赵业海
中国市政工程华北设计研究总院有限公司 天津 300381
摘要：在市政基坑工程施工过程中，往往会临近既有建筑物、地下管线或既有桥梁，因此基坑施工前应对周边环境造成的风险进行分析。本文以基坑对既有桥梁的影响进行了分析，希望对类似工程有所借鉴。
关键词：基坑；周边环境；桥梁；影响分析
1基坑工程概况
车站主体基坑安全等级为一级，基坑变形控制等级为一级，地面最大沉降量≤0.1%H，且≤30mm，围护结构最大水平位移≤0.14%H，且≤30mm；顶板浅基坑安全等级为三级，基坑变形控制保护等级为三级，地面最大沉降量≤0.5%H，且≤50mm；围护结构最大水平位移≤0.7%H，且≤50mm，H为基坑开挖深度。主体结构基坑长241m，宽42.2m，开挖深度标准段为20.606m，盾构井段为22.365m。围护结构采用1.0m厚地下连续墙，各幅之间均采用十字钢板接头方式。顶板浅基坑采用φ=609，t=16mm的钢管撑，中间设置两排格构柱以减小钢支撑的跨度。深基坑采用地连墙+结构各层板与两道混凝土支撑共同作用的联合支护形式，车站两端设置临时盾构孔，在主体结构施工期间盾构孔兼做出图孔使用。盾构井段地连墙深43.5m，地连墙底伸入至⑪2粉质粘土层中，标准段地连墙深40m，地连墙底伸入至⑪1黏土层中，两道混凝土支撑尺寸均为1.0m×1.2m，支撑在两端的腰梁上，腰梁尺寸为1.2m×1.2m，利用钢管柱施作两排1.0m×1.0m的混凝土连系梁，以减小混凝土支撑的跨度。在基坑结构外靠近高架桥一侧施作800mm厚CSM水泥土地下墙，深度与地连墙相同。
2工程地质及水文地质概况
经勘察揭露，车站场址地层主要为人工填土层（第四系全新统人工堆积Qml）、新近沉积层（第四系全新统新近组故河道、洼淀冲积Q43Nal）、第Ⅰ陆积层（第四系全新统河床-河漫滩相沉积Q43al）、第Ⅰ海相层（第四系全新统中组浅海相沉积Q42m）、第Ⅱ陆相层（第四系全新统下组河床～河漫滩相沉积Q41al、）、第Ⅲ陆相层（第四系上更新统五组河床～河漫滩相沉积Q3eal）、第Ⅱ海相层（第四系上更新统四组滨海～潮汐带相沉积Q3dmc）、第Ⅳ陆相层（第四系上更新统三组河床～河漫滩相沉积Q3cal）、第Ⅲ海相层（第四系上更新统二组浅海～滨海相沉积Q3bm）、第Ⅴ陆相层（第四系上更新统一组河床～河漫滩相沉积Q3aal），第Ⅳ海相层（第四系中更新统上组滨海三角洲相沉积Q23m）。
车站场址水文地质初勘结果表明：场地地表水对混凝土结构具弱腐蚀，对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿交替环境中具中等腐蚀，在长期浸水环境中具微腐蚀。
本场地表层地下水类型主要为第四系孔隙潜水，赋存于Ⅱ陆相层及以下的粉土、砂层的地下水具承压性，为微承压水。
3对周围环境的影响分析
由于基坑开挖引起的基坑周围环境内的地面沉降会影响基坑周围既有建筑物的稳定及安全。其变形机理为：基坑开挖后，侧壁土体在主动土压力作用下，造成支护体系上部挠曲，引起基坑边缘外的地面变形与位移；基坑开挖时，基坑内排降水使基坑外地下水位下降而产生土层排水固结变形和渗透变形，造成地面沉降与变形；基坑开挖后，基底土层卸荷回弹，造成基底土层隆起，使支护体系外侧土体产生沉降与位移。
本站场地周围既有建筑物和既有设施较多，由于基坑开挖可能会引起的基坑周围环境内的地面沉降会影响周围既有设施的稳定及安全。施工期间应加强措施，做好监控工作，并做好环境保护。
4基坑与既有桥梁的关系
临近桥墩基础为钻孔灌注桩基础，垂直受压。基坑与186号墩承台最小距离为4.34m，与其桩基最小距离为4.84m，桩长为32m；基坑187号墩承台最小距离为8.24m，与其桩基最小距离为8.74m，桩长为38m，桩径均为1m。
