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摘要：斜抛撑支护往往在周边环境限制、开挖宽度大、环境控制要求高等复杂基坑中得到应用，本文结合工程实例，对斜抛撑在桥梁改造期间的临时道路边坡中的应用进行了研究。
关键词：斜抛撑；支护；基坑
引言
随着科学技术的不断发展，基础设施的扩容改造的施工技术也在不断提高。对于某些区段由于其独特的交通条件，项目改造面临的要求越来越多、条件越来越复杂，在繁杂条件下将工程改造顺利实施难度系数大。因此，有必要对斜抛撑在该道路临时边坡支护中的应用进行探讨。
1.工程实例
1.1 工程概况?
某原桥为双向分离式钢筋混凝土拱桥，长约120m，宽约23m，东半幅桥头采用毛石挡墙，西半幅桥头采用混凝土面板结合锚碇的形式。该桥梁目前实际运行情况较差，结合实际运河航道规划要求，该市公路管理处决定将原桥梁拆除新建1座2×16+108+2×16五孔简支钢桁架大桥，全长163.24m。根据改造期间通行要求，需要保证东半幅正常通行情况下首先对西半幅进行改造。
新建大桥2#、3#桥墩为主墩，平面尺寸为5.4m×9.2m，3#桥墩位于原东半幅引道区段，引道路面现状标高为+12.000m，桥墩承台底标高为+4.000m，主墩施工时开挖高差达8.0m，需要对高差进行支护以保证在西半幅桥梁施工期间东半幅道路的正常通行。新建大桥桥墩与暂时通行东半幅路的位置关系见图1。
图1 支护平面布置图
1.2 地质条件
勘察报告显示，拟建桥位为道路、地形简单，属于冲积平原地貌单元。影响深度范围内地质单元层自上而下为：
①填土：杂色，湿，松散，主要由粘土组成，均有分布。
②淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，含少量有机质成份，有臭味，稍光滑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。压缩系数a1-2=0.478MPa-1，中等压缩性，均有分布。
③粉质粘土：灰色，软塑，稍光滑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。压缩系数a1-2=0.363MPa-1，中等压缩性，均有分布。
④粉砂：灰色，饱和，中密（N=19），无光泽，摇震反应迅速，干强度低，韧性低。颗粒均匀，呈亚圆形，主要矿物成分石英、长石和少量云母片。压缩系数a1-2=0.160MPa-1，中等压缩性，均有分布。
⑤粉土夹粉砂：灰色，湿，中密（N=24），无光泽，摇震反应迅速，干强度低，韧性低。压缩系数a1-2=0.320MPa-1，中等压缩性，均有分布。
⑥粉质粘土：灰色，可塑，稍光滑，摇震反应无，干强度中等，韧性中等。压缩系数a1-2=0.580MPa-1，中等压缩性，均有分布。
场地内地下水有两种类型：一类是赋存于①层填土中的地下水属于上层滞水，主要由大气降水，生活用水及河流水补给，水量较小，其水位受季节性影响较大；另一类是赋存于④粉砂、⑤粉土夹粉砂中的上部承压水，主要由河流补给，水量较丰厚，其水位受季节性影响较小。勘察期间河水水位标高+1.35m。
表1 土层物理力学指标
2.支护结构综合分析
2.1 工程特点分析
综合考虑分析场地条件、交通条件、周边环境，工程支护结构具有如下特点：
（1）大桥位处该地区交通要道，改造期间采用半幅改造半幅通行的交通形式，在西半幅新桥施工期间东半幅的交通不能中断。
（2）根据大桥目前通行情况，交通量大，超重车多，且改造工期紧。
（3）场地位于大运河河畔，桥墩承台开挖面标高位于较厚的淤泥质土层中，工程性质较差，对支护结构变形及受力不利。
