杭州市某铁路顶进框架桥临河基坑支护设计

佟健

摘要 结合杭州市某河道铁路涵洞拓宽改造工程中顶进框架桥临河基坑工程实例，探讨软土地区临河基坑支护及降水设计难点要点，涉铁工程复杂边界条件下，如何采用合理的支护结构设计方案，有效避免临河基坑两侧不对称变形的影响;合理选用降排水措施，达到临河基坑降水效果，保障基坑开挖顺利进行。根据现场实际监测结果，提出的设计方案切实可行。

关键词 涉铁工程;临河基坑;支护结构;降水设计

中图分类号 TU476 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0038-03

0 引言

杭州市地处华东地区、钱塘江下游，河网密布，水系发达。目前杭州市内既有普速铁路包括沪昆线（浙赣段、沪杭段）、萧甬线、宣杭线，另有沪杭、宁杭、杭甬、杭长等高速铁路，杭州是我国首座高铁十字架城市，随着我国轨道交通事业的飞速发展，很多涉铁工程基坑施工难以避免地需要在临河或临江区域开展。临河基坑由于河道侧有限土体、单侧主动土压力不足的特殊性，极易产生不对称变形，造成止水结构的剪切破坏，从而导致整个基坑支护体系的失效[1-2]。因此，合理选择基坑支护形式及降排水措施，对控制围护结构变形、保障施工及铁路运营安全有着十分重要的意义。

1 工程概况

杭州市某河道下穿铁路沪昆绕行线，原下穿箱涵孔径仅3 m，河道过流能力受限，综合考虑铁路安全、运输需求及现场条件，扩孔改造工程须移位新建一孔净宽12.5 m、长22 m框架桥，采用顶进法施工。邻近铁路侧该工程主基坑距离铁路中心线15 m，基坑净宽17 m、净长27 m、开挖深度6 m，基坑安全等级一级。

杭州市滨江区内河水系属钱塘江流域的萧绍平原运河水系。除白马湖及其周边部分河道为天然河湖外，区域内其他河道多为人工开挖形成，断面规整、河道顺直、坡度小、水流缓慢，且基坑所处的河道毗邻钱塘江。河岸所处场地孔隙潜水水位埋深较浅，基坑南半幅位于原有河道，河水沿浆砌片石河岸护坡流通，且地下水丰富。为满足河道施工期间不断流和临时泄洪的需要，围堰河道内设置2排ø1 200 mm的承插口钢筋混凝土管做导流管。导流管位于既有河道内，距离工作坑南侧约4 m。

2 工程地质

基坑处的土层情况简要如下：①杂填土：主要为分布于表层，成分以粉土及黏性土为主。②−1砂质粉土：灰色，稍密，湿～很湿，夹粉砂，呈黏质粉土状，层厚约4.1～7.3 m。②−2砂质粉土：灰色，稍密～中密，很湿，厚层状，层厚约12.6～15.3 m。③−1淤泥质黏土：灰色，流塑，薄层状，含有机质、云母碎屑及腐殖质，夹粉土薄层、粉砂，互层状，层厚约7.8～9.1 m。③−2粉质黏土：灰褐色，软塑，薄层状～中厚层状，层间夹粉砂薄层，分布不均，局部以粉砂为主，层厚约13.1～14.7 m。④圆砾：灰褐色、灰黄色，饱和，中密～密实，该层未揭穿。

基坑开挖深度约6 m，主要开挖土层位于②−1砂质粉土层，该层孔隙比为0.85，渗透系数0.09 m/d，透水性较强，不利于基坑设计的展开。

场地内及周边未见化学污染源存在。鉴于场地孔隙潜水水位埋深较浅，场地（浅部）土层的腐蚀性基本与地下水的腐蚀性相同，即场地土层对混凝土结构具微腐蚀性;对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010），表4.1.3及表4.1.6规定，拟建建筑的场地类别为Ⅲ类，场地土类型为中软土。场地内存在软土层，故为建筑抗震不利地段。

3 基坑设计

3.1 基坑支护方案（平面如图1）

（1）基坑临近既有铁路侧，该处铁路为高路基，铁路轨顶至坑底高差大于10 m，等效荷载80 kPa，无其他附加施工荷载情况，支护结构采用Φ100@110 cm钻孔灌注桩（如图2）。

（2）基坑北侧场地开阔平整，开挖深度6 m，另考虑常规施工附加荷载，采用Φ80@100 cm钻孔灌注桩作为支护结构。

（3）基坑南侧半幅位于既有河道内，考虑到基坑主动区土体有限，为降低有限侧土压力减少而导致的基坑围护体系不平衡受力的不利影响，尽量避免围护结构双重变形，采取围堰内局部回填至设计标高，使基坑围护体系南北两侧桩顶标高一致，以弥补土压力不足造成的不利影响[3-4]。

3.2 基坑降水方案

在基坑工程中，为避免流砂、突涌，保证周边环境安全，需要采用合理措施进行降排水。顶进工作坑周边设置环形排水沟，端部设置集水井进行集中排水。基坑开挖前需将地下水降水至设计标高以下1.0 m，降水深度约7 m。