5基坑开挖对周围环境影响理论分析和存在问题
在基坑的开挖过程中，由于开挖扰动、底层损失和固结沉降等因素会引起底层产生移动和变形，导致附存于底层中的市政管线及高架桥桥桩随基坑的开挖发生移动和变形，进而引起市政管网和桥桩遭到破坏。
基坑开挖施工对临近桥桩的影响是通过桥桩周围的土体发生的传递，最终以法向土压力与切向摩阻力等荷载型式作用在桥桩上，桥桩反过来又阻碍了土体的进一步发展，这就构成了基坑周围土体与桥桩之间的相互作用问题。基坑开挖施工中引起桥桩产生了附加变形和附加应力，这将有可能影响到桥桩的正常工作，进而影响到M1线的正常运营。在基坑开挖施工中，往往通过检测地表沉降、地表最大倾斜、桥墩承台沉降差等指标是否超过规定值来判定桥桩的安全性。
6基坑开挖对既有高架桥影响的数值模拟分析
6.1模型概况
模型计算采用MIDAS-GTS NX有限元计算软件， 建立3维模型。
建模过程中，地层参数采用计算断面附近地层，按地质勘查报告标准值进行取值。按照施工过程中的每个工况进行建立模型。
6.2本构关系
在计算过程中对土体使用摩尔-库仑模型，对混凝土材料使用弹性材料模型，以下对摩尔-库仑模型进行简要介绍。
用直接剪切试验或直接扭转剪切试验可测定在规定的破坏面上的抗剪强度，这些试验中剪应力与变形曲线在破坏时常有一个极限剪应力或一个很明确的驼峰剪应力，常将剪应力的最大值或其极限认为是抗剪强度。岩土材料中最老而迄今仍广泛采用的抗剪强度表达式是库仑破坏准则。
6.3荷载及边界
模型中除自重外，考虑20kPa的地面超载；
高架桥梁荷载取9000kN，高架桥跨度为25m，均分至每个桥墩上；
模型中的地面为自由边，下部土层采用固结约束，侧面采用法向约束。
6.4计算结果
1、桥墩变形结果分析
图1桥墩总位移变化趋势图
通过以上计算结果可以看出：在基坑施工过程中竖直最大位移为-4.539mm，沿线路方向最大位移为3.1467mm，垂直线路方向最大位移为4.5593mm，，均在允许范围内；如果通过合理的施工控制，位移能够满足要求。
1、承台变形结果分析
图2 承台总位移变化趋势图
通过以上计算结果可以看出：在基坑施工过程中竖直最大位移为-4.9952mm，沿线路方向最大位移为1.4012mm，垂直线路方向最大位移为4.3mm，均在允许范围内；如果通过合理的施工控制，位移能够满足要求。
2、桥桩变形结果分析
图3桩基总位移变化趋势图
通过以上计算结果统计可以看出：在基坑施工过程中竖直最大位移为-4.9062mm，沿线路方向最大位移为1.289mm，垂直线路方向最大位移为4.2422mm，，均在允许范围内；如果通过合理的施工控制，位移能够满足要求。
7结论
1、基坑位于高架桥安全保护区范围内，基坑施工需征得运营方的意见，并征得相关方的同意。
2、该基坑工程施工过程中，会对周边高架结构的桩基与承台产生一定影响，
3、数值模拟计算结果表明，基坑开挖过程中，在土体变形传递效应的影响下，高架结构的桩基与承台均产生一定的沉降和水平位移，但各项变形指标数值均处在变形控制标准之内。
参考文献:
[1]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术.北京：人民交通出版社，2010.
[2]龚晓南主编．地基处理手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004
[3]孙家齐．工程地质[M]．武汉：武汉工业大学出版社，2000．
论文作者:赵业海
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/20
标签：基坑论文; 位移论文; 桥桩论文; 海相论文; 过程中论文; 桩基论文; 土层论文; 《防护工程》2018年第10期论文;