（4）改造期间保留的东半幅引道西侧紧邻新建大桥桥墩，东侧为引道坡体，现场环境条件对支护结构形式选取要求较为苛刻。
因此项目对支护结构的安全度及变形要求较高，支护结构选取需要重点考虑支护结构体系的适宜性、稳定性，确保东半幅引道在西半幅引道挖除及新桥施工期间安全通行。在保证安全的条件下尽量选择方便施工、节约工期的支护形式。
2.2 支护选型分析
综合考虑本工程的特点，支护高差8m条件下适合的支护结构有排桩+支撑、排桩+锚索等形式。
排桩是支护结构中常见的围护形式，可以为灌注桩、SMW工法桩、预制桩等桩型。SMW工法桩因其自身工艺特点，需要先施工三轴深层搅拌桩，然后在深搅桩内插型钢。本工程支护高差范围基本为填龄大于15年的路基坡体，工程性质较好，不需设置止水帷幕。汽车通过时产生的震动荷载使型钢产生往复的应力循环，使支护桩变形持续增大，且对型钢的拔出造成困难。预制桩是利用工厂预制的桩型，成型质量较好，质量易控制，但该桩型脆性较大，在反复的震动荷载作用下安全性不易保证。钻孔灌注桩是传统成熟的支护桩施工工艺，适用范围广，且与桥墩基础工艺相同，不需要采用新的工艺设备，故本项目支护桩采用传统的钻孔灌注桩。
锚索适用于开挖深度范围内有可靠锚固土层的场地，本工程项目开挖深度范围内主要为路基填土，工程性质相对较好，但竖向支护桩背侧的路幅土体宽度仅为11m，不能满足锚索的锚固长度要求，需要在道路东侧施工锚桩用于锚索的锚固。根据场地情况，锚桩施工需对路基边坡进行覆土回填，施工难度较大。根据场地情况，本工程不具备设置水平支撑条件，需在适当位置增设支墩作为支撑支点，支撑材料采用混凝土支撑，刚度较大，连接可靠，适用于引道震动荷载的反复作用。
综上分析，结合场地工期要求，造价因素等，本工程支护结构采用灌注桩+斜抛撑。灌注桩采用Φ900@1100，混凝土设计强度C30，桩长根据开挖形成边坡高度确定，最大桩长18.8m，最大嵌固长度11.5m；钢筋混凝土斜抛撑下端与设置的混凝土承台牛腿连接。
图2 典型支护剖面
3.关键问题处理
3.1 汽车荷载取值
目前大桥交通车流量大，重载车多，支护结构计算时计入超载的汽车荷载取值对支护结构内力及稳定性影响较大。《公路桥涵设计通用规范》第5.3.4条规定，汽车荷载引起的土压力采用车辆荷载加载，车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力按照等代均布荷载形式施加，其采用公式（1）计算。
式中，∑G为B×l0范围内的车轮总重力；B，l0分别为挡墙计算长度和墙后破坏棱体的长度；θ、α、δ、φ分别为破坏棱体面与竖直线夹角、墙背倾斜角、墙背与填土间摩擦角、填土内摩擦角。本项目挡土构件采用钻孔灌注排桩为独立构件，B根据计算位置轴重力作用范围取n倍桩间距，破坏棱体长度按照公式（2）～（4）计算。
根据规范汽车荷载采用公路-I级，取对地面产生最大影响压力的后轴荷载进行计算，其主要技术指标见表2。按照交通要求，西半幅施工期间东半幅（宽度9m）作为双向2车道运行，横向荷载折减系数取1.0。
根据上述参数计算q0=28kPa。委托单位根据该桥梁实际通行中超载车辆较多，要求按照80t的车辆荷载设计支护结构，本设计实际取q0=40kPa。
表2 车辆荷载的主要技术指标
3.2 抛撑支反力计算
地下结构底板刚度或工程桩的整体抗侧移刚度较大，可将其视作不动支点，传统基坑工程斜抛撑的支点为在施工完成基础底板上设置牛腿。考虑本工程的特殊性，不存在可利用的抛撑支点构件，需要另外施工抵抗水平力的构件。
按照支护结构平面布置，采用桩基承台构件平衡支撑构件传递的土压力。支护结构设计计算的水平支撑轴力较大（标准值为1164kN），支点处灌注桩采用多桩布置，水平承载力按照群桩计算。每个支点处设置3Φ1200灌注桩，三角形布置，桩长14m，混凝土强度C30。根据项目施工进度安排，工期约6个月，施工时间较短，支护桩水平承载力计算时采用混凝土抗拉强度标准值。
