竹叶山站深基坑开挖对近距离高架桥的安全影响研究

张 勇 陈 飞 朱 敏

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉430010）

地铁穿行于闹市区，车站基坑工程紧邻城市高架桥的情况经常会遇到，如何控制深基坑工程施工对高架桥的影响已经成为基坑设计和施工中的重难点。

1 工程概况

1.1 周边环境情况

武汉地铁8 号线竹叶山站位于武汉市江岸区，金桥大道与发展路交叉路口以北的田田绿化广场下，为三层地下岛式站台车站。车站基坑总长222.96m，标准段外包宽度为23.1m，基坑开挖深度约24.9～26.4m，开挖面积为5420m2。基底主要位于（4-1）粉砂层。基坑安全等级为一级。车站大里程端分布有金桥大道及发展大道高架桥，其基础形式为φ1200 钻孔灌注桩端承桩，桩长46～48m。桥桩承台距离基坑围护结构边缘1.9～7.5m。基坑周边环境示意图见图1。

图1 基坑周边环境示意图

1.2 工程地质概况

基坑位于长江Ⅰ级阶地，拟建场地自上而下土层分别为1-1 杂填土、3-1 黏土、3-4 淤泥质粉质黏土夹粉土、粉砂、3-5粉土夹粉砂、粉质黏土、4-1 粉砂、4-2 粉细砂。基坑底部的岩土层主要为4-1 粉砂。拟建工程场地地下水主要为上层滞水、承压水及基岩裂隙水。承压水主要赋存于粉土、砂土层（地层编号为3-5 及4 层）中，主要接受侧向地下水的补给及向侧向排泄，与长江水水力联系密切，呈互补关系，地下水位季节性变化规律明显，水量较为丰富。勘察期间实测场地内承压水位埋深为4.80m。

图2 基坑与高架桥桥桩位置关系

2 基坑支护方案及风险控制措施

基坑施工对周边环境的影响主要由基坑土方开挖卸荷和基坑降水引起的周边位移场的变化，而高架桥基础对地层变形是相当敏感的，控制标准相当严格[1]。本工程基坑支护设计时基坑开挖对高架桥影响要求按位移小于10 mm、墩台差异沉降量小于5mm 进行控制。采取的基坑支护方案如下：

2.1 靠近高架桥部位基坑围护结构采用刚度较大的1000 mm 厚地下连续墙+6 道钢筋混凝土支撑系统的顺作法方案。地下连续墙为两墙合一，墙深49.0 m。

2.2 为减小基坑开挖降水对周边建构筑物的不利影响，车站主基坑采用落底式截水帷幕。主体基坑围护结构底部进入基岩不少于3m，坑内为疏干降水，形成相对的隔水边界。

2.3 对于大里程端靠近基坑的高架桥桩采用高压旋喷、注浆等方式对桥桩周边土体进行加固。

3 数值模拟分析

3.1 模型参数

本工程基坑为长条矩形，根据文献[2-3]结论，采用平面有限元模型进行模拟分析，可以满足工程精度要求。选取距离基坑最近的高架桥桩建立Midas/GTS 二维数值模型，具体剖面如图2所示。土层计算参数取自地勘报告（表1），桥面自重及车辆荷载简化为150kPa 均布荷载作用在承台上。

作者简介:张勇（1990，2-）,男,汉,安徽芜湖人,工程师,硕士,研究方向:岩土与地下工程。

表1 基坑岩土设计参数

3.2 模型的建立

为了减小边界条件对计算结果的影响，建立一个宽度方向135m，高度方向100m 的基坑开挖模型，如图3 所示。地下连续墙、支撑、桩基础采用线弹性模型，土体采用莫尔- 库伦本构模型。有限元计算工况按实际施工步序设置，共分为15 个计算工况，从施工地下连续墙、开挖第一层土、架设第一道支撑一直到基坑开挖到基底。按照设计开挖顺序，通过“生死单元”来模拟具体的施工工况。

图3 基坑开挖对桥桩影响二维模型图

3.3 计算结果与分析

根据计算结果，提取高架桥桩基水平位移图、竖向位移图，分别如图4、图5 所示。从图中可得到基坑开挖到底时，距离基坑较近的桥桩，其桩顶水平位移为9.7mm，竖向沉降为1.5mm；距离基坑较远的一根桩，其桩顶水平位移为9.69mm，竖向沉降为0.6mm，因此两桥桩沉降差为0.9mm。因而在基坑开挖前对周边临近桥桩采用高压旋喷桩、花管注浆等措施对桥桩周边土体进行加固可以将高架桥变形控制在允许范围内。施工过程中加强监测，根据监测结果采取跟踪注浆措施，可以保证基坑开挖过程中高架桥的安全。

4 结论

邻近高架桥的深基坑工程，对周边环境保护要求高，通过选择刚度较大的地下连续墙加砼支撑支护体系和桥桩加固相结合的措施，能将基坑变形控制在可控范围内，并能较好地保护现有有高架桥，达到了理想的效果，为今后类似工程提供了成功的借鉴案例。

图4 高架桥桩水平位移云图

图5 高架桥桩竖向位移云图