張麗君 劉翰林 李家穩(wěn) 董培鑫

(北方工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，北京 100144)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)道路交通提出了較高的要求，要求其具有較高的行駛速度和較高的安全性，尤其是鐵路大提速之后，強(qiáng)烈要求采用封閉式的行駛環(huán)境，于是也促進(jìn)了鐵路道口平交改為立交的進(jìn)程［1］。在平改立工程及新建地道橋施工工藝中，頂進(jìn)法施工的應(yīng)用最為廣泛，其最大優(yōu)點(diǎn)是盡量減少對(duì)既有線路行車的干擾，且具有施工進(jìn)度快和拆裝方便的特點(diǎn)。頂進(jìn)法施工其前期的主要工作均在工作坑中準(zhǔn)備和完成。有的工作坑需開(kāi)挖至地面以下6 m，甚至更深，因此工作坑的安全支護(hù)是保障施工安全及順利進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。

1 工程概況

該橋位于某鐵路線K23+277.8處，橋址處既有鐵路為雙線，上下行鐵路線間距4.0 m。既有鐵路為電氣化鐵路，直線，上下行鋼軌P60，新Ⅱ型鋼筋混凝土枕。鐵路兩側(cè)路肩下敷設(shè)有地下光纜。

框架橋結(jié)構(gòu)采用單孔框架結(jié)構(gòu)，凈跨為1-12 m，框架橋中心線與鐵路中心線的交角為63°。

框架橋結(jié)構(gòu)總高度為7.35 m，結(jié)構(gòu)凈高為5.5 m，頂板厚0.85 m，底板厚1.0 m，邊墻厚0.85 m，框架橋主體斜長(zhǎng)度為14.59 m?？蚣軜蚬ぷ骺悠骄_(kāi)挖深度約5.6 m。

框架橋截面形式如圖1所示。

圖1 框架橋橫斷面圖

2 周邊環(huán)境與工程地質(zhì)

擬建場(chǎng)地地貌屬于平原類型，淺層約15 m深度范圍內(nèi)含大量素填土淤泥質(zhì)土，地下水位較高，對(duì)基坑止水要求較高?；由婕皥?chǎng)地范圍內(nèi)，由于建筑物較多，不具備放坡條件，且淤泥質(zhì)粘土等軟土在開(kāi)挖時(shí)易產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象，應(yīng)力釋放后產(chǎn)生較大的側(cè)向壓力和變形，都給圍護(hù)結(jié)構(gòu)提出了較高的要求。場(chǎng)地土層主要參數(shù)見(jiàn)表1。

3 工作坑支護(hù)設(shè)計(jì)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅關(guān)系到工作坑周邊建筑物、構(gòu)筑物的安全，而且直接影響到土方開(kāi)挖以及后期框架橋主體的澆筑及頂進(jìn)準(zhǔn)備工作的完成，工作坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是個(gè)系統(tǒng)的工程，不僅要保證基坑開(kāi)挖過(guò)程的安全性，同時(shí)也要盡可能的節(jié)約造價(jià)和縮短施工工期。工作坑的失穩(wěn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全將造成巨大的威脅，也可能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，但過(guò)于安全又符合市場(chǎng)的要求，最后考慮在安全、合理、經(jīng)濟(jì)的原則下，針對(duì)工作坑開(kāi)挖深度、場(chǎng)地內(nèi)的土層地質(zhì)及周邊環(huán)境等實(shí)際情況，對(duì)此工程的工作坑的支護(hù)形式對(duì)比見(jiàn)表2。

表1 土層主要物理力學(xué)性能指標(biāo)表

表2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型對(duì)比

3.1 本工程工法樁布置

基坑南、北兩側(cè)環(huán)境保護(hù)要求較高，且距房屋較近，采用φ700@500雙軸水泥土攪拌樁內(nèi)插H500×200×10×16型鋼(見(jiàn)圖2)，工法樁平面布置圖如圖3所示，靠近鐵路一側(cè)考慮有放坡條件，且采用放坡便于后期的頂進(jìn)施工，故采用φ700@500攪拌樁做止水帷幕并放1∶1.5坡。工作坑后背采用后背梁、止水樁與φ1.25 m挖孔樁協(xié)同支護(hù)的形式。

