跨铁路宁波东站主桥2#主墩基坑支护技术

跨铁路宁波东站主桥2#主墩基坑支护技术

【摘要】基坑支护工程虽属临时性工程，但其设计的可靠性及施工方案的可行性将直接影响临近铁路既有线运营及周边建筑物的安全。本文重点分析介绍了宁波市福明路跨铁路宁波东站主桥2#主墩基坑工程支护结构设计和施工方案。

【关键词】基坑支护；临近；铁路；设计；施工。

1 工程概况

宁波市福明路跨铁路宁波东站主桥2#主墩位于铁路宁波东站客整所南侧，临近客整所既有铁路线路。基坑处地面标高为4.17m，2#主墩基坑开挖深度为7.6m，基坑平面尺寸为53.61×19.7m。

基坑西北角至铁路宁波东站客整所整5道最小净距为7.6m，在整5道和基坑间靠近基坑边缘有一条4m宽的环场公路；基坑西侧为东站客整所空气压缩站，基坑西侧至东站客整所空气压缩站的最小净距为4.3m；基坑东侧为客整所蓄电车间，基坑东侧至蓄电车的最小净距为5.9m。

2 工程地质 本主桥工程位于宁波市区，地貌形态主要为冲海积平原地形，地面高程在4米左

右，河网、道路密布，房屋密集。桥位处第四系底层广泛分布，以全新统海积相，冲海积相沉积层最为发育，主要岩性为淤泥质黏性土和黏性土，软塑至流塑，厚5m至52m不等，地下水位标高为1.3m。

3 基坑支护设计

3.1 结构布置

基坑周边构筑物多，距离基坑近，为保证周边构筑物及临近铁路既有线的运营安全，支护结构需具有足够的强度和刚度，本基坑工程采用钻孔灌注桩加内支撑对基坑进行支护。

钻孔桩桩径为1m，桩长为25m，桩间隙为1.2m，混凝土采用C30混凝土；钻孔桩外围布置一排水泥搅拌桩止水帷幕，搅拌桩桩径为0.6m，桩长为15m，桩间隙为0.5m；采用水泥搅拌桩对钻孔围护桩前被动土压力区的土体进行加固，加固区宽3m，基坑底面向下深4m，搅拌桩桩径为0.6m，桩长为4m，桩间隙为0.5m；钻孔桩顶布置高1m，宽1.5m的冠梁，冠梁混凝土采用C30混凝土；布置一层内支撑，内支撑布置在冠梁的中线上，内支撑采用φ609×12mm钢管，钢管材质为Q235B,支撑横向间隙为6.57m一道。

3.2 结构验算

基坑支护结构验算时考虑到施工机械和车辆荷载的影响，基坑四周考虑20kn/m2的超载；铁路列车竖向静活载取92kN/m，枕木宽度为2.5m，所以铁路超载取92/2.5=36.8KN/m2。基坑西北角至整5 道线路中心距离为7.6m，至枕木边沿的距离为6.35m，可得基坑四周超载布置如下：距基坑边沿6.35m范围内考虑20kn/m2的超载，距基坑边缘6.35m范围以外考虑36.8KN/m2的超载。

用理正深基坑计算软件对支护结构进行受力验算，验算结果如下：

⑴、内力位移包络图

内力位移计算结果详见图1内力位移包络图。

图1 内力位移包络图

由包络图可知基坑开挖到位时支护结构内支撑最大支撑力959.15KN，最大位移值为8.98mm，最大弯矩值为623.27KN·m，最大剪力为285.34KN。

⑵、基坑支护结构整体计算结果

整体稳定安全系数 Ks=1.862≧1.2；抗倾覆稳定性安全系数Ks=1.757≧1.2；普朗德尔公式计算抗隆起安全系数Ks=2.700≧1.1，太沙基公式计算抗隆起安全系数Ks=3.038 ≧1.15；抗管涌安全系数K=7.970 ≧1.5。故基坑支护结构整体计算满足规范要求。

⑶、配筋计算结果

冠梁单侧HRB335纵筋面积为3217 mm2，HRB335箍筋面积为1634 mm2/m；钻孔桩HRB335纵筋5205 mm2，HPB235箍筋面积为1446 mm2/m。

