论文部分内容阅读
摘要通过加强深基础施工中的风险控制，对连续梁基础设计方案进行优化，同时进行合理的基础支护设计和施工，有效增强了基坑的稳定性，降低了施工风险，减小对既有轻轨路基的影响，从而保证深基础施工的顺利进行
关键词风险控制 钢板桩支护 变形监测
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
随着高速铁路现代化进程的快速发展，桥梁特别是大跨、立交结构桥梁不断涌现，相邻的构造物之间的影响使得施工难度和施工风险也越来越大，在项目实施阶段如何降低施工难度、控制施工风险成为许多项目要考虑的首要问题。本工程通过对大跨连续梁基础原有设计进行优化，降低施工难度，同时对深基础支护进行设计，通过加强施工中的变形监控，从而顺利完成连续梁深基础施工任务。
1 工程概况
1.1地理位置
本工程地处华北平原的北部，为滨海冲积平原，地形平坦开阔。线路在CJDK38+215.44里程处上跨既有轻轨线路，交叉角度为164340。
1.2桥跨结构与既有线路关系
跨越区域位于轻轨延伸线桥梁地段，跨越点采用（80+128+80）m预应力混凝土连续箱梁，悬臂浇筑法施工。进入轻轨保护区的桥墩主要为连续梁的四个桥墩及两侧各两个普通跨度桥墩。
交叉点对应轻轨左右线里程分别为K127+967.74、K127+979.99，轻轨为路基段，有碴轨道，线下路基基底采用水泥搅拌桩加固，桩径0.5m，间距1.2m，桩长8.0m，等边三角形布置。
1.3地质及水位情况
根据地质勘察报告，该施工范围内地质情况为淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土，属于软弱地层，承台基坑施工过程必须进行支护。
地下水为第四系孔隙潜水，勘测期间地下水位埋深1.60～3.80m(高程-3.92～-0.99m）。地下水主要受大气降水及河水补给，以蒸发方式排泄，水位季节变化幅度1～3m。
地下水在化学侵蚀环境下,对混凝土结构具硫酸盐侵蚀性,环境作用等级为H2,具有镁盐侵蚀性，环境作用等级为H1，在氯盐环境下具氯盐侵蚀性,环境作用等级为L3。
2 基础施工风险分析
原设计连续梁主墩承台平行新建线路布置，承台侵入既有轻轨既有路基范围较大，施工会对既有轻轨路基稳定造成较大影响。原设计主墩底层承台高5m，第二层承台高4m，承台平行新建线路布置，承台顶高程为-0.207m和0.625m，承台底高程为-9.207和-8.375，基坑需开挖9m左右。
在轻轨路堤两侧不对称地开挖基坑进行桥梁基础施工，对地基基础具有一定的扰动，由于基坑距离轻轨路基距离近，基坑开挖面积大，而且深度较深，开挖基坑施工有可能引起路基局部沉降，或不均匀沉降，进而引起轨道不平顺影响轻轨列车的行车舒适性和安全性。
3优化原有设计
1．旋转承台角度。两层承台同时旋转13°，与轻轨线路平行，减小承台侵入轻轨路基范围。
2．减小承台高度，降低开挖、支护难度。优化设计后底层承台高4m，第二层承台厚3m，
3．提高承台标高，减小开挖深度。承台顶高程为1.793m和0.625m，承台底高程为-5.207m和-4.375m，基坑开挖在5左右。
优化后承台厚度减薄，承台顶高程抬高，基坑开挖深度较原设计减小4m，承台角度旋转后侵入轻轨范围缩小，大大减小了施工难度。
4深基础防护整体设计
主墩靠近轻轨侧基坑防护采用钻孔灌注桩，桩径0.8m、桩间距1.0m，桩长14.0m，桩顶设置钢筋混凝土冠梁。止水帷幕采用单层直径0.60m水泥搅拌桩，桩间距0.4m咬合布置（复搅两遍），桩长12m。防护桩距线路中心最小距离为7.57m，与接触网立柱中心最小距离为4.57m。防护桩边缘与轻轨地基加固桩边缘最小距离为0.75m，止水帷幕与轻轨地基加固桩边缘最小距离为0.25m，均不侵入轻轨地基加固范围。
远离轻轨侧采用400×400×13×21mm型钢，间距0.45m，桩长14m，外侧采用拉森钢板桩止水帷幕，钢板桩顶设置钢筋混凝土冠梁。
