关键词：明挖深基坑 下穿 高速铁路 加固 沉降
0 绪论
深基坑下穿高速铁路桥梁工程中，本质就是下部桥墩和桩基发生位移，从而影响上部结构的变形。而围护结构开挖导致的周边土体松弛、基坑降水导致的周边地层沉降固结、开挖过程中基坑底部回弹导致的坑外土体水平位移等岩土问题，会造成桥梁桩体发生沉降、水平偏移和应力失效等多种工程问题。且桩基在竖向、水平耦合条件下的受力异常复杂，对高速铁路桥梁梁体变形、偏移等带来非常重要的影响。
深基坑下穿桥梁一般采用桥梁桩基加固、承台预支顶、桩基托换等方式来保证上部桥梁的结构安全。本工程采用桩基加固、桩基隔离等设计措施组合应用，来保证高速铁路对变形的严格要求。本文广州市某城际铁路深基坑下穿高速铁路桥梁工程实例，通过有限元数值模拟分析，并可为今后类似的工程提供借鉴。
1 工程概况
1.1 工程简介
城际区间明挖隧道在花都区狮岭镇杨屋村平步大道北侧（雅宝新城东侧、狮岭大道西侧）下穿武广客运专线花都特大桥，下穿段城际铁路从武广客运专线205#桥墩和206#桥墩间穿过，对应桥跨的武广客专线路里程为K2241+991.650～K2242+024.370，相交角度为90°。
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图1：下穿段卫星平面图
武广客专花都特大桥于杨屋村采用（32+48+32）m连续梁跨越平步大道，并与广清高速公路桥梁并行，两桥梁墩台并未对孔布置。武广客专花都特大桥205#、206#桥墩间距32.72m，桥面梁底距离地面净高约16.8m。
205#桥墩桩基采用9根?1.25m钻孔桩，桩长19m，单桩设计承载力4055kN。206#桥墩桩基采用11根?1.25m钻孔桩，桩长26.5m，单桩设计承载力6727kN。
城际铁路明挖区间基坑位于花都特大桥205#、206#桥墩间，基坑宽度16.3m，深度为16m。基坑围护结构采用1000mm厚地下连续墙，支护体系采用三道混凝土支撑+一道钢支撑+一道钢支撑换撑。基坑围护结构外轮廓线，距离205#桥墩承台边缘4.85～4.91m（基桩边缘5.35～5.41m），距离花都特大桥206#桥墩承台边缘3.33～3.41m（基桩边缘3.83～3.91m）。
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图2 武广客专花都特大桥跨越平步大道段布置图
1.2 工程地质及水文条件
根据地勘报告，场地土层依次为素填土、粉质黏土、粗砂、强风化泥质风砂岩、弱风化泥质风砂岩。场地土层的组成及物理力学指标见图1
表1 地层岩土工程参数表.png)
1.3 桩基保护措施
高铁桥梁桩基础与基坑围护结构(地下连续墙)之间设置隔离防护桩。防护桩采用直径1200mm@1350mm，深度至围护结构底部，进入微风化泥质风沙岩。对防护桩与桥桩之间采用袖阀管注浆加固。
1.4 变形控制要求
桥墩均匀沉降小于7mm，相邻墩台的沉降差小于5mm，墩台顶面的顺桥向和横桥向水平位移均不大于5mm，施工期间按上述标准的80%作为警戒值。
2 数值模拟
2.1 模型的建立
本文拟采用FLAC 3D软件建立三维非线性模型进行研究。模型的长宽方向取注浆加固区域，长度35m，宽度50.3m，模型z方向坐标完全与实际高程对应，模型地面为-25m，地面标高在11m左右。
工程结构物：基坑开挖区域为下图中（图3.1）的红、紫、灰、淡蓝色即group 2 5 8 11四个区域。基坑的两边是地下连续墙，宽1m，用实体单元建模。实际工程中的隔离防护桩采用直径1.2m桩，按间距1.35m的方式排列，为简化计算，隔离桩、桥墩桩基础及基坑内支撑，均采用FLAC3D自带的结构单元模拟 。承台按实体单元建模。综合考虑桥梁支座荷载、桥墩自重及列车荷载，桥墩底部的竖向压力荷载按31303.28kN计算。
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图3 整体三维模型
3 计算结果分析
分别就基坑开挖的各种工况条件下，从隔离桩受力、桥桩变形两方面展开分析。其施工工况条件下最大值见下表2
表2 主要施工工况下最大值汇总表
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3.1 基坑开挖对隔离桩的影响分析
（1）隔离桩的侧向位移、弯矩随着基坑开挖深度的增加，其侧向位移逐渐增加。这是由于基坑开挖过程中，随着基底隆起、围护结构变形等因素影响，土体产生深层水平位移，周边土体向基坑内发生变形。
（2）隔离桩的侧向位移在换撑完成并拆除第三、四道支撑之后达到最大值。这是由于由于钢支撑体系的拆除，导致整体的支护体系刚度减小，支护体系应力重新分布，围护结构变形增大导致的隔离桩横向变形增大。
（3）隔离桩的变形曲线与围护结构变形曲线相比，变化规律相似但具有一定的滞后性。隔离桩承担了约束桥桩周边土体变形的重要作用。
3.2 基坑开挖对桥桩的影响分析
（1）在“倒换支撑并拆除三、四道支撑”完成工况条件下，其侧向位移和剪力均达到最大值；在“第四道支撑”完成后，弯矩达到最大值；在“第一道支撑”完成后，轴向位移和轴力达到最大值，其余工况轴向位移和轴力有所减小。
（2）就深基坑整个施工过程而言，既有桥梁基桩轴力最大增加7%（在“第一道支撑”完成后），桩顶沉降减少约3%（可能是开挖卸荷影响造成）。因开挖地层侧移影响，使得桥梁基桩在距桩顶约14m的范围内产生负摩阻力，从而导致轴力增大。
（3）基坑隔离桩侧向变形曲线与桥桩侧向变形曲线表现出强烈的相关性。这是由于隔离桩与桥桩之间采用注浆加固后，桩间土体粘聚力增加，隔离桩与桥桩变形协调。
4 结论
本文结合工程实例，对采用隔离桩+注浆加固的方式对深基坑穿越高速铁路桥梁的影响进行分析，得到的主要结论如下：
（1）隔离桩+桩周土体加固的方式对桥桩进行保护，既有桥梁基桩轴力最大增加7%（在“第一道支撑”完成后），桩顶沉降减少约3%（可能是开挖卸荷影响造成）。能较好的约束土方开挖阶段桩体的水平位移，其综合保护方式简单有效；
（2）隔离桩、桥桩变形曲线具有良好的相关性，其主要的变形因素是由于桩周土的水平位移造成的；
（3）桥桩的竖向变形在围护结构、降水阶段已达到整体变形的95%。且在土方开挖阶段，表现出一定的隆起效应。
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作者简介：韩辉，男，工程师，主要从事铁路及地下工程施工技术管理。
论文作者:韩辉
论文发表刊物:《建筑实践》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/27
标签：基坑论文; 桥桩论文; 桥墩论文; 位移论文; 桩基论文; 桥梁论文; 结构论文; 《建筑实践》2020年第1期论文;