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摘要：針對跨石德鐵路特大橋的主墩深基坑臨近既有線的工程實例，綜合考慮了基坑位置的地質、水文條件，并且結合施工場地受限的實際情況，采用了鋼筋混凝土防護樁作為支護主體、拉森鋼板樁作為止水結構的基坑支護方案。制定了詳細的施工工藝，并且對支護主體進行了理論計算。施工實踐表明：基坑支護結構安全有效，并且在一定程度上節約了施工成本。

關鍵詞：深基坑；支護設計；鋼筋混凝土防護樁

1工程概況

跨石德鐵路特大橋位于石家莊～濟南客運專線SJZ－3標段，橋梁的里程：改DK100＋485．80～改DK100＋663．3。跨石德鐵路特大橋位于沖積平原上，橋址處地勢平緩，種植玉米、冬小麥為主的多種農作物，且有多條鄉村道路穿過。根據設計院提供的地勘和水文資料，橋址區的地質參數：地層主要為第四系全新統沖積層及第四系全新統上更新統沖積層，土質由黏土、粉土細砂和中砂組成。另外，地面有人工堆積的雜填土。詳細的土層參數如表1所示。橋址區的水文參數：橋址區地下水類型為第四系孔隙潛水，地下水主要由大氣降水和地下水側向徑流組成，地下水水位埋深在1．40～4．00m（高程17．80～20．60m）。寒冷干燥、少雨雪。降雨量多集中在6～8月份，約占全年的70％。跨石德鐵路特大橋在239＃～242＃墩位采用（48＋80＋48）m預應力混凝土連續梁結構，大橋在改DK100＋566．40里程處與既有石德鐵路斜交，交角為29°56′。連續梁的80m主跨需跨越石德鐵路（電氣化鐵路）上、下行線。為了減小施工對既有線的影響，連續梁采用平行既有線現澆施工，然后轉體，橋梁每個主墩位置的轉體長度為78m，轉體角度為29°56′，轉體重量為5420t。由于連續梁的轉體主墩240＃（改DK100＋534．55）和241＃（改DK100＋614．55）位于石德鐵路兩側，且距離運營的石德鐵路很近，因此兩個主墩的承臺基坑支護施工可能影響到運營線路的安全，需要進行科學設計、合理施工，保證既有線的安全。

2基坑支護方案的確定

由于連續梁240＃和241＃主墩位置臨近營運繁忙的電氣化鐵路（石德鐵路），主墩承臺位置需要設置轉體系統，因此主墩承臺由兩部分構成：下節段（需布置下轉盤）為14m×4m×1．7m正方形結構；上節段（需布置上轉盤）為八邊形結構，厚度2．0m。橋梁兩個主墩承臺距離石德鐵路均較近，其中240＃墩位承臺距離石德鐵路最近，且底節承臺外邊緣緊鄰石德鐵路坡腳線，距離路肩的最近距離僅為3．26m，距離石德下行線中心線4．56m。240＃承臺與石德鐵路的平面位置關系如圖1所示。

2．1支護結構的選擇

［1－4］由于連續梁的240＃主墩承臺緊鄰既有線石德鐵路，如果考慮到立模空間，則基坑支護結構距離石德鐵路線會更近，因此基坑的開挖必然影響到鐵路安全。此外，考慮到施工季節的地下水位位于地表以下約3．1m，該水位處于基坑開挖的深度范圍以內，這就要求設計的支護結構必須具有一定的止水功能，防止基坑開挖過程中，因為排水量過大而導致鐵路路基發生較大沉降，進而危及石德鐵路的安全。根據主墩基坑開挖區域有地下水且臨近既有線的實際情況，為了保證石德鐵路的安全，基坑支護結構不僅要具有足夠大的剛度，同時還必須具有止水的雙重功能。基于此，目前常用的支護方案：采用大剛度的鉆孔灌注樁作為主體支護結構，同時在灌注樁外側施作旋噴樁形成止水帷幕，從而滿足止水要求。但是結合本工程實際情況，如果在防護樁外圍施工旋噴樁，部分旋噴樁位于路基邊坡上，甚至在接觸網的投影區域，施工機械容易危及電氣鐵路接觸網的安全，同時由于場地限制，施工機械的站位布置也非常困難，因此，不宜施作旋噴樁止水帷幕。針對距離既有線最近的240＃基坑，坑深5．8m，地下水位位于地表以下3．1m，距離坑底為2．7m，水頭壓力較小，經過權衡，最終決定采用鋼筋混凝土防護樁作為支護主體，同時在防護樁內側打設拉森鋼板樁用于止水（在水頭壓力不大的情況下，鋼板樁的止水效果能夠滿足要求）的支護方案。現場的土質條件（主要為粘土和砂類土）也方便鋼板樁插打作業，并且鋼板樁還可回收再利用，可以節約一定成本。

