談小武

隨著我國高速鐵路網(wǎng)的發(fā)展,涉及跨鐵路營業(yè)線施工越來越多,受連續(xù)梁跨徑及線路走向的限制,新建線路橋梁的承臺(tái)邊緣往往距既有線路坡腳距離都很近,對(duì)承臺(tái)施工帶來了很大的難度。津秦鐵路客運(yùn)專線三標(biāo)段北營陡河1號(hào)特大橋37號(hào)墩就是其中比較特殊的一個(gè),該墩位于銀聯(lián)線及津山上、下行線之間,大型設(shè)備進(jìn)出及移動(dòng)不便,施工時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)較大。為理想的解決上述問題,在該墩承臺(tái)施工時(shí)采用了挖孔樁冠梁結(jié)構(gòu)防護(hù)體系對(duì)承臺(tái)基坑進(jìn)行防護(hù),并取得了良好的效果。

1 工程概況

津秦鐵路客運(yùn)專線三標(biāo)段北營陡河1號(hào)特大橋(DK141+986.83～DK149+779.94)全長 7.793 km,本橋于 DK143+026.10～DK143+280.53處采用 60 m+100 m+60 m后張法預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式跨越既有津山鐵路唐山站東咽喉,本連續(xù)梁位于陡河1號(hào)橋35號(hào)～38號(hào)墩,線路與既有津山鐵路線交角149°05′00″。37號(hào)墩基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ),樁基20根。承臺(tái)為18.6 m×14.6 m×3.5 m+11.2 m×11.2 m×3.5 m組合承臺(tái),位于東咽喉兩銀聯(lián)線和津山上、下行線之間?；娱_挖深度8.018 m,最大開挖尺寸為 19.6 m×15.6 m,地下水位較深,開挖范圍內(nèi)均為干處挖方。

2 方案比選

由于該墩位于銀聯(lián)線和津山上、下行線之間,若采用鋼板樁或鉆孔樁對(duì)基坑進(jìn)行防護(hù)時(shí)需采用打樁機(jī)、旋挖鉆、吊車等大型設(shè)備進(jìn)行施工。受接觸網(wǎng)凈空影響大型設(shè)備進(jìn)出場前必須與電務(wù)段協(xié)調(diào)并辦理相應(yīng)手續(xù)對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行停電,且每周只有周二才有停電時(shí)間?？紤]大型設(shè)備進(jìn)出場的不便,以及施工時(shí)存在風(fēng)險(xiǎn)較大,上述兩種方案的進(jìn)度及安全難以保證。經(jīng)認(rèn)真研究并對(duì)幾種方案比選,綜合考慮工期、安全、經(jīng)濟(jì)及技術(shù)可行性,確定了承臺(tái)基坑開挖采用人工挖孔樁加冠梁的防護(hù)體系,鐵路行車安全采用施工現(xiàn)場及臨時(shí)道口全封閉防護(hù)的一體化防護(hù)方案。

3 防護(hù)方案的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

37號(hào)墩基坑開挖尺寸為19.6 m×15.6 m,四周采用49根人工挖孔樁加冠梁防護(hù),防護(hù)樁樁徑1.0 m,樁間凈距0.5 m,樁長15 m,嵌固深度6.982 m,樁頂設(shè)1.0 m×1.0 m的冠梁,防護(hù)樁及冠梁均采用C25混凝土。

3.1 挖孔樁設(shè)計(jì)參數(shù)

土體參數(shù):粉土—粉砂—細(xì)砂—中砂,采用加權(quán)平均后,土體的粘聚力c=19 kPa,內(nèi)摩擦角為30°,容重 γ=19 kN/m3。

荷載條件:基坑邊緣切入路基坡腳1.6 m,津山線路基基底寬18 m,路基的容重為20 kN/m3,為安全起見,路基填高按1.5 m計(jì),則路基填高荷載為30.0 kPa,作用寬度為18 m;列車(單線)動(dòng)荷載換均布荷載60.1 kPa,作用寬度為3.0 m,距基坑邊緣3.775 m。

3.2 嵌固深度驗(yàn)算

參考JGJ 120-99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(以下簡稱《規(guī)范》)中排樁及地下連續(xù)墻嵌固深度的驗(yàn)算方法。

