汪舟，唐文元，尹萬杰，管文中

1.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司廈門分院，福建廈門，361006； 2.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司福建分院，福建福州，350001； 3.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢，430014

0 引言

立交橋是城市發(fā)展建設(shè)中的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)設(shè)施，其與交通、空間布局及利用、環(huán)境等均有一定的聯(lián)系。因此對(duì)城市立交橋的設(shè)計(jì)以及施工質(zhì)量提出更高的要求，而在實(shí)際施工過程中，立交橋橋墩作為主要的受力部位，直接關(guān)系到橋體的穩(wěn)定性和使用性能。為此針對(duì)具體工程開展規(guī)劃和安排時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重對(duì)橋墩的保護(hù)，通過制定科學(xué)合理的保護(hù)方案，以此提高工程建設(shè)效果，切實(shí)發(fā)揮城市基礎(chǔ)設(shè)施的功能和作用。并有利于加快工程施工效率，降低風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生率[1-3]。

1 工程概況

1.1 立交橋概況

疏港路-湖濱北路口立交工程位于廈門本島西部，包括南北方向的主線橋，北東方向的A匝道橋、東南方向的B匝道橋、連接A、B匝道橋與湖濱北路的C匝道橋。A匝道橋長410.554m，寬度8m；B匝道橋長239.0m，寬度8m；見圖1。工程在2006年施工完成并一直使用至今。在使用過程中，現(xiàn)狀橋墩PA10~PA12、PB6~PB8也均位于海域中，承臺(tái)頂高程為0.0m~1.0m。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：道路等級(jí)、城市主干道匝道；設(shè)計(jì)車速：30km/h；設(shè)計(jì)荷載：城-A級(jí)；匝道寬度：8m；安全等級(jí)：二級(jí)。

1.2 筼筜湖第二排澇泵站及西堤閘工程

（1）工程概況。項(xiàng)目建設(shè)用地位于筼筜湖西堤北端、現(xiàn)有西堤閘閘址的外側(cè)，西側(cè)為廈門西海域，東側(cè)為筼筜湖?？傆玫孛娣e11341.00m2（水域9393.728m2，陸地1947.068m2），見圖2。

（2）工程施工與橋墩的影響關(guān)系。本工程采用圍堰施工，對(duì)橋墩所在水域干作業(yè)，跟本工程相關(guān)的為位于筼筜湖水域的A、B匝道橋。工程平面見圖3，A、B匝道橋開挖立面見圖4及圖5。

2 橋墩保護(hù)方案

2.1 橋墩與基坑關(guān)系

現(xiàn)狀橋梁的PA10~PA12、PB6~PB8橋墩位于開挖的基坑內(nèi)，全部為端承樁，樁長大于等于15米，樁基持力層為中風(fēng)化凝灰?guī)r。本工程建成后，PA10、PA11、PB6、PB7位于泵站出水區(qū)域，PA12、PB8位于泵站納潮閘進(jìn)口端。PA5樁長39m，為摩擦樁，持力層為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，橋墩位于新建的護(hù)岸擋墻支護(hù)后面。PA6~PA9、PB5位于現(xiàn)狀海灣公園堤岸內(nèi)，位于泵站施工基坑外側(cè)。其中PA6~PA8為摩擦樁，持力層為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。PA9、PB5為端承樁，持力層為中風(fēng)化凝灰?guī)r。見表1。

由表1知，①PA5號(hào)墩距基坑邊距離小且支護(hù)高度高，須進(jìn)行單獨(dú)分析；②PA12、PB8號(hào)墩圍護(hù)樁外取土1.4m、PB7樁基周邊均勻取土0.4m，對(duì)橋墩影響可忽略；③PA10號(hào)墩支護(hù)結(jié)構(gòu)及地質(zhì)條件與橋墩差別較大，須進(jìn)行單獨(dú)分析；④PB6、PA11號(hào)墩圍護(hù)結(jié)構(gòu)相同，橋墩與基坑變距相同，地質(zhì)條件相近，取其中開挖深度最深，條件最不利的PB6號(hào)墩進(jìn)行分析計(jì)算；⑤PA9、PA8、PB5號(hào)墩支護(hù)結(jié)構(gòu)相同，地質(zhì)條件相近，取其中基坑深度最深、橋墩離基坑邊距離最小的PA9號(hào)墩進(jìn)行分析計(jì)算。⑥PA6、PA7號(hào)橋墩支護(hù)結(jié)構(gòu)相同，地質(zhì)條件相近，取其中基坑深度最深、橋墩離基坑邊距離最小的PA6號(hào)墩進(jìn)行分析計(jì)算。故本次評(píng)估須進(jìn)行詳細(xì)分析計(jì)算的橋墩為PA5、PA6、PA9、PA10、PB6號(hào)墩。