3.2 工法樁設(shè)計(jì)計(jì)算

1)工作坑開(kāi)挖后，位移，彎矩圖如圖4所示。

由圖4我們可以看到工作坑開(kāi)挖后樁頂位移在10 mm左右，從理論上，采用工法樁加錨的支護(hù)形式對(duì)水平位移控制的很好，對(duì)周邊建筑物的影響幾乎可以忽略。

圖2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

圖3 工法樁平面布置圖

圖4 土壓力、位移、彎矩圖

工作坑開(kāi)挖產(chǎn)生的最大彎矩為269.4 kN·m，Q235型鋼的抗彎設(shè)計(jì)值為215 N/mm2。

2)驗(yàn)算土坡穩(wěn)定安全系數(shù)。

由瑞典條分法，土條寬度取1.0 m，計(jì)算得整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.36＞1.3，整體穩(wěn)定。

3)抗傾覆驗(yàn)算。

其中，Mp為被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩，對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定，對(duì)于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值;MG為構(gòu)件自重對(duì)構(gòu)件前趾的抗傾覆彎矩;Ma為主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩。

由同濟(jì)啟明星7.1計(jì)算得:

4)工作坑基坑周邊地表沉降控制。

由于工作坑周圍建筑物較多，工作坑的開(kāi)挖支護(hù)要限制地表位移的變化，以免對(duì)周圍建筑物造成危害。經(jīng)檢測(cè)與軟件分析得，本工程采用工法樁支護(hù)加可回收錨，地表位移沉降在20 mm以內(nèi)，很好的控制了地表位移，從而對(duì)周邊建筑物影響較小，其地表位移圖如圖5所示。

圖5 工作坑周邊地表位移圖（最大11.2 mm）

5)型鋼與水泥土間錯(cuò)動(dòng)抗剪驗(yàn)算。

型鋼水泥土攪拌樁，又稱SWM工法樁，是攪拌樁與工字鋼協(xié)調(diào)作用的一種樁體，型鋼承受全部水土側(cè)向壓力及彎矩，攪拌樁作止水用。對(duì)于此工程我們驗(yàn)算型鋼的抗彎，還需驗(yàn)算型鋼與水泥土間錯(cuò)動(dòng)抗剪承載力。型鋼與水泥土間錯(cuò)動(dòng)抗剪承載力應(yīng)按下列公式進(jìn)行計(jì)算:

通過(guò)理論及啟明星軟件計(jì)算單排水泥土攪拌樁與雙排水泥土攪拌樁抗剪承載力對(duì)比，如圖6，圖7所示。

圖6 單排攪拌樁錯(cuò)動(dòng)抗剪

圖7 雙排攪拌樁錯(cuò)動(dòng)抗剪

通過(guò)驗(yàn)算，單排錯(cuò)動(dòng)抗剪不滿足抗剪承載力要求，故針對(duì)此工程采用雙排水泥土攪拌樁。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)此工程，對(duì)頂進(jìn)框架橋工作坑采用工法樁加可回收錨的支護(hù)形式。此種支護(hù)形式在建筑基坑支護(hù)中應(yīng)用比較廣泛，在框架橋工作坑的支護(hù)中卻很少使用，原因有兩點(diǎn):

1)一般工作坑施工場(chǎng)地開(kāi)闊適合放坡;

2)框架橋施工工期較短工作坑支護(hù)不需要像建筑基坑那樣強(qiáng)的支護(hù)體系。但對(duì)于此工程周圍環(huán)境的限制，對(duì)此工作坑的開(kāi)挖支護(hù)提出了更高的要求，不得已采用引入建筑基坑支護(hù)形式，但這次嘗試的成功也給以后的類似工程提供了一定的參考價(jià)值。由于施工場(chǎng)地淤泥質(zhì)土層較厚，水位較高，設(shè)計(jì)施工時(shí)還需結(jié)合降水和坑底加固等措施使用，此類工藝成熟且應(yīng)用廣泛，在此不作贅述。

［1］ 馮衛(wèi)星，王克麗.地道橋設(shè)計(jì)與施工［M］.石家莊:河北科技出版社，2000.

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

［3］ JGJ/T 199-2010，型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程［S］.