单桩水平承载力及群桩水平承载力特征值分别按照（5）～式（9）计算：
按照上述公式计算得，Rh=1368kN≥1164kN，满足要求。3.3 围檩位置确定
根据项目特点，采用斜抛撑的施工工况为：①施工支护结构，浇筑混凝土冠梁；②开挖土方至支撑设置标高，同时设置预留土台，保证悬臂状态支护结构的稳定；③浇筑斜抛撑；④抛撑结构达到设计强度后开挖土方至桥墩设计标高；⑤西半幅桥梁施工完成通车后，东半幅引道挖除同时拆除支护排桩及支撑结构。
依据项目特殊工况，支撑结构设置不得影响西半幅桥梁3#桥墩及桥梁面板施工，同时需要保证在施工斜抛撑前呈悬臂状态的支护结构的稳定及东半幅引道的正常使用要求。结合3#桥墩的结构形式及其与支护排桩的位置关系，支撑点需要设置在+9.400m以下。表3表明，将支撑点设置在+9.000m，支护结构变形满足对东半幅引道的保护要求，同时满足西半幅桥梁施工要求。
表3 支护结构计算结果
4.监测情况分析
大桥改造实施期间中对支护结构变形及施工对东半幅道路的影响进行了监测，但由于现场条件等多方面因素限制，实施的监测项目仅为桩顶位移、路面沉降等。
4.1 桩顶位移
由于项目开挖边长范围开挖深度不一，不同位置桩顶水平位移变化量相差较大，图3为开挖深度8m位置桩顶水平位移、桩顶垂直位移变化曲线。从图可看出，桩顶水平位移主要发生在开挖至+8.600m前，该工况下支护桩呈悬臂状态，水平位移量达15.2mm，开挖至+4.000m后桩顶水平位移增大至18.9mm，待承台施工完毕后基本趋缓，最终桩顶位移最大值为20.6mm，比设计计算值大14.4%。分析其原因，为施工期间东半幅桥梁通行车流量大，且超载车辆偏多，桥梁位于交通要道，交通控制困难导致桩顶位移偏大。桩顶垂直位移变化不大最大值为3.2mm，主要为桩体变形导致桩体顶部垂直沉降。
图3 冠梁位移变化曲线
4.2 路面沉降
降观测点，布点间距4m。从图4可知，从土方开挖开始至承台施工完成回填结束，路面沉降呈不断增加趋势。开挖第1层土方时，开挖深度较小，影响范围较小，靠近支护桩位置变化较其它地面点变化较大；支撑施工完成开挖2层土方时，整个断面监测点沉降均迅速增加，且变化趋势基本一致；当开挖到基坑底部后，路面沉降继续增大，但逐渐趋缓；待承台施工完成对承台与支护桩间回填土且上部采用混凝土硬化后，地表沉降逐渐稳定，地表沉降最大值为22mm。上述分析表明，地表沉降主要发生在土方开挖期间，在土方开挖完成承台施工期间变形仍在加大，因此，在土方开挖完成后在支护桩与承台桩中间采用素混凝土封闭，减小开挖面的暴露时间，可减小支护结构变形及地面沉降。
图4 路面沉降变化曲线
5.结语
综上所述，斜抛撑作为一种支撑形式，可节省大量构件，方便土方开挖，节约工期，因此，斜抛撑技术的应用对于基坑工程的施工来说是一项极为重要的施工技术，并会给基坑工程的施工带来极大的帮助。
参考文献
[1]斜抛撑与水平撑在深基坑支护中控制变形的对比分析[J].赵园园,左人宇,陆钊,翟东格.路基工程.2015(03).
[2]斜抛撑与水平撑在深基坑支护中控制变形的对比分析[J].赵园园,左人宇,陆钊,等.路基工程,2015,(3).
[3]斜抛撑在基坑支护中控制土体应力与结构受力特点研究[J].林国威,左人宇,陆钊,翟东格,卢镇文.土工基础.2015(04).
论文作者:李林娟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/5
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