和箱涵施工過程中應根據(jù)監(jiān)測情況進行補拉。

(3)有錨桿的圍檁中應預設孔徑為Φ80的孔道，其水平傾角與該錨桿相一致。施工中對錨桿自由段中的鋼筋及錨端鋼結構按相關規(guī)范要求作防銹處理。錨桿張拉控制應力為170kN，錨桿中的水泥砂漿強度不得低于M10。

(4)內(nèi)支撐采用 Ф219×6 鋼管，地腳墩為先用 5Ф48×3.5×6鋼管打入地下并注漿，注漿采用水泥砂漿，水灰比0.45，標號M10,注漿壓力為 0.5MPa～0.8MPa，花管鉆孔 3個/m～4個/m，孔徑Φ6-8，然后在頂部采用加強筋連接，并澆注C30砼墩與支撐鋼管連接。

(5)土方開挖過程中加強對新建線路的檢查養(yǎng)護。

3 基坑支護工程施工監(jiān)測

3.1 監(jiān)測點布置及測試內(nèi)容

(1)地面沉降位移觀測：

①沿支護樁圈梁頂面每隔15m設一觀測點。

②沿鐵路線兩側每隔15m設一觀測點。

③對南側靠近基坑的住宅樓設四個沉降觀測點。

(2)深層水平位移量測：共布置8根左右測斜管，測斜管深度20m。

(3)樁身應力量測：選擇5根左右支護樁，采用鋼筋應力計量測。

3.2 監(jiān)測與測試的控制要求：

(1)支護樁：水平位移速度不超過3mm/d；位移總量小于5‰挖深。

(2)鐵路及建筑沉降速度不超過3mm/d；位移總量小于30mm，房屋差異沉降不超過1/1000。

(3)樁身應力及支撐軸力：達到設計值的80%。

經(jīng)過對支護結構圈梁水平位移測量結果整理分析，最大水平位移為23mm，樁身應力最大為設計值的76%。根據(jù)《建筑基坑支護規(guī)程》JGJ120-99，《上海市基坑工程設計規(guī)程》DBJ08-97，排樁支護頂部位移一級為30mm，觀測結果均在上述控制范圍內(nèi)，說明支護結構安全可靠，結構變形小，整體功能較好。

4 結束語

(1)南京雙橋門立交工程深基坑支護體系經(jīng)過施工的考驗，證明設計方案和施工都是成功的，具有形式簡單、受力明確、支護可靠，費用節(jié)省等優(yōu)點，適用于淤泥軟弱地基的深基坑施工。

(2)采用雙排支護樁并施加預應力對鐵路營業(yè)線進行支護在上海鐵路局范圍內(nèi)尚屬首次，不僅需要合理的設計，計算假定與模型準確，更需要精心施工，合理安排支護結構與箱涵的施工程序、預應力的施加、土方開挖順序及深層監(jiān)測技術對支護結構的成敗起重要作用。

南京雙橋門立交工程深基坑支護結構的施工實踐證明，鐵路營業(yè)線利用雙排支護樁并施加預應力；宇秦園小區(qū)6層住宅樓利用單排支護樁加錨桿及適當支撐來抵抗土體及附加荷載，控制土體位移，其技術可靠，經(jīng)濟合理，社會效益顯著。