主墩以外的其他桥墩，因与轻轨距离较远（距线路中心大于27m），基坑开挖深度较浅（5m左右），设计采用止水钢板桩防护，基坑底部采用C15封底混凝土。
基坑支护平面图见图1，横断面圖见图2
图1：670#、671#墩基坑支护平面图
图2：670#、671#墩基坑支护横断面图
基坑防护计算采用“同济启明星深基坑计算软件”进行计算，基坑设计等级为一级。
轻轨荷载按实际轻轨轴重考虑1.2倍的安全系数后，等效成均布荷载施加在基坑边缘。桩顶以下0.4m处设置一道横向钢支撑，钢支撑下设牛腿支架，支架上焊接一道钢腰梁。
防护桩内力及变形计算采用《建筑基坑围护技术规程》（JGJ120-99）。
5基础稳定性监测方案
基础施工过程中的稳定性监测是实施风险控制的重要手段
具体监测内容包括：基坑支护桩顶冠梁的水平位移与沉降；基坑水平支撑的轴力；地下水位；路堤坡脚处地基土的分层水平位移；路基的沉降与水平位移；
（一） 基坑支护桩顶冠梁的水平位移与沉降
（1）监测范围：基坑支护桩顶冠梁；
（2）监测方法：利用精密水准仪观测测点高程变化情况，利用全站仪观测测点的水平坐标变化情况。
（3）监测仪器：精密水准仪，精度0.01mm；全站仪，精度1″。
（4）监测点埋设：冠梁施工完成后每隔5m埋设一个测点，角顶布设1个，共计约20个；
（二）基坑水平支撑的轴力
（1）监测范围：两个基坑最长的4根横向支撑；
（2）监测方法：在水平钢支撑上布设振弦式传感器，定期采集读数，根据读数分析轴力变化情况；
（3）监测仪器：振弦式应变计和读数仪，精度0.5kN；
（4）测点布设：传感器布在与轻轨线路正交的水平支撑上，每个基坑选择3根最不利的水平支撑进行测试；
（三） 地下水位
（1）监测范围：基坑对应范围，沿线路方向约30×2=60m，深度范围6-8m；
（2）监测方法：钻孔利用简易方法直观地观测水位变化情况；
（3）监测仪器：柔性尺子或+系重物标有刻度的绳索；
（4）测点布设：在基坑周围选择一处进行钻孔；
（四）路堤坡脚处地基土的分层水平位移
（1）监测范围：基坑对应范围，沿线路方向约30×2=60m，深度范围6-8m；
（2）监测方法：利用测斜仪沿测斜管每个1m读取地层的水平位移；
（3）监测仪器：测斜仪和铝合金高精度测斜管（型号:M317548），精度0.1mm；
（4）测点布设：在桥梁主墩一侧路堤坡脚与防护桩之间布设5个测点，共计10个测点；
（五）路基的沉降和水平变形
（1）监测范围：基坑宽度+100m（向两端各延伸约50.0m），共计约260m。
（2）监测方法：利用精密水准仪观测测点高程变化情况，利用全站仪观测测点的水平坐标变化情况。
（3）监测仪器：精密水准仪，精度0.01mm；全站仪，精度1″；
（4）监测点埋设：基坑范围内每隔3m一组，基坑两端外延部分每隔10m一组，共计80组；每个断面为一组，每组3个测点，共计240个测点。测点为钢制测钉，顶部光滑且具有凸球面，测钉打入土体中0.8～1.0m，测钉与土体间用混凝土填充，保证测钉不松动；
6监测控制标准
为了既能够保证安全与施工质量，而又不频繁报警影响施工，将控制标准分为两类：警戒值和控制值。警戒值是指允许达到，但达到后必须采取相应的措施进行控制，避免参数进一步增大；控制值是指不允许达到的极限值。当监测指标接近或达到控制标准时，应立即停止施工，迅速组织人员进行分析处理，采取相应的工程措施，并提高监测频率，待加固稳定且轻轨线路满足安全行车条件后方可继续施工。控制标准如下：
（1）基坑支护桩顶冠梁的水平位移与沉降
水平位移警戒值和控制值分别为10mm和15mm；沉降警戒值和控制值分别为10mm和15mm；
（2）基坑水平支撑的轴力 警戒值和控制值分别为设计轴力的20%和30%；
（3）路堤坡脚处地基土的分层水平位移 警戒值和控制值分别为3mm和5mm；
（4）地下水位 警戒值和控制值分别按0.5m和1.0m控制。
（5）路基沉降和水平位移
路基沉降警戒值：最大值达到8mm或者3处相邻测点不均匀沉降最大值达到5mm；控制值：最大值达到10mm或者3处相邻测点不均匀沉降最大值达到8mm；