表1 立交橋橋墩樁基與基坑位置關(guān)系表

2.2 基坑開挖對(duì)鄰近樁基的影響分析

（1）基坑開挖深度的影響分析?；拥拈_挖相當(dāng)于卸除荷載，很顯然，基坑開挖的深度所卸除的荷載對(duì)周圍土體的影響不同。根據(jù)相關(guān)研究表明，在既有構(gòu)造物周圍進(jìn)行的開挖深度較小時(shí)（一般是3米以內(nèi)），基坑的開挖對(duì)鄰近樁基的安全一般不會(huì)構(gòu)成威脅。隨開挖深度的增加，鄰近樁產(chǎn)生的水平位移和彎矩都會(huì)增加。當(dāng)樁底的約束較小時(shí)，最大位移總是出現(xiàn)在樁頭處。當(dāng)鄰近樁的布置形式為雙排樁時(shí)，前后排樁的位移差距不大，但前排樁的彎矩明顯大于后排樁。最大彎矩基本上與開挖面在同一水平面上。

（2）基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響分析。當(dāng)基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為支護(hù)樁時(shí)，支護(hù)樁的剛度越大，鄰近樁的彎矩和位移越小。但當(dāng)支護(hù)樁剛度很小時(shí)，鄰近樁的位移很大，變化幅度很大。當(dāng)基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為圍護(hù)面墻時(shí)，對(duì)于受土體位移作用的被動(dòng)樁來說，圍護(hù)面墻能夠大量減少土體的側(cè)向位移，從而減小樁基礎(chǔ)因土體水平位移而產(chǎn)生的位移和彎矩。

（3）鄰近樁基距基坑開挖面距離的影響分析。很明顯，鄰近樁樁身位移和彎矩隨著距開挖面距離的增大而減小，位移和彎矩都迅速減小。若其距離大于基坑開挖影響土體范圍外時(shí)，則鄰近樁基不受影響。

（4）鄰近樁樁長的影響分析。鄰近樁長的大小對(duì)樁本身的位移和彎矩有很大影響。當(dāng)樁長小于基坑深度時(shí)，最大彎矩出現(xiàn)在樁的中間處，樁的水平位移隨樁的增長而減小[4]。當(dāng)樁長大于基坑深度時(shí)，樁的水平位移隨樁的增長會(huì)出現(xiàn)先增大后減小的特征，而最大彎矩出現(xiàn)的位置與基坑深度基本保持一致。

2.3 橋墩保護(hù)方案

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)狀匝道橋有影響的樁基為PA5~PA12、PB5~PB8橋墩，其中PA10~PA12、PB6~PB8均為端承樁，樁長為15~25米，樁基持力層為中風(fēng)化花崗巖層；PA5為摩擦樁，樁長39米，樁底持力層為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。針對(duì)上述樁基，分別采用不同的保護(hù)方案：

（1）PA12、PB8位于工程護(hù)岸結(jié)構(gòu)內(nèi)，不位于水流作用區(qū)，樁基所在區(qū)域土體不擾動(dòng)，結(jié)合護(hù)岸的實(shí)施，在樁體外側(cè)實(shí)施鉆孔灌注樁，樁徑0.8m，樁長12m，樁底位于強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。支護(hù)樁外側(cè)取土深度最大1.4m。見圖6。

（2）PA10、PB6位于工程出水口的護(hù)岸結(jié)構(gòu)內(nèi)，為保證樁基不受水利沖刷，沿水流方向?qū)嵤┳o(hù)岸結(jié)構(gòu)（采用鉆孔灌注樁），將樁基和承臺(tái)包在結(jié)構(gòu)體內(nèi)，避免對(duì)樁基區(qū)域土體造成擾動(dòng)。由于PA10基坑較深，樁頂位移較大，設(shè)計(jì)考慮將承臺(tái)四周均打灌注樁，并在后面打高壓旋噴樁加固土體。樁徑0.8m，樁長15m，樁底位于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層。PA10號(hào)墩外側(cè)最大取土深度為4.0m，PB6號(hào)墩靠近PA10號(hào)墩處最大取土深度4.0m，其北側(cè)取土深度1.8m。見圖7。