2．2支護詳細方案與施工工藝

經過試算，最終決定采用直徑為1．25m、間距1．5m的鋼筋混凝土防護樁，其中距既有線最近的防護樁的樁軸線距離既有石德下行線路肩僅為1．77m。鋼筋混凝土防護樁頂設置寬度1．4m、高度1．0m的冠梁層，冠梁層設置4個鋼管角撐（直徑400mm、壁厚6mm）。在鋼筋混凝土防護樁的內側打設長度12m拉森Ⅳ型鋼板樁，鋼板樁的頂面位于冠梁的下方（如圖2（b）所示），拉森鋼板樁的主要作用是止水、封水。拉森鋼板樁長度范圍內設置了兩層圍囹體系，采用雙拼40a工字鋼腰梁和鋼管角撐（直徑400mm、壁厚6mm）。支護結構布置如圖2所示。基坑支護結構的施工具體步驟如下：①鋼筋混凝土防護樁施工。為了保證石德鐵路的安全，考慮到鉆孔作業會影響到既有鐵路路基的地基，對于石德鐵路線接觸網區域內的3根鋼筋混凝土防護樁采用人工挖孔作業，其他防護樁采用旋挖鉆鉆孔施工。同時為了減小挖孔作業對已完成防護樁的影響，防護樁采用隔樁施工。②拉森鋼板樁的施工。拉森鋼板樁均位于接觸網區域以外，在鋼筋混凝土防護樁施工完畢后采用打樁機打入。③冠梁和角撐施工。施工時需要在冠梁的角撐位置布置預埋鋼板，冠梁混凝土達到設計強度后，施工4個角撐鋼管。④基坑開挖作業。采用排水開挖，開挖到距離冠梁中心2．3m位置，并超挖0．4m，布置第1層腰梁和4道角撐；繼續開挖到距離第1層圍囹中心1．9m，并超挖0．4m，布置第2層圍囹體系；然后繼續開挖到坑底位置，施工底節承臺。基坑開挖過程中如果發現拉森鋼板樁滲水，須及時堵漏。⑤基坑回填作業。底節承臺施工完畢后，須及時回填夯實；待承臺全部施工完畢、橋梁轉體完成后，回填夯實，并逐層拆除腰梁和角撐；最后破除冠梁內邊緣部分、拔出拉森鋼板樁。

