黃占彪

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 廊坊 065000）

1 深基坑支護(hù)方法

1.1 排樁支護(hù)

這種支護(hù)方法需要用到支護(hù)樁、支撐（或土層錨桿）和防滲帷幕。具體結(jié)構(gòu)需根據(jù)施工情況確定，可以采用懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)、錨桿式支護(hù)結(jié)構(gòu)，也可以采用拉錨式支護(hù)、內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。這種支護(hù)方法比較適合用在基坑側(cè)壁安全等級(jí)為1～3 級(jí)的基坑開(kāi)挖工程，也適合用在可以采取江水或止水帷幕的基坑開(kāi)挖工程。

1.2 土釘墻支護(hù)

這種支護(hù)方法不僅要用到土釘群，還要用到混凝土面層，是由這兩者構(gòu)成的支護(hù)體系。土釘是用來(lái)加固現(xiàn)場(chǎng)原位土體的細(xì)長(zhǎng)桿件。這種支護(hù)方法需要先鉆孔，之后放入帶肋鋼筋，最后還需沿孔全長(zhǎng)注漿。基于土釘和土體之間的粘結(jié)力和摩擦力，這種支護(hù)可以很好地防范土體變形的出現(xiàn)。應(yīng)用這種支護(hù)方法需要隨時(shí)挖隨時(shí)支護(hù)，因此可以有效保持土體強(qiáng)度，減少土體擾動(dòng)。土釘墻支護(hù)比較適合用在地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土工程中，也適合用在黏性土和弱膠結(jié)砂土開(kāi)挖工程中，如果基坑開(kāi)挖深度在5～10 m 也適合應(yīng)用這種支護(hù)方法。但是這種支護(hù)方法不適合用在含水豐富的粉細(xì)砂層、砂礫卵石層、飽和軟弱土層以及對(duì)變形有著嚴(yán)格要求的基坑開(kāi)挖工程當(dāng)中。

1.3 錨桿支護(hù)

這種支護(hù)方法常被用在邊坡、巖土深基坑等地表工程，也會(huì)被用在隧道、采場(chǎng)等地下硐室施工當(dāng)中，是一種有效的加固支護(hù)方法。應(yīng)用該支護(hù)方法需要先用金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成桿助，之后需要將其打入地表巖體或硐室周?chē)鷰r體提前打好的孔中，借助其頭部、桿體的特殊構(gòu)造和尾部托板，或是依靠黏結(jié)作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起，從而產(chǎn)生懸吊、組合梁和補(bǔ)強(qiáng)效果，最終達(dá)到支護(hù)目的。這種支護(hù)方法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①成本不高；②支護(hù)效果有保障；③操作簡(jiǎn)單；④使用靈活；⑤占用施工凈空少。

1.4 加筋水泥土深層攪拌支護(hù)

應(yīng)用這種支護(hù)方法需要使用水泥作為固化劑，而且需要使用攪拌機(jī)將固化劑和軟土進(jìn)行拌和，這樣這兩者之間就會(huì)出現(xiàn)一系列反應(yīng)，進(jìn)而逐步硬化并形成有著良好穩(wěn)定性和強(qiáng)度水泥土樁墻，最終就可以達(dá)到支護(hù)目的。這種支護(hù)方法比較適合用在淤泥質(zhì)土、黏土、粉土、淤泥等土層施工，如果基坑開(kāi)挖深度在6 m 以內(nèi)也可以采用這種支護(hù)方法。至于有機(jī)質(zhì)土、泥炭質(zhì)土是否合適應(yīng)用還需要通過(guò)試驗(yàn)決定。

1.5 鋼板樁支護(hù)

鋼板樁支護(hù)主要包括兩部分，分別是鋼板樁和錨拉桿。因?yàn)榍罢呷嵝员容^好，如若支撐或錨拉系統(tǒng)設(shè)置存在問(wèn)題，那么是很容易出現(xiàn)變形的。應(yīng)用這種支護(hù)方法比較常用的方式有兩種，分別是拉爾森式和拉克萬(wàn)納式。這種支護(hù)方法不僅施工沒(méi)有太大難度，而且不需要投入太多資金，強(qiáng)度和防水性能也比較好，即使堅(jiān)硬的土層也可以打入，深水中施工也適合應(yīng)用，如果情況需要還可以增加斜支撐，構(gòu)成圍籠，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需要組成各種外形的圍堰，還可重復(fù)使用，所以這種支護(hù)方法的應(yīng)用非常廣泛。但是基坑深度超過(guò)7 m 的軟土地層并不適合采用這種支護(hù)方法，如果必須要應(yīng)用就需要設(shè)置多層支撐或錨拉桿。