（3）PA11兩側(cè)均為工程出水口，為保證樁基不受水利沖刷，沿兩側(cè)水流方向?qū)嵤┳o(hù)岸結(jié)構(gòu)（采用鉆孔灌注樁），將樁基和承臺(tái)包在結(jié)構(gòu)體內(nèi)，避免對(duì)樁基區(qū)域土體造成擾動(dòng)。樁徑0.8m，樁長12m，樁底位于強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。橋墩南側(cè)及東側(cè)最大取土深度2.6m，北側(cè)及西側(cè)最大取土深度0.4m。見圖8。

（4）PB7現(xiàn)狀就位于水域，使用環(huán)境在工程實(shí)施前后基本無變化，出水口水流經(jīng)過閘口區(qū)域后，水流平緩。查閱了橋墩原設(shè)計(jì)的使用條件、同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場情況看，使用條件無變化、水流條件基本無變化，此橋墩本次設(shè)計(jì)暫不考慮保護(hù)。

（5）PA5橋墩為A匝道橋第二聯(lián)（33+41+33）m鋼箱梁設(shè)置固定支座的中墩，根據(jù)竣工圖及相關(guān)變更資料顯示，該橋墩在設(shè)計(jì)及施工時(shí)均有考慮西堤石拱涵改造的影響，樁基長度及樁基鋼筋均有進(jìn)行加強(qiáng)及加長。本次橋墩保護(hù)方案的思路為采用雙排鉆孔灌注樁進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)采用旋噴樁對(duì)橋墩周圍的素填土及雜填土層進(jìn)行土體固化，以最大程度地降低西堤石拱涵拆除時(shí)引起的橋墩周圍土壓力不平衡影響[5]。PA5橋墩現(xiàn)狀位于地面、臨近水面，現(xiàn)需在其附近處修建護(hù)岸和跨越水面的交通橋。在實(shí)施交通橋梁的橋臺(tái)時(shí)，需在現(xiàn)狀地面挖約2m基坑（挖除為雜填土）來實(shí)施橋臺(tái)蓋梁，此處橋墩為摩擦樁，經(jīng)核算開挖后橋墩承載力仍滿足要求，但需避免對(duì)樁周土體造成擾動(dòng)，本次對(duì)樁體周邊結(jié)合護(hù)岸采用雙排鉆孔灌注樁防護(hù)，同時(shí)采用旋噴樁對(duì)橋墩范圍內(nèi)土層進(jìn)行加固。見圖9。

2.4 基坑穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)狀匝道橋有影響的樁基為PA5~PA12、PB5~PB8橋墩。其中PA5號(hào)墩距基坑邊距離小且支護(hù)高度高，須進(jìn)行單獨(dú)分析；PA12、PB8號(hào)墩圍護(hù)樁外取土1.4m、PB7樁基周邊均勻取土0.4m，對(duì)橋墩影響可忽略；PA10號(hào)墩支護(hù)結(jié)構(gòu)及地質(zhì)條件與橋墩差別較大，須進(jìn)行單獨(dú)分析；PB6、PA11號(hào)墩圍護(hù)結(jié)構(gòu)相同，橋墩與基坑變距相同，地質(zhì)條件相近，取其中開挖深度最深、條件最不利的PB6號(hào)墩進(jìn)行分析計(jì)算；PA9、PA8、PB5號(hào)墩支護(hù)結(jié)構(gòu)相同，地質(zhì)條件相近，取其中基坑深度最深、橋墩離基坑邊距離最小的PA9號(hào)墩進(jìn)行分析計(jì)算；PA6、PA7號(hào)橋墩支護(hù)結(jié)構(gòu)相同，地質(zhì)條件相近，取其中基坑深度最深、橋墩離基坑邊距離最小的PA6號(hào)墩進(jìn)行分析計(jì)算。

故本次分析計(jì)算的橋墩為PA5、PA6、PA9、PA10、PB6號(hào)墩。由于項(xiàng)目內(nèi)橋墩周邊實(shí)際取土深度不大，本次評(píng)估采用理正深基坑7.0PB4軟件結(jié)合相關(guān)計(jì)算分析，對(duì)PA5、PA6、PA9、PA10、PB6號(hào)墩處支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論計(jì)算分析。