路基水平位移警戒值：横向水平位移达到5mm（即路堤边坡稳定性出现失稳征兆）；控制值：横向水平位移达到10mm。
7结束语
通过对连续梁基础设计方案的优化，以及进行合理的基础支护设计，采用防护桩和止水钢板桩形成整体支护对深基坑进行加固处理，有效增强了基坑的稳定性，减小对既有轻轨路基的影响，降低成本、节约工期、降低施工风险，同时采取精确可靠的监测措施，对施工全过程进行风险控制，取得了良好的效果，对类似工程的施工具有借鉴及指导作用。
关键词风险控制 钢板桩支护 变形监测
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
随着高速铁路现代化进程的快速发展，桥梁特别是大跨、立交结构桥梁不断涌现，相邻的构造物之间的影响使得施工难度和施工风险也越来越大，在项目实施阶段如何降低施工难度、控制施工风险成为许多项目要考虑的首要问题。本工程通过对大跨连续梁基础原有设计进行优化，降低施工难度，同时对深基础支护进行设计，通过加强施工中的变形监控，从而顺利完成连续梁深基础施工任务。
1 工程概况
1.1地理位置
本工程地处华北平原的北部，为滨海冲积平原，地形平坦开阔。线路在CJDK38+215.44里程处上跨既有轻轨线路，交叉角度为164340。
1.2桥跨结构与既有线路关系
跨越区域位于轻轨延伸线桥梁地段，跨越点采用（80+128+80）m预应力混凝土连续箱梁，悬臂浇筑法施工。进入轻轨保护区的桥墩主要为连续梁的四个桥墩及两侧各两个普通跨度桥墩。
交叉点对应轻轨左右线里程分别为K127+967.74、K127+979.99，轻轨为路基段，有碴轨道，线下路基基底采用水泥搅拌桩加固，桩径0.5m，间距1.2m，桩长8.0m，等边三角形布置。
1.3地质及水位情况
根据地质勘察报告，该施工范围内地质情况为淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土，属于软弱地层，承台基坑施工过程必须进行支护。
地下水为第四系孔隙潜水，勘测期间地下水位埋深1.60～3.80m(高程-3.92～-0.99m）。地下水主要受大气降水及河水补给，以蒸发方式排泄，水位季节变化幅度1～3m。
地下水在化学侵蚀环境下,对混凝土结构具硫酸盐侵蚀性,环境作用等级为H2,具有镁盐侵蚀性，环境作用等级为H1，在氯盐环境下具氯盐侵蚀性,环境作用等级为L3。
2 基础施工风险分析
原设计连续梁主墩承台平行新建线路布置，承台侵入既有轻轨既有路基范围较大，施工会对既有轻轨路基稳定造成较大影响。原设计主墩底层承台高5m，第二层承台高4m，承台平行新建线路布置，承台顶高程为-0.207m和0.625m，承台底高程为-9.207和-8.375，基坑需开挖9m左右。
在轻轨路堤两侧不对称地开挖基坑进行桥梁基础施工，对地基基础具有一定的扰动，由于基坑距离轻轨路基距离近，基坑开挖面积大，而且深度较深，开挖基坑施工有可能引起路基局部沉降，或不均匀沉降，进而引起轨道不平顺影响轻轨列车的行车舒适性和安全性。
3优化原有设计
1．旋转承台角度。两层承台同时旋转13°，与轻轨线路平行，减小承台侵入轻轨路基范围。
2．减小承台高度，降低开挖、支护难度。优化设计后底层承台高4m，第二层承台厚3m，
3．提高承台标高，减小开挖深度。承台顶高程为1.793m和0.625m，承台底高程为-5.207m和-4.375m，基坑开挖在5左右。
优化后承台厚度减薄，承台顶高程抬高，基坑开挖深度较原设计减小4m，承台角度旋转后侵入轻轨范围缩小，大大减小了施工难度。
4深基础防护整体设计
主墩靠近轻轨侧基坑防护采用钻孔灌注桩，桩径0.8m、桩间距1.0m，桩长14.0m，桩顶设置钢筋混凝土冠梁。止水帷幕采用单层直径0.60m水泥搅拌桩，桩间距0.4m咬合布置（复搅两遍），桩长12m。防护桩距线路中心最小距离为7.57m，与接触网立柱中心最小距离为4.57m。防护桩边缘与轻轨地基加固桩边缘最小距离为0.75m，止水帷幕与轻轨地基加固桩边缘最小距离为0.25m，均不侵入轻轨地基加固范围。
