深井基坑开挖对临近桥台影响分析

许峰

（镇江市水业总公司，江苏 镇江 212008）

1 工程概况

镇江市建成区污水管网全覆盖和污水全收集、全处理及海绵建设完善工程——运粮河东段污水截流管改造优化工程位于镇江市润州区三茅宫片区，该工程采用顶管法施工。施工过程中，顶管的接收井基坑位于镇江金山桥的安全保护区域内，因此需要评估接收井基坑开挖对金山桥桥台变形的影响。

金山桥总长58.8m，根据《城市桥梁设计规范》（CJJ 11—2011）规定，该桥应为中桥。根据《城市桥梁养护技术标准》（CJJ 99—2017）规定，对于修建地下结构、顶管推进、埋设管线、顶管施工等作业的城市桥梁安全保护区域，可划分为桥梁垂直投影面周边各60m范围；对于一级基坑，桥梁的安全保护区域为55m，对于二级基坑，桥梁的安全保护区域为50m。本工程中接收井距离金山桥桥台的最近距离为46.2m，接收井与金山桥的相对位置如图1所示。

图1 接收井与金山桥北新河桥位置

接收井基坑的支护结构为直径为700mm的双重管高压旋喷桩加直径为900mm的钻孔灌注桩，搭接200mm，坑底绝对标高-5.70m，场地整平绝对标高7.20m，基坑挖深12.90m；接收井基坑支护剖面图如图2所示。

图2 接收井基坑支护剖面

2 三维数值模型的建立

采用三维数值模型分析接收井基坑开挖对镇江金山桥桥台的影响，并结合以前学者的研究成果[1-3]，计算模型的尺寸为125m（长）×50m（宽）×60m（高）。三维有限元计算模型如图3所示。其中，接收井基坑开挖深度12.9m，基坑平面尺寸为5.9m×7.6m。

图3 三维数值计算模型

由勘察报告可知，模拟区域共有5层岩土，具体土体参数分别如表1、表2所示。模拟时土体采用实体单元模拟，接收井基坑围护桩、金山桥承台采用板单元模拟，金山桥桩基采用植入式梁单元模拟。

表1 计算模型岩土层参数（一）

表2 计算模型岩土层参数（二）

3 计算结果分析

3.1 第一层土开挖及冠梁施工阶段

分析开挖第一层土及冠梁施工阶段对镇江金山桥桥台的影响，分析结果如图4、图5所示。从图可得知，第一层土开挖及冠梁施工后，模型整体的最大横向位移约为0.4mm，位置在基坑边缘；模型整体的最大沉降约为2.4mm，位置在基坑内部。

图4 开挖第一层土及冠梁施工阶段模型横向位移

图5 开挖第一层土及冠梁施工阶段模型沉降

3.2 第二层土开挖及第一道环梁阶段

分析开挖第二层土及第一道环梁施工阶段对镇江金山桥桥台的影响，分析结果如图6、图7所示。从图6、图7可得知，第二层土开挖后，模型整体的最大横向位移约为0.4mm，位置在基坑边缘；第二层土开挖后，模型整体的最大沉降约为2.6mm，位置在基坑内部。第一道环梁施工后，模型整体的最大横向位移约为0.4mm，模型整体的最大沉降约为2.7mm，位置在基坑内部。开挖第二层土时的桥墩沉降如图8所示。从图8可知，开挖第二层土后桥墩的最大沉降约为0.6mm，位置位于靠近基坑的一面。

图6 开挖第二层土及第一道环梁阶段模型横向位移

图7 开挖第二层土及第一道环梁阶段模型沉降

图8 开挖第二层土时的桥墩沉降

3.3 第三层土开挖及第二道环梁阶段

分析开挖第三层土及第二道环梁施工阶段对镇江金山桥桥台的影响，分析结果如图9、图10所示。从图9、图10可得知，开挖第三层后，模型整体的最大横向位移约为0.4mm，位置在基坑边缘；开挖第三层土后，模型整体的最大沉降约为2.7mm，位置在基坑内部。第二道环梁施工后，模型整体的最大横向位移约为0.4mm，模型整体的最大沉降约为2.5mm。开挖第三层土时的桥墩沉降如图11所示。从图11可知，开挖第三层土后桥墩的最大沉降约为0.8mm，位置位于靠近基坑的一面。

图9 开挖第三层土及第二道环梁阶段模型横向位移

图10 开挖第三层土及第二道环梁阶段模型沉降

图11 开挖第二层土时的桥墩沉降

3.4 第四层土开挖及基坑底板阶段

分析开挖第三层土及第二道环梁施工阶段对镇江金山桥桥台的影响，分析结果如图12、图13所示。从图12、图13可得知，开挖第四层土及基坑底板施工后，基坑冠梁的最大横向位移约为0.15mm，大部分土体和结构的横向位移在0.35mm左右。基坑冠梁的最大沉降约为2.1mm，大部分土体和结构的沉降在0.5mm左右。金山桥桥台的最大沉降约为0.1mm，位置位于靠近接收井的一侧。

图12 开挖第四层土及基坑底板阶段模型横向位移

图13 开挖第四层土及基坑底板阶段模型沉降

为进一步分析接收井基坑开挖对镇江金山桥桥台的影响，选取位于接收井基坑与镇江金山桥桥台之间的20个点，分析这些点的沉降变化，选取的沉降点的位置如图14所示，不同位置处的沉降如图15所示。由图可知，土体的最大沉降为3.2mm，在基坑边缘。在北新河桥位置处，桥桩沉降为0.18mm。接收井基坑开挖对周边环境的影响范围约为20m，超过20m后基坑开挖对周边环境的影响甚微。

图14 接收井基坑与镇江金山桥桥台间的沉降点位置

图15 不同位置处的沉降

4 结论

（1）接收井基坑开挖施工过程中，基坑冠梁附近土体的最大横向位移约为0.5mm，最大沉降约为2.1mm。

（2）接收井基坑开挖施工过程中，金山桥桥台的最大沉降为0.1mm，可认为基坑开挖对金山桥桥台影响甚微。