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1 工程概況

黃浦江大橋位于上海松江區(qū)主城區(qū)的西南部呈南北走向的辰塔公路上，是辰塔公路（D30公路）跨越黃浦江（原名橫潦涇）的一個重要節(jié)點。

工程北起甘德路以南218 m，南至北十二勤河以北228 m，路線全長1 648 m。主橋橋型為雙塔雙索面混凝土梁斜拉橋，跨徑布置：49.55 m+75.45 m+296 m+ 75.45 m+49.55 m。索塔主墩基礎采用60根Φ1 800 mm鉆孔灌注樁，承臺長度58.2 m，寬度19.0 m，厚度5.5 m，頂標高+3.7 m，底標高－1.8 m。本工程江北承臺自然地坪標高為+4.420 m，江南承臺自然地坪標高為+3.480 m。

2 工程特點和難點

（a）江南主墩（P10墩）基坑開挖深度為5.5 m，江北主墩（P9墩）為6.5 m。根據(jù)本工程特點和周邊環(huán)境，主墩基坑安全等級為三級，環(huán)境保護等級為二級。

（b）索塔主墩基坑緊鄰黃浦江防汛墻，其中江南承臺距離防汛墻11 m左右，對基坑防水和基坑變形的控制要求較高。

（c）江南主墩承臺頂標高高于現(xiàn)狀地面標高，基坑支撐的設計難度較大。

3 基坑圍護設計

3.1 設計原則

（a）主墩承臺要求一次澆筑成形，基坑中間不設臨時支撐[1]。

（b）為簡化承臺模板安裝工作量，縮短施工工期，承臺澆筑不設模板，基坑平面較承臺邊線各放大10 cm，承臺混凝土與基坑圍護用油毛氈隔離。

（c）由于本基坑距離黃浦江防汛墻較近，基坑設計時必須采取有效措施控制滲水。

（d）基坑設計必須兼顧到防汛墻的沉降和變形，控制其垂直位移和水平位移在20 mm以內(nèi)。

3.2 基坑設計

（a）基坑內(nèi)邊尺寸為長度58.4 m，寬度19.2 m，單邊比承臺擴大10 cm。承臺不設模板，采用油毛氈隔離圍護體后直接澆筑混凝土。

（b）基坑圍護體采用Φ650 mm@450 mm三軸水泥土攪拌樁，內(nèi)插500 mm×300 mm的H 型鋼，采用插一跳一的形式（因南側P10墩離防汛墻較近，故臨江一側采用插二跳一的形式）。

（c）在臨江一側采用坑內(nèi)墩式加固的形式對坑內(nèi)土體進行加強，以加強保護防汛墻，防止防汛墻變形。加固體采取Φ700 mm雙軸攪拌樁，加固深度4.0 m，加固寬度4.2 m。

（d）本基坑僅在承臺以上設置1 道水平支撐，支撐結構采用鋼筋混凝土（C30混凝土）+鋼管支撐（Φ609 mm×16 mm）。由于承臺面與地面相平，設計對支撐進行了適當?shù)奶岣?，這樣承臺就可以一次性澆筑完成。

由于水平支撐高于地面，在圈梁上設置鋼筋混凝土牛腿以支撐牛腿荷載。牛腿后部布置Φ650 mm@450 mm三軸水泥土攪拌樁。

（e）為防止基坑滲水，在臨江一側設止水帷幕，采用Φ650 mm@450 mm三軸水泥土攪拌樁。詳見圖1、圖2。

圖1 基坑圍護設計平面

圖2 P10墩（臨江側）基坑圍護立面

3.3 基坑設計計算

基坑計算采用專業(yè)的大型巖土工程有限元分析軟件Plaxis按平面應變連續(xù)介質(zhì)有限元方法進行分析[2]。通過自動網(wǎng)格生成模擬土體、結構和界面單元的有限元網(wǎng)格模型（圖3），采用摩爾-庫侖模型、硬化模型和蠕變模型等土體本構模型模擬土體的不同特性。采用不同的迭代過程計算控制方法，模擬分步施工、單元死活和荷載激活。

圖3 有限元網(wǎng)格劃分

基坑圍護體系的計算采用規(guī)范推薦的豎向彈性地基梁法，土的c、φ值計算采用勘察報告提供的固結快剪峰值，圍護體變形、內(nèi)力計算和各項穩(wěn)定驗算均采用水土分算原則（表1）。

表1 基坑設計參數(shù)

3.3.1 計算工況和設計荷載

（a）計算工況

STEP1：場地整平，在施工完硬地坪后進行圍護樁的施工。

STEP2：澆筑混凝土圈梁及擋土墻，并施工鋼支撐。

STEP3：水平支撐形成，基坑內(nèi)土方向下分塊、分層開挖至基底，鋪設混凝土墊層。

STEP4：待承臺達到設計強度后，進行回填，最后拆除支撐，施工上部橋墩結構。

（b）地下水位埋深：0.50 m。

（c）地面超載：20.0 kPa。

3.3.2 計算結果

挖至基底時，江北基坑（圍護樁）最大位移為34 mm，出現(xiàn)在基坑底附近；河堤豎直位移沉降，水平位移向坑內(nèi)方向，其最大水平位移在7.2 mm，最大沉降在6.3 mm。