1.6 地下連續(xù)墻支護(hù)

應(yīng)用這種支護(hù)方法需要在地面上沿著深開(kāi)挖工程的周邊軸線，在泥漿護(hù)壁條件下，開(kāi)挖出一條狹長(zhǎng)的深槽，之后需要清理深槽并在其中吊放鋼筋籠，接下來(lái)需要用導(dǎo)管法灌筑水下混凝土，筑成一個(gè)單元槽段，如此逐段進(jìn)行，最終建造一道連續(xù)的鋼筋混凝土墻壁，從而可以發(fā)揮截水、防滲、承重、擋水作用。這種支護(hù)的應(yīng)用形式有很多，一般都是集擋土、承重、截水和防滲于一體，同時(shí)兼作地下室外墻。該支護(hù)方法存在的不足就是需要使用專(zhuān)用設(shè)備施工，單體施工造價(jià)不低，其優(yōu)勢(shì)就是對(duì)地質(zhì)條件和施工環(huán)境有著良好的適應(yīng)性，而且施工不需要放坡和支模。當(dāng)前我國(guó)地下連續(xù)墻深度已經(jīng)可以達(dá)到36 m，壁厚也可以達(dá)到1 m。

1.7 拱圈支護(hù)

這種支護(hù)方法主要可以分為兩種，分別是拱圈分閉合拱和非閉合拱，拱圈形式則可以分為圓形、橢圓形和二次曲線形。這種支護(hù)方法能承受水平方向的土壓力，因?yàn)楣暗膬?nèi)力多是受壓力，而且彎矩比較小，所以能夠充分發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度高的特性，施工方便，節(jié)省工期。

1.8 逆作法

根據(jù)施工程序的不同，這種支護(hù)方法可以分為全逆作法、半逆作法或部分逆作法三種。應(yīng)用這種支護(hù)方法需要用地下各層梁板作為支撐，并按照從上到下的順序施工，這樣可以有效防范擋土結(jié)構(gòu)變形，還可以節(jié)省臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。這種支護(hù)方法比較適合用在較深基坑以及對(duì)周邊變形有著嚴(yán)格要求的基坑開(kāi)挖當(dāng)中。但應(yīng)用逆作法需要提前制定施工組織方案，處理好各結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)。

2 緊鄰鐵路路基邊坡深基坑支護(hù)實(shí)例

2.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

本工程緊挨隴海鐵路路基邊坡，基坑開(kāi)挖深度、基坑長(zhǎng)度和寬度分別為7.380～7.890 m、49.1 m 和28.2 m?；又ёo(hù)主要應(yīng)用了兩種方法，一是混凝土灌注樁，二是一道鋼支撐支護(hù)。緊鄰基坑的鐵路路基邊坡高度和坡率分別為4.7～5.0 m、1 ∶0.4～1 ∶0.5，而且其一側(cè)還應(yīng)用了掛網(wǎng)噴混。

2.2 緊鄰鐵路情況

基坑附近就是車(chē)站，站內(nèi)有五條有砟軌道，前兩條是時(shí)速為200 km/h 的正線，中間兩條是時(shí)速為45 km/h 的發(fā)線，最后一條是時(shí)速為75 km/h 的貨運(yùn)線。

基坑鐵路側(cè)邊線距離第五條軌道中心最近，只有10.50 m，距離第四條軌道的距離最遠(yuǎn)，為41.75 m，和其他三條軌道中心的距離分別為13.25 m、35.25 m和30.25 m。對(duì)其和這五條軌道的關(guān)系進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)它們基本呈平行關(guān)系。