3 橋墩保護(hù)計(jì)算分析方案

3.1 PA5號(hào)墩防護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

（1）樁基承載力計(jì)算。根據(jù)立交橋設(shè)計(jì)單位提供的上部計(jì)算結(jié)果，PA5在上部荷載作用下，樁頂?shù)呢Q向力為Pmax=5314kN。

表2 立交橋樁基承載力計(jì)算表

接表2

根據(jù)橋位附近的鉆孔，對(duì)PA5樁基的承載力進(jìn)行核算。樁基長度按39m考慮，地質(zhì)堪孔中，上部的雜填土和素填土共13.4m厚度不考慮對(duì)樁基提供承載力，僅下部5.2m全風(fēng)化土層、8.3m強(qiáng)風(fēng)化土層、12.1m強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r對(duì)樁基提供承載力。計(jì)算模式為摩擦樁，樁頂豎向力為5314kN，2.0m樁基，公式為：

[Ra]=1/2*3.14*2.0*(5.2*70+8.3*90+12.1*120)+1/4*3.14*4.0*qr

其中：qr=0.7*0.7*(800+5*18*(29-3))= 1666kPa。因此：[Ra]=8052+4833=12885kN。樁基受力：P=5314+786（樁基上部10m自重）+1139（樁基下部自重）=7239kN[Ra]＞P，樁基承載力滿足要求。

（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算，見圖10。

計(jì)算結(jié)構(gòu)如下，見圖11、圖12、圖13。

（3）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。雙排對(duì)前趾的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算（抗傾覆安全系數(shù)，一級(jí)結(jié)構(gòu)，不小于1.25），抗傾覆穩(wěn)定性系系數(shù)計(jì)算為KQ=3.956＞=1.25，滿足規(guī)范要求。

（4）整體穩(wěn)定驗(yàn)算，見圖14。整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=5.213＞1.35，滿足規(guī)范要求。

（5）抗隆起驗(yàn)算，見圖15。支護(hù)底部，驗(yàn)算抗隆起如下。Ks=15.080≥1.800，抗隆起穩(wěn)定性滿足。Ks=(20.629×20.200×18.401+38.000×30.1 4)/(20.109×(5.600+20.200)+65.626)=15.080。

3.2 PA6、PA9、PA10、PB5號(hào)墩防護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

根據(jù)PA5同樣的計(jì)算方式，對(duì)PA6、PA9、PA10、PB5號(hào)墩防護(hù)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果見表3。

表3 PA6、PA9、PA10、PB5號(hào)墩驗(yàn)算結(jié)果

3.3 橋墩保護(hù)計(jì)算分析總結(jié)

由計(jì)算結(jié)果知，橋墩圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算、整體穩(wěn)定驗(yàn)算、抗隆起驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)成功工程案例，及立交橋原設(shè)計(jì)單位提供數(shù)據(jù)，橋墩及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析如下：

（1）PA5號(hào)墩樁基為摩擦樁，樁徑1-φ2.0m，樁長39m，采用三排樁支護(hù)，樁中心距基坑邊最垂距2.9m，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大懸臂高度8.6m，基坑底實(shí)際取土僅0.6m，支護(hù)結(jié)構(gòu)主要承受原PA5號(hào)墩南側(cè)拱涵拆除后的臺(tái)后土壓力。設(shè)計(jì)中，采用10m長的800@600雙重管高壓旋噴樁固化臺(tái)后及PA5號(hào)墩周圍土層。經(jīng)計(jì)算分析，按橋墩樁基上部的雜填土和素填土共13.4m厚度不考慮對(duì)樁基提供承載力，樁基承載力/樁基受力= 12885kN/7239kN=1.78，承載力富余量大，且基坑底實(shí)際取土深度小，地基經(jīng)歷多年已穩(wěn)定，固本橋墩的沉降或隆起可忽略；支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為7.1mm，根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)周邊土體變化規(guī)律，PA5號(hào)墩樁基水平位移會(huì)小于7.1mm，滿足橋梁原設(shè)計(jì)單位提出的橋墩樁基位移小于10mm控制值要求。