4 基坑施工

4.1 基坑圍護施工

（a）三軸水泥土攪拌樁施工時相鄰搭接一孔，采用一噴一攪的施工工藝。三軸攪拌樁按跳槽式連接順序施工，轉角處按單排咬合式連接施工，以保證墻體的連續(xù)性和接頭的施工質(zhì)量。

（b）水泥漿配合比采用P42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為20%，（即每立方米被攪拌土體中水泥摻入量不應小于360 kg），并摻入10 kg/m3膨潤土，水灰比1.5。攪拌樁28 d無側限抗壓強度標準值不宜小于0.8 MPa。

（c）嚴格控制注漿量和提升速度，防止出現(xiàn)夾心層或斷漿情況。樁機預攪下沉應根據(jù)原土情況，保證充分破壞原狀土的結構，使之利于同水泥漿均勻拌和，故鉆頭預攪下沉（提升）速度控制在0.5 m/min，鉆頭每轉1 圈的提升（或下沉）量控制在10～15 mm。

（d）型鋼的插入宜在攪拌樁施工結束后30 min內(nèi)進行，插入前必須檢查其直線度、接頭焊縫質(zhì)量并確保滿足設計要求。

（e）澆筑圈梁前，在H型鋼外露部分固定泡沫塑料以隔離混凝土，高出圈梁頂50 cm，用U形粗鐵絲卡固定。

（f）支撐采用Φ609 mm×16 mm鋼管支撐，中心標高為+4.300 m。鋼管支撐連接采用螺絲對接。鋼管主撐施加350 kN預應力，采用 1 臺1 000 kN液壓千斤頂施頂（圖4）。

圖4 支撐及牛腿

表2 辰塔大橋基坑報警指標

4.2 基坑開挖和墊層澆筑

（a）為控制基坑變形，基坑土方開挖采取上下分層、縱向分塊、左右對稱的順序進行。上下分2 層開挖，分層厚度3 m左右；挖機布置于基坑長邊側，沿水平撐方向進行分塊開挖。

（b）機械挖土至樁邊30 cm時，采用人工將靠近圍護體的土體清理出來；嚴禁讓挖土機械任意碰撞鋼板樁，以保證圍護的穩(wěn)定性。挖土時不得超挖，坑底必須留厚200～300 mm基土用人工鏟除修平。

（c）基坑開挖完成，對基底整平處理后，在24 h內(nèi)鋪筑碎石墊層，并澆筑混凝土墊層。

（d）為加快基坑開挖速度，減少基坑暴露時間，本次開挖采用2 臺長臂挖機進行，基坑開挖時間控制在7 d以內(nèi)。

5 基坑監(jiān)測

為確保主橋墩穩(wěn)定安全性及臨近防汛墻的安全穩(wěn)定，控制施工對周圍環(huán)境的影響并提供判斷數(shù)據(jù)，需對基坑進行監(jiān)測。

5.1 監(jiān)測內(nèi)容

臨江側防汛墻垂直位移、水平位移監(jiān)測；圍護頂部垂直位移、水平位移監(jiān)測；圍護結構側向位移監(jiān)測；坑外土體側向位移監(jiān)測；坑外潛水水位觀測；支撐軸力監(jiān)測。

5.2 基坑報警指標

監(jiān)測報警指標一般以總變化量和變化速率2 個量控制，累計變化量的報警指標一般不宜超過設計限值。根據(jù)設計要求和環(huán)境特點，本工程報警指標見表2。

5.3 監(jiān)測結果

基坑監(jiān)測工作從2013年4月圍護施工開始，到2013年9月主橋墩施工完成，監(jiān)測數(shù)據(jù)基本趨于收斂為止，圍護結構經(jīng)受了基坑開挖、承臺施工等工況的考驗，表明圍護結構工程的設計、施工、監(jiān)測方案是相當成功的。

防汛墻最大累計垂直位移為－6.2 mm；圍護頂部在垂直方向最大位移為－8.5 mm，在水平方向最大位移為+9.0 mm；圍護結構側向位移最大為18.2 mm（圖5）。

在整個基坑施工過程中，圍護結構總體變形不大，圍護結構的變形無突變現(xiàn)象發(fā)生，表明地下圍護結構始終處于安全可控的范圍，基坑運行正常。

圖5 圍護結構側向位移變化曲線

6 結語

本工程主橋墩基坑圍護設計和施工，通過選擇合適的基坑圍護方案并在坑內(nèi)進行土體加固，確?；幼冃魏头姥磯μ幱诳煽胤秶鷥?nèi)；通過在臨江側設置止水帷幕保證了坑內(nèi)止水效果；通過水平支撐節(jié)點構造設計解決了支撐高于地面的現(xiàn)實問題；通過合理的施工順序安排和有效的施工監(jiān)測保證了施工工期及基坑變形控制。從實際效果來看，以上措施是可行的，它確保了辰塔大橋主橋墩基坑的施工質(zhì)量和安全，在類似工程中值得借鑒。