2.3 深基坑支護(hù)工程所在地地質(zhì)條件

該工程計(jì)劃在上前坡洪積平原建設(shè)，這里的坡度并不太明顯，整體來(lái)說(shuō)還是比較平緩的。地層最上層是素填土，之后分別是卵石、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，最底層是中風(fēng)化花崗巖。其中素填土的重度、彈性模量、泊松比、黏聚力、內(nèi)摩擦角分別為20.8 kN.m-3、21 E/MPa、0.35 v、12 c/kPa、20Φ（°）；卵石的這五項(xiàng)數(shù)值分別為19 kN.m-3、75 E/MPa、0.25 v、5 c/kPa 和30Φ（°）；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖這五項(xiàng)數(shù)值分別為22 kN.m-3、150 E/MPa、0.25 v、90 c/kPa、35Φ（°）；中風(fēng)化花崗巖這五項(xiàng)數(shù)值分別為25 kN.m-3、300 E/MPa、0.25 v、300 c/kPa、40Φ（°）。

2.4 基坑開(kāi)挖數(shù)值模擬

2.4.1 建立模型

技術(shù)人員需要先繪制地質(zhì)現(xiàn)狀斷面圖，之后還需了解空間相對(duì)位置關(guān)系，接下來(lái)就可以根據(jù)上述兩者建立數(shù)值三維模型?；予F路側(cè)對(duì)應(yīng)X 軸坐標(biāo)為0～49.1 m。應(yīng)用Mohr-Coulomb 模型并參考土層物理力學(xué)參數(shù)，就可以建立和本工程實(shí)際情況相符的三維模型。

2.4.2 工程狀態(tài)設(shè)置和模型參數(shù)

根據(jù)工施工先后順序，工程狀態(tài)可以分為以下幾種：①初始工程狀態(tài)，設(shè)置邊界條件，形成初始應(yīng)力場(chǎng)；②工程狀態(tài)一，設(shè)置基坑圍護(hù)樁，同時(shí)建設(shè)冠梁、挖掘內(nèi)支撐底部以上土體；③工程狀態(tài)三，這是施工第一道支撐，需要將基坑底部挖掘到標(biāo)高-7.8 m。根據(jù)最初設(shè)定，初始工程狀態(tài)和工程狀態(tài)一并不會(huì)對(duì)土體造成太大影響，所以工程狀態(tài)三才是施工重點(diǎn)，需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.5 鐵路變形計(jì)算結(jié)果分析

鐵路軌道變形控制指標(biāo)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行研究，同時(shí)對(duì)相同工程類(lèi)比經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，最終決定進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)需要將1、2 和3、4、5 軌道水平位移控制在2 mm 左右和7 mm 左右，至于豎向位移則需控制在2 mm 左右和-8 ～+3 mm 范圍內(nèi)。

既有鐵路五條軌道水平鐵路方向，將其記作X 向，其位移和沿鐵路變化的關(guān)系如圖1 所示。

既有鐵路五條軌道垂直鐵路方向，記作Y 向，其位移和沿鐵路變化的關(guān)系如圖2 所示。

圖2 5 條軌道垂直鐵路方向(y 向)水平位移(一)

結(jié)合工程狀態(tài)二對(duì)五條軌道位移進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)：五條軌道的變形趨勢(shì)并沒(méi)有太大區(qū)別，存在相同的變形規(guī)律。例如，4 軌道對(duì)應(yīng)基坑中部的部位是最容易變形的地方，相對(duì)而言，軌道隊(duì)形基坑兩側(cè)陰角處的部位變形幾率就比較小。從沿鐵路走向來(lái)說(shuō)，變形量會(huì)隨著軌道和基坑對(duì)應(yīng)部位的不同發(fā)生改變，一般情況下，對(duì)應(yīng)基坑中部的部位變形量最大，對(duì)應(yīng)陰角的部位變形量最小，所以“軌道的橫向水平位移”和“豎向位移曲線”都呈U 形。對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，基坑中部和基坑陰角區(qū)域采取的支護(hù)結(jié)構(gòu)是不同的，這是因?yàn)榍罢咧苓呁馏w變形幾率更大，后者則因?yàn)榛雨幗切睋魏蜋M撐的助力，周邊土體變形幾率并不太大。對(duì)該變形規(guī)律進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，其和基坑空間效應(yīng)是相符的。

