曹红权 南京铁发集团江苏雷威建设工程有限公司

南京双桥门立交是南京市主城区"外环+井字"型快速道路网布局中的重要组成部分，也是主城区南部东西向大通道及主城内环快速路系统的重要路段。纬七路东段地面道路以四孔箱涵（10m+10m+10m+10m）下穿宁芜铁路,与既有铁路交角29.930。为便于基坑施工，在宁芜铁路西侧修建一道临时铁路，待该工程结束后，拆除临时铁路恢复原有宁芜铁路。下穿铁路处地面高程为+9.5m～10.0m，基坑开挖深度6.4m～8.2m。整座基坑总面积8615m2，基坑等级为一级（见图1）。

图1 双桥门立交东端道路典型横断面布置图

基坑西侧距新建宁芜铁路中心线8.20m，南侧距宇秦园小区商住楼4.58m，距小区道路仅1.2m。因此，深基坑施工既要确保支护结构的安全，又必须考虑周围铁路营业线、建筑、道路和地下设施的安全。

根据岩土工程勘察报告，场地地貌单元为秦淮河漫滩。该地层地下水属潜水型，水位埋深在0.6m～1.4m（高程8.2m～9.1m）之间，直接受大气降水和地表水系的入渗补给，水位受季节性影响，水位年变化幅度为0.5m～1.0m。整个箱涵绝大部分座落在流塑状的淤泥质亚粘土层中。

1 基坑支护设计

1.1 支护方案选择

根据本工程结构、地质、周边环境和工期特点，本着安全可靠、经济合理、方便施工的原则，经过细致地分析计算，确定采用下述方案：

(1)沿新线一侧采用前排钻孔灌注桩加后排拉锚桩（钻孔灌注桩）作为挡土结构；局部PA段和HJ段采用悬臂式钻孔灌注桩支护，在HJ段布置少量后排拉锚桩减小支护位移。

(2)拉锚桩和前排支护桩之间采用钢绞线连接。

(3)箱涵基坑南侧KL段和N点处，住宅楼之间采用钻孔灌注桩加一层土锚杆作为支护结构，基坑东西两段采用放坡开挖。

(4)南侧基坑LMN、NO段（见图2），采用大宽度圈梁加坑内钢管地脚撑作为支护结构。

(5)整个基坑采用SMW深搅桩作为止水帷幕，止水桩要求进入2-4层或3-1层，在箱涵外侧形成全封闭止水帷幕。基坑采用管井降水，坑内承台附以轻型井点降水。

(6)坑内侧桩前箱涵和箱涵之间可留出土台地的位置，尽量留出土台，保证支护桩的稳定。

(7)基坑内上跨立交桥承台采用沉井法进行施工。

图2 南侧基坑LMN、NO段平面图

1.2 支护结构计算

本设计方案计算时以各段自然地面绝对标高为准。

(1)计算区段的划分

根据基坑开挖深度、土层条件，将该场地划分为六个计算区段，各区段详见平面图。

附加荷载：取地面附加荷载为20kPa,

铁路荷载：按铁路规范附加荷载为60kPa，道床厚度为1.0m，取其为20kPa，作用宽度3.6m。

(2)土压力系数计算(见表1)

表1 土压力系数表

按照朗肯土压力计算理论作为土侧向压力设计的计算依据，即：

主动土压力系数：Kai=tg2(45°-φi/2)被动土压力系数：Kpi=tg2(45°+φi/2)

计算时，不考虑支护桩体与土体的摩擦作用，且不对主、被动土压力系数进行调整，仅作为安全储备处理。

(3)土层侧向压力计算的约定A

本设计充分考虑到各岩土层的不透水性，在土层侧向压力计算时②-3采用水土分算，其余均采用水土合算。

(4)支撑标高确定：绝对标高+8.5m。

1.3 基坑支护布置(见表2及图3--图5)