3支護結構計算

3．1支護結構受力分析與模擬

本支護結構中拉森鋼板樁的主要作用是止水，鋼筋混凝土防護樁才是主要的受力結構。雖然防護樁產生變形后會擠壓拉森鋼板樁，使得拉森鋼板樁也承擔部分荷載，顯然拉森鋼板樁的截面剛度遠小于直徑1．25m的鋼筋混凝土防護樁，其受力很小，因此在計算時不計及拉森鋼板樁的受力，只考慮防護樁承受外荷載。采用理正基坑軟件的單元法計算，只計算受力最不利的、即距離鐵路最近的單根鋼筋混凝土防護樁。理正深基坑軟件會根據土層參數和地下水位自動計算土（水）側壓力（坑外土層荷載從防護樁頂算起）。鐵路路基和列車荷載如下取值：列車荷載在軌枕邊緣按照45°擴散到路基底面，參照相關規范，列車荷載疊加上鋼軌、軌枕和道砟的重量后取值60kPa，根據防護樁的位置，該荷載集度邊緣（軌枕邊緣向下45°擴散到路基底面的位置）距離防護樁軸線的水平距離為1．13m、距離防護樁頂1．3m，荷載作用寬度3．9m。約束方面：坑內側土體對防護樁的作用按照約剛度結果：從圖3（b）中可以看出：防護樁的最大水平位移11．62mm，參照《基坑支護技術規程》的規定：11．62mm＜0．002×7100mm＝14．2mm，滿足設計要求。從圖3（c）的包絡圖結果可以看出：鋼筋混凝土防護樁的最大彎矩1230．93kN•m。對于直徑1．25m的混凝土樁，采用混凝土等級為C30，配筋為18根HRB335Φ25鋼筋，按照極限狀態法計算得到防護樁的承載彎矩為1482．3kN•m，大于防護樁的彎矩值1230．93kN•m，其抗彎滿足要求。實際上拉森鋼板樁也承受了一部分彎矩，因此防護樁的實際束處理，即根據文可勒爾假定，按照m法簡化為若干水平彈性支撐。對于圍囹（包括冠梁層角撐），也將其簡化為相應剛度的水平彈性支撐。

3．2支護結構計算

支護結構的計算采用理正深基坑7．0PB3版進行計算，只計算距離鐵路最近的單根混凝土防護樁，該位置基坑深度為7．1m，計算按照一級基坑標準。根據基坑施工工序，基坑支護結構的計算共有以下幾個主要工況。工況1：防護樁、鋼板樁和冠梁施工完畢，坑內開挖至距離冠梁頂面1．0m，冠梁層角撐布置完成；工況2：繼續開挖到距離冠梁中心2．7m位置，施工第1層腰梁和角撐；工況3：開挖到距離第1層圍囹中心2．3m，施工第2層腰梁和角撐；工況4：繼續排水開挖，直到坑底位置。理正軟件最終計算得到各個工況的計算結果，因為篇幅所限，下面給出所用工況的包絡圖結果，如圖3所示。彎矩會小于1230．93kN•m。防護樁的抗剪一般不控制設計，因此不再進行計算。此外防護樁的變形必然會引起周圍地基的沉降，防護樁周圍地基沉降計算結果如圖4所示。從圖4可以看出，防護樁引起的石德鐵路下行線中線下方（距離防護樁3．08m）的最大沉降數值按照指數法計算結果最小為0．9mm，按照三角形法和拋物線法為2．5mm和8．0mm，其平均值3．83mm，滿足鐵路部門要求的5．0mm的沉降要求。實際上，由于拉森鋼板樁也會承擔一部分土壓力荷載，因此，基坑周圍地基的實際沉降會更小，故防護樁支護結構引起的鐵路地基沉降滿足要求，并且有一定的安全儲備。

3．3結果分析

為了保證基坑支護結構和營運鐵路的安全，在基坑施工期間對基坑的位移和地基的沉降進行了監測。監測結果（最大值）與理論計算值比較如表2所示。從表2可以看出，腰梁中點最大水平位移為8．8mm，考慮到拉森鋼板樁和混凝土防護樁之間不可能嚴格密貼，因此混凝土防護樁的實際水平位移應小于該值。實測監測值8．8mm與理正軟件計算得到的防護樁最大水平位移11．62mm基本吻合；石德鐵路下行線中線位置的最大沉降實測值為0．6mm，與計算值0．9mm（指數法）也基本吻合。表明計算結果基本準確，計算方法基本能夠反映支護結構的實際工作狀態。

4結束語

施工實踐表明：基坑防護主體安全可靠，拉森鋼板樁止水效果良好，所采用基坑支護方案不僅保證了運營鐵路的安全，并且拉森鋼板樁可回收再利用，節約了成本，取得了很好的效果。

參考文獻

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作者：孫鐵 單位：中鐵十九局集團第五工程有限公司