（2）PA6號(hào)橋墩樁基為摩擦樁，樁徑1-φ2.0m，樁長46m，采用雙排樁支護(hù)，樁中心距基坑邊最垂距7.2m，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大懸臂高度8.4m，支護(hù)結(jié)構(gòu)主要承受PA6號(hào)墩北側(cè)擋墻拆除及支護(hù)結(jié)構(gòu)北側(cè)土體卸載后的岸上土側(cè)壓力。經(jīng)計(jì)算分析，按橋墩樁基上部可能受擾動(dòng)的雜填土和素填土共13.4m厚度不考慮對(duì)樁基提供承載力，樁基承載力/樁基受力=12885kN/7239kN=1.78，承載力富余量大，固本橋墩的沉降或隆起可忽略；支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為8.2mm，滿足橋梁原設(shè)計(jì)單位提出的橋墩樁基位移小于10mm控制值要求。

（3）PA9號(hào)墩樁基為端承樁，樁徑1-φ1.8m，樁長30m，采用φ1.0m鋼筋砼支護(hù)樁+2道內(nèi)支撐支護(hù)，樁中心距基坑邊最垂距4.7m，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大懸臂高度9.3m，支護(hù)結(jié)構(gòu)主要承受PA9號(hào)墩西及北側(cè)土體卸載后的岸上土側(cè)壓力。經(jīng)計(jì)算分析，橋墩樁基為端承樁，樁基上部土體擾動(dòng)對(duì)其豎向承載力影響不大，固本橋墩的沉降或隆起可忽略；支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為1.12mm，滿足橋梁原設(shè)計(jì)單位提出的橋墩樁基位移小于10mm控制值要求。

（4）PA10號(hào)墩樁基為端承樁，樁徑2-φ1.5m，樁長20m，采用φ0.8m鋼筋砼雙排樁支護(hù)，樁中心距基坑邊最垂距3m，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大懸臂高度4.5m。設(shè)計(jì)基坑開挖過程中，均勻卸載支護(hù)樁四周土體，卸土深度不超過4.0m，使基坑四周土體處于同一水平面。經(jīng)計(jì)算分析，橋墩樁基為端承樁，樁基上部土體擾動(dòng)對(duì)其豎向承載力影響不大，固本橋墩的沉降或隆起可忽略；支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為9.3mm（未考慮支護(hù)樁南側(cè)土體加固減荷作用），能滿足橋梁原設(shè)計(jì)單位提出的橋墩樁基位移小于10mm控制值要求。

（5）PB6號(hào)墩樁基為端承樁，樁徑2-φ1.5m，樁長18m，采用φ0.8m鋼筋砼單排樁支護(hù)，樁中心距基坑邊最垂距3m，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大懸臂高度3.7m。設(shè)計(jì)基坑開挖過程中，均勻卸載支護(hù)樁四周土體，卸土深度不超過1.8m，使基坑四周土體處于同一水平面。經(jīng)計(jì)算分析，橋墩樁基為端承樁，樁基上部土體擾動(dòng)對(duì)其豎向承載力影響不大，固本橋墩的沉降或隆起可忽略；在不考慮底板及格埂支鉸的情況下，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為8.5mm，能滿足橋梁原設(shè)計(jì)單位提出的橋墩樁基位移小于10mm控制值要求。

3.4 水利流場分析

PA10~PA12、PB6~PB8橋墩增設(shè)線性防護(hù)結(jié)構(gòu)后排洪道水力流場見圖16、圖17、圖18。

由圖16、圖17、圖18知，增設(shè)樁基防護(hù)后，排水閘流場平順，無明顯滯留、回旋帶。

4 結(jié)語

項(xiàng)目施工期受影響橋墩為PA5~PA12、PB5~PB8橋墩。項(xiàng)目建成后PA5~PA10、PA12、PB5、PB6、PB8橋墩均位于永久的護(hù)岸結(jié)構(gòu)內(nèi)，跟閘孔和水流隔絕，項(xiàng)目運(yùn)行對(duì)其安全無影響；PA11橋墩外圍的支護(hù)樁防護(hù)也為永久結(jié)構(gòu)，施工完成不拆除，項(xiàng)目運(yùn)行對(duì)其也無影響；PB7橋墩的使用條件在工程運(yùn)行前后無變化，安全也無影響。固項(xiàng)目建成后對(duì)橋墩安全影響不大，風(fēng)險(xiǎn)可控。