嵌固深度驗(yàn)算式:hp∑EPJ-1.2γ0ha∑Eai≥0。

取嵌固深度hd=6.982 m;

hp∑EPJ-1.2γ0ha∑Eai=375.9 kN/m＞0,嵌固深度取6.982 m,滿足規(guī)范要求。

3.3 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算及基坑隆起量驗(yàn)算

3.3.1 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

整體穩(wěn)定性驗(yàn)算簡圖見圖1。

計(jì)算方法:瑞典條分法;應(yīng)力狀態(tài):有效應(yīng)力法;條分法中的土條寬度:0.40 m;滑裂面數(shù)據(jù):整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.308;圓弧半徑 R=9.925 m;圓心坐標(biāo)X=-2.192 m,Y=2.415 m。

3.3.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

抗傾覆安全系數(shù):

Ks=2.032≥1.200,滿足規(guī)范要求。

3.3.3 抗隆起驗(yàn)算

1)采用 Prandtl(普朗德爾)公式驗(yàn)算(Ks≥1.1～1.2),注:安全系數(shù)取自YB 9258-97建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范(冶金部):

2)采用Terzaghi(太沙基)公式(Ks≥1.15～1.25),注:安全系數(shù)取自YB 9258-97建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范(冶金部):

3.3.4 隆起量的計(jì)算

按以下公式計(jì)算的隆起量,如果為負(fù)值,按0處理。

3.4 冠梁及防護(hù)樁配筋驗(yàn)算

3.4.1 冠梁配筋驗(yàn)算

由于防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)未考慮冠梁受力,所以冠梁采用構(gòu)造配筋即可。

3.4.2 防護(hù)樁樁身配筋驗(yàn)算

1)樁身內(nèi)力分析。

分別采用彈性法土壓力模型和經(jīng)典法土壓力模型對(duì)樁身內(nèi)力及位移進(jìn)行分析,內(nèi)力、位移情況如圖2所示。樁身最大彎矩和剪力分別為820.15 kN?m和275 kN。

2)樁身配筋設(shè)計(jì)。

樁體采用C25混凝土,主筋采用非對(duì)稱布筋,靠基坑外側(cè)采用16根φ 20HRB335型鋼筋,靠基坑內(nèi)側(cè)布置6根φ 20HRB335型構(gòu)造筋,主筋長度均為15.8 m,伸出80 cm與冠梁錨固。

螺旋箍筋采用φ 10HPB235圓鋼,間距為 20 cm;加強(qiáng)筋采用φ 20HRB335螺紋鋼,間距為2 m。

3)樁身受力驗(yàn)算。

根據(jù)GB 50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中,圓截面受彎的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算。

彎矩驗(yàn)算:

剪力驗(yàn)算:

4 過程監(jiān)測及防護(hù)效果

1)施工檢測。為確保挖孔樁冠梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和銀聯(lián)線及津山上行線的行車安全,在冠梁頂每5 m處設(shè)置一觀測點(diǎn),從基坑開挖至基坑回填前定期對(duì)冠梁頂各點(diǎn)位移及既有線路基沉降進(jìn)行觀測。2)防護(hù)效果。采用人工挖孔樁加冠梁防護(hù)體系后成效顯著,施工進(jìn)展順利,防護(hù)結(jié)構(gòu)施工只用了15 d便完成,施工中未出現(xiàn)任何威脅列車行車安全的事故,既有線路基亦未發(fā)生異常沉降,因而本工程采用的人工挖孔樁加冠梁防護(hù)體系是行之有效的。

5 結(jié)語

人工挖孔樁冠梁結(jié)構(gòu)防護(hù)體系從設(shè)計(jì)到施工都很成功,用于深基坑施工較為安全可靠,兼具結(jié)構(gòu)剛度大、樁頂位移小、干擾小、工作面多、操作簡便、利于施工等特點(diǎn)。對(duì)于場地狹小、基坑周邊建筑物沉降控制要求嚴(yán)格,大型設(shè)備施工不便,特別是靠近鐵路和公路兩側(cè)的施工,優(yōu)先考慮人工挖孔樁加冠梁的設(shè)計(jì)方案。

[1] JGJ 120-99,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] YB 9258-97,建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] TB 10002.5-2005,鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 吳國表.某深基坑開挖設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2008,34(7):149-150.