表2 支护桩设计参数表

(1)南侧LMNO段支护考虑住宅楼基础深1.5m，其作用深度为6.50m，该段采用钻孔灌注桩加一层锚杆或内支撑支护。

(2)CDEFGH段后排锚拉桩设计计算：

地面活荷载q1=20.0kPa。采用钻孔灌注桩，桩长9.0m，间距 14.0m，φ1100＠2400，砼 C30，主筋 HRB335级钢 12φ32。

(3)CDEFGH段钢绞线计算：

已知R＝212.0kN/m，采用 7φ5钢绞线，fpy=1320N/mm2

钢绞线计算：n=212×2.4×1.25×1000/（139×1320）＝3.46根，实取4根。

(4)KL、N点段锚杆设计计算：

已知R＝133.5kN/m，取锚杆倾角150，锚杆直径为0.15m，土层分布见表3：

①受拉承载力设计值为：

表3 土层分布表

N=133.5×1.25/cos15=172.8kN

配筋计算：As=172.8×1000/300=575.95mm2

取 1Φ32，有A=803.8mm2

②自有段长度计算：

由上面LMN地段土压力计算，已知反弯点深度为7.43m，经计算摩擦角加权值为17.9度。

Lf=7.43×sin(45-17.9/2)＝4.37m，实取5.0m。

③ 锚固段计算：

锚杆头位于-1.5m，即第一层土为②-1层，该层内长度为1.9/sin15=7.34m。由N＝3.14/1.3×d∑(qsik×li)得：

172.8×1.3＝3.14×0.15×(7.34×35+25×y)，得Y＝8.8m

则:Ld=7.34+8.8=16.1m，实取16.5m。

锚杆总长度为:L＝5+16.5＝21.5m。

(5)LMNO点段内支撑设计计算：

本设计采用φ219×6的钢管作为钢支撑材料

N=1.25×76.1×3.0/sin45=403.6kN

钢支撑强度及稳定性验算：

本设计采用Φ219×6钢管，截面特征系数：

A=π(2192-2072)/4=4012.92mm2

I=π/64(D4-d4)=22775829.08mm4

W=I/R=207998.44mm3

i=(I/A)1/2=75.34mm

λ=6/i=79.64

查表：Φ=0.584

支撑安装偏心产生的弯矩M

M=N×e=403.6 0.001×6=2.42kN-m/m

支撑强度验算：

f=N/(ΦA)+M/W=403.6×103/0.584/4012.92+2.42×106/207998.44=183.9MPa<210MPa。

图3 支护桩剖面图

图4 圈梁和拉梁大样

图5 BCD、FG、JK段支护桩剖面图

图6 降水井大样

1.4 基坑降排水(见图6)

(1)整个基坑采用SMW深搅桩作为止水帷幕，止水桩要求进入2～4层或3～1层，在箱涵外侧形成全封闭止水帷幕，基坑采用管井降水，坑内承台附以轻型井点降水。

(2)SMW深搅桩施工方法：①用挖掘机开挖1m宽、0.8m深的沟槽;②采用三轴ZKD-850SMW深层搅拌桩机施工，叶片直径φ850，单孔中心距600mm，各幅桩体间搭接850mm；③施工顺序按1-2-3-4-5循环施作；④每根桩的时间间隔不得大于24h，否则作为硬接头处理(见图7)。

图7 SMW止水帷幕施工顺序图

(3)降水施工方法：①坑面四周设置排水沟，及时排除地面雨水；②土方开挖前1个月，采用管井降水，并设置监测井检查降水效果(见图8)。

图8 基坑深井降水布置图

2 土方开挖及支撑施工

针对基坑特点，考虑基坑暴露后整体与局部的时空效应，土方开挖及支撑施工方案尽可能使支护结构处于受力有利状态，使基坑变形较小。

(1)土方采用分层对称开挖，控制挖土速率，不得局部一次开挖过深，引起支护桩产生过大位移，挖土完成马上抢做垫层和底板。

(2)新建线路前后桩顶圈梁内预留钢绞线塑料管穿孔；铁路路基下采用钢管保护钢绞线。土方开挖第一层1.5m深后每组钢绞线先施加应力700kN，在基坑开挖和箱涵施工过程中应根据监测情况进行补拉。

(3)有锚杆的围檩中应预设孔径为Φ80的孔道，其水平倾角与该锚杆相一致。施工中对锚杆自由段中的钢筋及锚端钢结构按相关规范要求作防锈处理。锚杆张拉控制应力为170kN，锚杆中的水泥砂浆强度不得低于M10。

(4)内支撑采用 Ф219×6 钢管，地脚墩为先用 5Ф48×3.5×6钢管打入地下并注浆，注浆采用水泥砂浆，水灰比0.45，标号M10,注浆压力为 0.5MPa～0.8MPa，花管钻孔 3个/m～4个/m，孔径Φ6-8，然后在顶部采用加强筋连接，并浇注C30砼墩与支撑钢管连接。

(5)土方开挖过程中加强对新建线路的检查养护。

3 基坑支护工程施工监测

3.1 监测点布置及测试内容

(1)地面沉降位移观测：

①沿支护桩圈梁顶面每隔15m设一观测点。

②沿铁路线两侧每隔15m设一观测点。

③对南侧靠近基坑的住宅楼设四个沉降观测点。

(2)深层水平位移量测：共布置8根左右测斜管，测斜管深度20m。

(3)桩身应力量测：选择5根左右支护桩，采用钢筋应力计量测。

3.2 监测与测试的控制要求：

(1)支护桩：水平位移速度不超过3mm/d；位移总量小于5‰挖深。

(2)铁路及建筑沉降速度不超过3mm/d；位移总量小于30mm，房屋差异沉降不超过1/1000。

(3)桩身应力及支撑轴力：达到设计值的80%。

经过对支护结构圈梁水平位移测量结果整理分析，最大水平位移为23mm，桩身应力最大为设计值的76%。根据《建筑基坑支护规程》JGJ120-99，《上海市基坑工程设计规程》DBJ08-97，排桩支护顶部位移一级为30mm，观测结果均在上述控制范围内，说明支护结构安全可靠，结构变形小，整体功能较好。

4 结束语

(1)南京双桥门立交工程深基坑支护体系经过施工的考验，证明设计方案和施工都是成功的，具有形式简单、受力明确、支护可靠，费用节省等优点，适用于淤泥软弱地基的深基坑施工。

(2)采用双排支护桩并施加预应力对铁路营业线进行支护在上海铁路局范围内尚属首次，不仅需要合理的设计，计算假定与模型准确，更需要精心施工，合理安排支护结构与箱涵的施工程序、预应力的施加、土方开挖顺序及深层监测技术对支护结构的成败起重要作用。

南京双桥门立交工程深基坑支护结构的施工实践证明，铁路营业线利用双排支护桩并施加预应力；宇秦园小区6层住宅楼利用单排支护桩加锚杆及适当支撑来抵抗土体及附加荷载，控制土体位移，其技术可靠，经济合理，社会效益显著。