杭州地区常用的降水方式为轻型井点及管井井点降水法，其中轻型井点降低水位一般小于6 m，且降水面积较小，适用地层主要为粘质粉土、粉土层，其降水能力较弱，由于基坑所处河岸地段地下水量较大，影响土层主要为砂质粉土层，透水性较强，故选取可以满足更大降深、影响面积更大、总涌水量更高降水需求的管井井点降水法[5]。

基坑围护桩外侧均设置搭接20 cm的双排Φ60 cm高压旋喷桩做止水帷幕封闭，顶进前端设置高压旋喷桩墙，预防顶进“扎头”并有效隔离既有路基地下水，保障行车安全。

基坑等效半径r=0.29×（27.0+17.0）=12.8 m，降水影响半径R=2×7.0×（0.09×20.0）0.5=2.7 m，總涌水量Q=3.14×0.09×（2×20.0-7.0）×7.0/ln（1+2.7/12.8）=341.3 m3/d，经迭代计算，需要井数12孔，井深约9 m。

4 施工监测

4.1 监测点布置

由于基坑邻近铁路营业线，且周边环境复杂，施工期间河流不中断，根据铁路部门相关管理规定及规范要求，施工期间对基坑支护系统须加强监测，根据监测信息的实时反馈掌握基坑支护系统实际状况，确保支护系统和周围环境的安全。结合基坑具体情况，提出如下监测点布置要求：

（1）工作坑前端的铁路路基应沿线路方向每间隔10 m至少布置一组沉降和位移监测点。

（2）围护墙顶水平位移和墙顶沉降，应沿基坑周边每15 m布置一组测点，基坑角点及边长重点均应布置监测点。

（3）基坑周围地表沉降，每开挖一段宜设一测量断面，每一测量断面在垂直基坑方向两倍坑深范围内宜布设4～6个沉降测点，每个开挖段土坡的坡顶上应设2个位移监测点。

（4）在主体结构基坑止水帷幕外侧2 m左右布置水位观测孔，间距不大于50 m。

（5）地下管线的沉降和位移观测宜布置直接测定。

（6）坑底隆起回弹测量断面不应少于两组，宜布置于基坑中部，每一测量断面应有两个测点。

4.2 监测要求

监测控制标准和预警标准如表1所示，建议的监测频率如表2所示。

4.3 监测结果

基坑开挖前5天开始降水，其间基坑侧壁局部出现少量渗水、降水困难情况，经多方研判，原因有以下几点：

（1）基坑围护结构不对称变形导致止水帷幕局部破损渗漏。

（2）汛期施工河道及地下水水位变化较大，管井井点数量不足。

（3）降水队伍急于降水，井点过深，渗流路径深于帷幕桩，导致帷幕失效。采取如下应急措施：被动区及时回填，渗漏处予以注浆处理，并调整深井孔数及井深。调整后降水效果如达到预期，基坑开挖期间线路轨道、路基及围护结构变形等监测值均在规范允许范围内，说明采取的基坑围护、降水措施及监测均切实可行。

5 结论

通过对杭州市某铁路顶进框架桥临河基坑支护设计案例分析，得出如下几点启示：

（1）对于临河基坑支护结构的设计，应提高对河道侧有限土体主动土压力不足的重视，采取增大桩径或适度增加堆载等措施，以抵御不平衡受力带来的不利影响，避免不对称变形造成止水帷幕剪切破坏，从而导致基坑体系整体性失效。

（2）在渗透系数比较大的粉砂土质临河基坑设计中，应综合考量土体的毛细效应，在基坑渗流稳定性计算中适度提高计算水头高度，以保障止水设计的有效性及安全性。

（3）临河基坑设计中，如何有效隔离地下水为重中之重，常规采用密打搭接的水泥搅拌桩或高压旋喷桩形成封闭的止水帷幕体系，困难条件下亦可采用咬合钻孔灌注桩形成隔离墙，均可达到较好的止水效果[6]。

（4）临河基坑因其所处的特殊周边环境及地质条件，止水帷幕失效常有发生，施工期间应加强监测，当降水效果达不到预期或坑内水位异常反复，甚至坑壁出现渗流点，应及时采取应急措施，如被动区回填、帷幕注浆补漏等，避免河水倒灌[7-8]。

参考文献

[1]刘国彬， 王卫东. 基坑工程手册（2版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社， 2009.

[2]吴旭君， 郑平， 赵伟， 等， 滨海地区软土地层超深基坑支护设计实例[J]. 岩土工程学报， 2010（S1）： 388-391.

[3]马平， 秦四清， 钱海涛. 有限土体主动区土压力计算[J]. 岩石力学与工程学报， 2008（Sl）： 3070-3074.

[4]李峰， 郭院成. 基坑工程有限土体主动土压力计算分析研究[J].建筑科学， 2008（1）： 15-18.

[5]王春， 李春忠. 深基坑工程降水技术研究与实践[M]. 济南：山东大学出版社， 2016.

[6]许凯奇， 李启明. 钻孔灌注桩与旋喷桩组合止水帷幕的設计和应用[J]. 工业建筑， 2007（S1）： 759-762.

[7]徐勇， 王心联. 深基坑止水帷幕失效原因分析及处理措施研究[J]. 地下空间与工程学报， 2010（6）： 1251-1255

[8]建筑基坑支护技术规程： JGJ120—2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2012.