詹谷益 张文明

(1.中铁科学研究院有限公司，四川 成都 610032; 2.青岛地铁集团有限公司，山东 青岛 266000)

1 概述

深基坑工程在目前城市发展进程中扮演着重要角色。在进行轨道交通建设时，需要开挖许多大型的深基坑如地铁车站深基坑，地铁车站经常遇到紧邻桥梁的情况，桥梁桩基的位移有着严格的限制，需采用特殊措施来避免深基坑开挖对邻近桥梁的不利影响。

目前，很多学者展开了深基坑开挖对邻近桥梁桩基影响的研究。王恒[1]以厦门某水闸深基坑开挖为研究背景，采用有限元软件建立三维数学模型，研究基坑开挖时邻近桥梁桩基的响应性状。姜博[2]采用有限元软件研究深基坑开挖过程对既有桥梁的影响，梁桩基和桥桩主墩的变形特征，并与实际监测值进行了比较，评估了深基坑开挖过程既有桥梁的稳定性。王翠等人[3]以天津地铁二号线某深基坑工程为背景，建立有限元模型，计算基坑开挖过程邻近桥梁桩基和桩周土体的变形，提出了深基坑开挖对邻近桥梁桩基影响的作用机制。黎科[4]依托天津某车站深基坑开挖工程，采用有限差分法对基坑开挖进行了三维模拟分析，应用实测数据校准了计算模型，探讨了基坑开挖对临近桥梁桩基变形影响的控制因素，研究其规律性并提出基坑开挖对桥梁桩基变形影响范围。这些学者的研究为相关工程提供借鉴和参考。

上述研究均忽略了深基坑开挖过程对桥梁桩基结构的动态影响，本文通过建立有限元计算模型，分析基坑不同开挖步骤下围岩的稳定性，希望研究结果能对上述工程问题提供有益参考。

2 工程概况

本文依托于青岛地铁8号线市民健身中心站基坑，车站形式为地下两层双跨矩形框架结构，车站主体基坑宽度为21.8 m，深度为17.4 m。基坑南侧临近高新1号桥，桥台距离主体结构约3.7 m，桥墩距离主体结构约5.1 m。高新1号桥为简支梁桥，桥上部采用预应力混凝土(先张)空心板，桥面连续；下部采用柱式墩台，桥台基础采用直径1.2 m桩基础，桥墩基础采用直径1.5 m桩基础。

邻桥处基坑第四系土层厚度约10 m，基坑底为中风化安山岩，地层参数如表1所示。基岩赋存裂隙承压水，水位埋深2.7 m～4.8 m，水头5.72 m～9.32 m，赋存于基岩全～微风化带及节理裂隙密集带、碎裂岩中，地下水径流深度较大，径流方向复杂，渗透系数2 m/d，水量较大。

3 软土深基坑临近桥梁数值模拟分析

车站采用钻孔桩加内支撑的围护结构型式，按照车站基坑开挖步序进行开挖、支护、拆撑全过程模拟。根据车站结构所处地层围岩的物理力学性质，采用地层结构法计算车站的围护结构，岩土本构采用摩尔—库仑本构，围护结构采用弹性梁结构，计算模拟基坑开挖支护，对开挖过程中的危险工况及开挖完成后拆撑工况进行重点分析。有限元计算模型如图1所示。

表1 地层参数表

基坑开挖至基坑底时，如图2所示，桩身最大水平位移发生在第一、二道支撑中间位置，约15.4 mm，基坑两侧位移量稍有区别，位移值的差小于0.1 mm，此时地表沉降最大值为15.3 mm。

基坑开挖完成后，位移没有达到最大值，拆除第二道支撑时，桩身最大水平位移约23.4 mm，此时地表沉降最大值为17.8 mm；浇筑顶板后拆除第一道支撑后，如图3所示，地面最大沉降达到最大值，为23.5 mm，桥桩最大水平位移为21.0 mm。

由图4，图5可知，桩基最大附加沉降小于1 mm，桥桩和盖梁附加应力最大值为1.3 MPa，小于桩基C35混凝土抗拉强度设计值，对桥桩和盖梁基本无影响，相邻墩台间不均匀沉降差值(不包括施工中的沉降)桥面小于0.2%的附加纵坡(折角)。根据单桩计算沉降结果分析，车站施工完成后满足相邻墩台不均匀沉降的要求，桩基处于安全可控状态。综合分析，基坑施工完成后引起的地面沉降在允许范围内。

4 临近桥梁深基坑开挖支护方案设计

4.1 支护设计方案

针对高新1号桥处采用高压旋喷桩止水、旋喷钻孔灌注桩+内支撑支护方案，具体设计如图6所示。

4.2 支护参数设计

根据车站结构所处地层围岩的物理力学性质，采用理正深基坑软件地层结构法计算车站的围护结构，确定围护结构各构件参数，如表2所示。

表2 车站临近高新1号桥围护参数表

4.3 施工设计保护措施

河道处理：在河道南北两侧施作围堰，排出围堰内的水并对河道底进行清淤处理。清淤处理完成后，回填覆土至冠梁顶，之后进行基坑开挖。

注浆加固：开挖桥梁附近范围基坑时，在主体结构旋喷桩与桥基之间设置注浆管进行预注浆加固。注浆加固深度9 m，宽度2.5 m。注浆管采用φ42袖阀管，间距500 mm。注浆浆液为水泥，注浆压力采用0.5 MPa～0.7 MPa，竖向加固深度按入岩截止控制。

实时监测：施工前、中、后三个阶段对施工现场周边地面及桥梁、开挖工作面、土体变形、地下水动态、已完成的永久结构或临时结构进行监测，如图7所示，做到信息化施工，以便根据施工中出现的实际情况采取相应的措施，确保基坑及桥梁的安全。

5 结语

针对深基坑开挖对邻近桥梁不利影响这一课题，充分考虑了依托工程市民健身中心车站基坑和高新1号桥的工程特点、地质条件等相关不利条件，开展了有限元分析，研究了不同开挖步骤下基坑的水平位移、地表沉降及坑内隆起，以及桥梁桩基的水平位移、竖向位移及附加应力，揭示了深基坑开挖对邻近桥梁结构的影响规律，并针对性的进行了方案设计，能够保证软土深基坑临近桥梁的安全稳定。