對(duì)三向位移變化情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)五條軌道出現(xiàn)位移比較明顯的部位都存在相同區(qū)域，也就是x=5～45 m 區(qū)間，這種情況在4 軌道和3 軌道表現(xiàn)得更加明顯，而這一區(qū)域正好和基坑以及基坑兩側(cè)一倍開(kāi)挖速度相對(duì)應(yīng)。從變形量角度分析可以發(fā)現(xiàn)，5 軌道受到的影響是最大的，之后是3 軌道、其余三個(gè)軌道受到的影響都比較小，如表1 所示。也就是說(shuō)軌道和基坑距離越大受到基坑施工的影響就會(huì)越小。

表1 原支護(hù)方案數(shù)值模擬變形量最大值統(tǒng)計(jì)（mm）

對(duì)表1 進(jìn)行分析可以得出如下結(jié)論：①在工程狀態(tài)二下，五條軌道當(dāng)中，5 軌道變形最為嚴(yán)重，其沿鐵路方向最大位移、垂直鐵路方向最大位移、最大豎向位移分別為-1.90 mm、11.82 mm 和-3.91 mm，該軌道的垂直鐵路方向水平位移甚至可以超過(guò)10 mm，已經(jīng)超過(guò)了變形控制值。②1 軌道沿鐵路方向最大位移、垂直鐵路方向最大位移、最大豎向位移分別為-0.17 mm、0.71 mm 和-0.10 mm，這說(shuō)明1 軌道這三個(gè)方向的變形量均在變形控制范圍內(nèi)，但是1、2 軌道相比，顯然前者的變形量更大。

總之，5 軌道變形量最大，已經(jīng)超出控制值，所以需對(duì)基坑支護(hù)方案進(jìn)行完善和改進(jìn)。

2.6 基坑支護(hù)方案完善和改進(jìn)

2.6.1 基坑支護(hù)改進(jìn)方案

為了更好地降低鐵路軌道變形發(fā)生幾率，需對(duì)原有基坑支護(hù)方案進(jìn)行完善和改進(jìn)。由于基坑和鐵路路基邊坡坡腳相鄰，空間不太充足，因此不能采用隔離樁，需采用如下措施：①支撐體系。如果應(yīng)用鋼支撐鐵路變形比較大，出于確保鐵路安全和控制變形的目的，鋼支撐決定采用800 mm×800 mmC30 混凝土支撐。②鐵路側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)。增加灌注樁樁徑，將其由原來(lái)的φ800@1 100 mm 變?yōu)棣? 000@1 200 mm。

2.6.2 軌道變形控制效果分析

對(duì)原有基坑支護(hù)方案進(jìn)行改進(jìn)后，變形規(guī)律并不會(huì)出現(xiàn)太大變化，但是個(gè)軌道變形量卻出現(xiàn)了一定改變，通過(guò)建模并進(jìn)行計(jì)算后得出如下結(jié)論，如表2所示。

表2 支護(hù)方案優(yōu)化后數(shù)值模擬變形量最大值統(tǒng)計(jì)（mm）

對(duì)表2 進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)在工程狀態(tài)三下五條軌道的變形量都有所下降，都在相應(yīng)的控制值范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

根據(jù)工程實(shí)例，運(yùn)用數(shù)值模擬法對(duì)基坑開(kāi)挖對(duì)相鄰鐵路軌道變形的影響和深基坑支護(hù)改進(jìn)方案實(shí)施效果進(jìn)行了研究，得出了如下結(jié)論：①原來(lái)的支護(hù)方案會(huì)讓軌道5 和軌道3 變形量超出控制值范圍，從而阻礙到鐵路正常運(yùn)行，因此需對(duì)原方案進(jìn)行改進(jìn)。②增加灌注樁樁徑、采用混凝土支撐可以有效減輕基坑開(kāi)挖對(duì)軌道的影響，車(chē)站五條軌道變形量都會(huì)有所下降。③數(shù)值模擬得出的結(jié)果和實(shí)際監(jiān)測(cè)變形量并沒(méi)有太大差距，可以更好地反應(yīng)基坑開(kāi)挖對(duì)臨近鐵路的影響，可以為其他類(lèi)似工程提供參考。