⑷、内支撑验算

用MIDAS结构计算软件对钢管纵向内支撑进行受力验算。

纵向内支撑长度L=19.7m，边界条件为两端铰接,长细比λ=93.316，查得稳定性系数φ=0.580，钢管轴向力N=959.15KN。验算结果如图2所示。

图2 纵向内支撑验算结果

由图2可知纵向内支撑最大应力为81.8Mpa＜φ[ƒ]=0.580×205=118.9 Mpa，满足要求。

角支撑长度L=9.29m,边界条件为两端铰接,长细比λ=44.005，查得稳定性系数φ=0.857,钢管轴向力N=1356.44KN。用MIDAS结构计算软件对支撑进行受力验算得到角支撑最大应力为79.1Mpa＜φ[ƒ]=0.857×205=175.7 Mpa，满足要求。

4 基坑施工

4.1 基坑施工工艺流程。

4.2 钻孔灌注桩及水泥搅拌桩施工

钻孔桩用回旋钻机施工，为避免施工破坏已完成桩基，前一根钻孔桩施工结束后需间隔两根施工下一根钻孔桩，且必须在混凝土浇注完成72小时后方可施工临近一根。为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。单根搅拌桩开钻后应需连续作业，不得中断喷浆，严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。为使止水搅拌桩形成一个闭合圈，相邻搅拌桩应连续施工，当无法连续施工时，接头处需搭接两根桩。

4.3 基坑开挖及内支撑施工

⑴ 土方开挖

人工配合机械作业进行基坑开挖，基坑竖向分层，层内分段，开挖与支护交叉循环作业，随开挖，随支护，挖完即支护完。为确保基坑稳定，兼顾钻孔围护桩及钢管内撑支护的及时性，拟定每向下开挖1.0m作为一个开挖循环，单个开挖循环内挖机由基坑两端，分段向中间开挖。加强对开挖轮廓的控制，开挖接近基坑轮廓线或基坑底标高时，预留30cm厚度土层进行人工清理，严禁欠挖，严格控制超挖，每层超挖不得大于50cm。施工过程中，加强对钻孔桩支护结构及钢管支撑的保护，避免开挖机械撞击。土方开挖过程中，密切监测既有铁路路基、周围地表、围护结构及周边建筑物的沉降和变形情况。

施工过程中及时排除基坑内积水，当桩间隙出现涌砂、涌水、土体坍塌等情况时，立即停止抽水，用砂袋和土工织布等对漏水缝隙进行封堵，防止坑背土体流失而发生地面沉陷。

⑵ 冠梁、内支撑施工

挖出桩头人工风镐破除后进行冠梁施工，待冠梁混凝土强度达到要求后，用膨胀螺栓将钢管横撑处的钢板与冠梁进行连接，然后用吊机将钢管吊装到位。为使钢管支撑与钢板密贴防止支护结构向基坑内位移，钢管尺寸现场量取。横撑与钢板采用焊接连接，连接处钢管与钢板间用6块加劲板进行加强。

4.4 垫层及排水系统施工

在基坑开挖之前在基坑顶四周地面做成反坡，防止地表水流入基坑内或者浸泡坑边土体，影响弃土外运车辆的行走及基坑安全。基坑开挖至基底设计标高时，必须及时完成素混凝土垫层封底，当不能及时一次性封底时，应对基底进行分块清理分块封底。垫层混凝土与坑底排水沟、集水井同时施工。并按需备配潜水泵进行排水。

4.5 基坑监测

从基坑开挖开始至基坑回填完成后一个星期内需对基坑支护结构、既有铁路和周边建筑物进行监测。具体的监测点布置和监测频次按《建筑基坑工程监测技术规范》进行。施工过程中及时对监测数据进行统计与分析，当发现监测数据达到报警值时需提高监测频次并对基坑状态进行分析，制定处理措施，待处理完毕、排除隐患后方可继续进行施工。

5 结束语

本基坑工程现已施工结束，在基坑及承台施工过程中基坑支护结构、临近既有铁路线路及周边建筑物的沉降和位移均满足设计及规范要求。从本工程的施工过程中可以总结出以下几点经验；①无论是基坑支护结构设计还是施工都应当从支护结构的整体功能出发，将设计与施工各组成部分进行整体考虑，编制出安全和经济的支护方案；②基坑开挖到位后应及时施作混凝土垫层，混凝土垫层应适当加厚，以减小基底隆起和防止承台混凝土浇筑时基底下沉；③在冠梁施工过程中，纵向钢筋的接头布置需严格按照规范实行，冠梁转角处外侧需设置有加强钢筋以防止混凝土开裂。

[参 考 文 献 ]

1.交通部第一公路工程总公司 .《桥涵》.人民交通出版社；

2.建设部 .《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99.中国建筑工业出版社；

3.建设部 .《建筑基坑工程监测技术规范》 GB50497-2009. 中华人民共和国建设部。