紧邻营业线偏载深基坑施工方法

紧邻营业线偏载深基坑施工方法

摘要:杭州东站扩建工程动车走行线特大桥的29#墩承台,基坑深4m,一侧紧邻沪杭高铁进杭州站的繁忙运营干线,一侧位于下穿铁路通道产生的凌空面处；致使基坑围护结构一侧荷载超出常规,一侧凌空无有效后背提供支反力,整个围护结构承受不对称荷载。受条件所限,不能采用传统的钻孔桩或钢板桩围护。根据现场条件,经多方研究论证,只能采用先改善土层力学性质、再利用改良后土体提高围护结构自身抵抗外荷载抗力的施工方法,有效克服不利地形和地质情况对围护结构的不对称荷载,保证营业线安全营运。

关键词:深基坑紧邻营业线偏载土质改良钢板桩封闭围护

1 工程概况

杭州东站扩建工程动车走行线特大桥的28—31#跨(60+100+60)m悬灌连续梁,在秋石路处同时上跨铁路笕杭营业线和市政秋石路三层立体高架,现场情况异常复杂。其中29#墩为连续梁主墩基础施工最为困难,其采用18.9×17.1×4.5m的八边形承台,开挖深度3.94m。该承台北侧距离营业线外轨最近距离为3.73m,距铁路栅栏网最近距离为2.65m,铁路接触网回流线已落地,并与铁路既有光电缆紧邻栅栏放置；东南侧承台边侵入石桥立交下穿铁路通道的挡土墙,需破除；基坑区域为原修筑下穿铁路桥时发生坍塌事故抢修地段,经现

场人工开挖探沟发现地下回填土存在木枕等杂物。基坑处地下水位在地表下1m左右,地表约4m厚杂填土,基坑底以下为厚度约为23m的淤泥质粉质黏土层。其现场情况参见图1。

2 工程难点

该基坑一侧紧邻营业线,受列车荷载比较大；一侧位于引道产生的凌空面处；致使基坑围护结构一侧荷载超出常规,一侧凌空无有效后背提供支反力,整个围护结构承受不对称荷载。且笕杭线为沪杭高铁进杭州站的繁忙运营干线,其线路安全受到高度重视,必须确保基坑施工期间该处营业线变形处于微小的允许范围内。

但该基坑紧邻营业线,距离过近,没有施工空间,不能采用钻孔桩作为围护。若采用钢板桩围护,则因基坑底淤泥质土层的力学性质比较差,难以提供围护结构所需的支撑反力,致使钢板桩的变形和位移较大,不能确保营业线的变形要求。这样传统的钢板桩围护或钻孔桩围护均无法采用,必须打破常规,探索能够满足现场需求的新型围护结构。

3 施工总体方案

根据现场条件,经多方研究论证,只能采用先改善土层力学性质、再利用改良后土体提高围护结构自身抵抗外荷载抗力的施工方法。

支撑采用先钢板桩封闭围护,然后在基坑内利用高压旋喷桩加固基坑底土体,改善土层力学性质,提高坑内土体对围护结构的有效被动土压力；同时在基坑外利用高压旋喷桩加固被动区土体,提高台后土体对围护结构的被动土压力。这样可以有效克服不利地形和地质情况对围护结构的不对称荷载,保证营业线安全营运。

4 围护设计

4.1 地质情况

29#承台处地层为自上而下分别为杂填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、泥质粉砂岩；地下水位埋深普遍较浅,水位埋深1m左右。在基坑围护结构范围内的土层具体情况如表1所示。

根据水泥土研究成果,经高压旋喷桩加固后,淤泥质土的土工参数最小取值为:容重γ=20kN/m3,粘聚力α=80kPa,内摩擦角φ=25°

4.2 设计荷载

按《铁路路基设计规范》(TB10001-2005)中附录A“列车和轨道荷载换算土柱高度计分部宽度”规定,列车和轨道荷载取59.7kPa,作业在路基顶面的分部宽度为3.7m。路基比重按20kN/m3考虑。根据现场双线和路基情况,经换算营业线侧总荷载大小为:59.7+0.48×20=69.32kPa,总荷载作用宽度取8.1m,距离钢板桩距离为1.8m。

没有路基和行车荷载的支护分区,按浙江省颁《建筑基坑技术规程》规定,取值20kPa的超载。引道挡土墙处凌空面外荷载取0kPa。

4.3 围护设计

采用12m长拉森IV型钢板桩封闭基坑,钢板桩内距顶口1m处设置一道HW400型钢的内围囹,采用HW400型钢作为对口撑垂直线路方向设置2道,间距为8.55m+3.0m+8.55m,并设置型钢立柱支撑对口撑自重；围护四角设置角撑。同时为了改善土层的力学性质,平衡不对称荷载,在基坑内侧采用8m长高压旋喷桩咬合满堂加固,并在既有线对侧的钢板桩外侧施工5排12m长高压旋喷桩咬合满密打。基坑开挖前,基坑内井点降水至基坑底以下0.5m后进行分步分层开挖,并及时支护。

如图2所示。

4.4 围护计算

采用理正深基坑支护结构设计软件,分别进行整体和单元建模分析。经计算,施工过程中,钢板桩最大变形量为23.83mm≤0.7%H=27.58mm,符合施工控制要求。

整体稳定验算、抗倾覆稳定性验算、抗隆起验算、抗管涌验算、嵌固深度计算均合格,满足要求。

钢板桩最大弯矩M=157.9kN*m；强度检算如下:

钢板桩截面模量W=2200cm3,折减系数取0.7。

σmax=Mmax/W=157.9×106/0.7×2.2×106=102.5MPa≤200MPa,

钢板桩自身强度符合要求。

HW400型钢围囹最大内力N=1190KN；强度检算如下:

HW400型钢截面积A=214.45cm2,计算长度L=17.3m,

长细比λ=1730/17.45=100,查《钢规》得稳定系数ψ=0.555。

σmax=N/(ψA)=1190×103/(0.555×21445)=100MPa≤200MPa,满足要求。

围囹自身强度符合要求。

5 施工组织

5.1 施工顺序

施工准备→钢板桩要点插打→高压旋喷桩施工→内侧井点降水→开挖并进行支撑安装→开挖至基坑底以上30cm改由人工开挖至设计底标高→承台施工→基坑回填→拔除钢板桩、孔洞灌细砂

5.2 施工准备

请铁路设备管理单位派人现场指导开挖探沟,弄清管线位置及走向后,与设备管理单位签订安全协议,并对受影响管线进行迁改或保护。临时封闭石桥路西侧半幅非机动车道,采取彩钢板围挡和防护墩临时防护。探明石桥路西侧非机动车道处地下管线位置并破除承台范围内浆砌片石挡墙。

进行机械、物资准备,向路局申请临近营业线施工计划。

5.3 钢板桩插打

采用履带式钢板桩打拔机垂直插打,在插打钢板桩前先探明地下管线情况,在确定没有管线的情况下才可进行施工。插打顺序为先既有线侧,再其他三侧。

如图3所示。