远离轻轨侧采用400×400×13×21mm型钢，间距0.45m，桩长14m，外侧采用拉森钢板桩止水帷幕，钢板桩顶设置钢筋混凝土冠梁。
主墩以外的其他桥墩，因与轻轨距离较远（距线路中心大于27m），基坑开挖深度较浅（5m左右），设计采用止水钢板桩防护，基坑底部采用C15封底混凝土。
基坑支护平面图见图1，横断面圖见图2
图1：670#、671#墩基坑支护平面图
图2：670#、671#墩基坑支护横断面图
基坑防护计算采用“同济启明星深基坑计算软件”进行计算，基坑设计等级为一级。
轻轨荷载按实际轻轨轴重考虑1.2倍的安全系数后，等效成均布荷载施加在基坑边缘。桩顶以下0.4m处设置一道横向钢支撑，钢支撑下设牛腿支架，支架上焊接一道钢腰梁。
防护桩内力及变形计算采用《建筑基坑围护技术规程》（JGJ120-99）。
5基础稳定性监测方案
基础施工过程中的稳定性监测是实施风险控制的重要手段
具体监测内容包括：基坑支护桩顶冠梁的水平位移与沉降；基坑水平支撑的轴力；地下水位；路堤坡脚处地基土的分层水平位移；路基的沉降与水平位移；
（一） 基坑支护桩顶冠梁的水平位移与沉降
（1）监测范围：基坑支护桩顶冠梁；
（2）监测方法：利用精密水准仪观测测点高程变化情况，利用全站仪观测测点的水平坐标变化情况。
（3）监测仪器：精密水准仪，精度0.01mm；全站仪，精度1″。
（4）监测点埋设：冠梁施工完成后每隔5m埋设一个测点，角顶布设1个，共计约20个；
（二）基坑水平支撑的轴力
（1）监测范围：两个基坑最长的4根横向支撑；
（2）监测方法：在水平钢支撑上布设振弦式传感器，定期采集读数，根据读数分析轴力变化情况；
（3）监测仪器：振弦式应变计和读数仪，精度0.5kN；
（4）测点布设：传感器布在与轻轨线路正交的水平支撑上，每个基坑选择3根最不利的水平支撑进行测试；
（三） 地下水位
（1）监测范围：基坑对应范围，沿线路方向约30×2=60m，深度范围6-8m；
（2）监测方法：钻孔利用简易方法直观地观测水位变化情况；
（3）监测仪器：柔性尺子或+系重物标有刻度的绳索；
（4）测点布设：在基坑周围选择一处进行钻孔；
（四）路堤坡脚处地基土的分层水平位移
（1）监测范围：基坑对应范围，沿线路方向约30×2=60m，深度范围6-8m；
（2）监测方法：利用测斜仪沿测斜管每个1m读取地层的水平位移；
（3）监测仪器：测斜仪和铝合金高精度测斜管（型号:M317548），精度0.1mm；
（4）测点布设：在桥梁主墩一侧路堤坡脚与防护桩之间布设5个测点，共计10个测点；
（五）路基的沉降和水平变形
（1）监测范围：基坑宽度+100m（向两端各延伸约50.0m），共计约260m。
（2）监测方法：利用精密水准仪观测测点高程变化情况，利用全站仪观测测点的水平坐标变化情况。
（3）监测仪器：精密水准仪，精度0.01mm；全站仪，精度1″；
（4）监测点埋设：基坑范围内每隔3m一组，基坑两端外延部分每隔10m一组，共计80组；每个断面为一组，每组3个测点，共计240个测点。测点为钢制测钉，顶部光滑且具有凸球面，测钉打入土体中0.8～1.0m，测钉与土体间用混凝土填充，保证测钉不松动；
6监测控制标准
为了既能够保证安全与施工质量，而又不频繁报警影响施工，将控制标准分为两类：警戒值和控制值。警戒值是指允许达到，但达到后必须采取相应的措施进行控制，避免参数进一步增大；控制值是指不允许达到的极限值。当监测指标接近或达到控制标准时，应立即停止施工，迅速组织人员进行分析处理，采取相应的工程措施，并提高监测频率，待加固稳定且轻轨线路满足安全行车条件后方可继续施工。控制标准如下：
（1）基坑支护桩顶冠梁的水平位移与沉降
水平位移警戒值和控制值分别为10mm和15mm；沉降警戒值和控制值分别为10mm和15mm；
（2）基坑水平支撑的轴力 警戒值和控制值分别为设计轴力的20%和30%；
（3）路堤坡脚处地基土的分层水平位移 警戒值和控制值分别为3mm和5mm；
（4）地下水位 警戒值和控制值分别按0.5m和1.0m控制。
（5）路基沉降和水平位移
路基沉降警戒值：最大值达到8mm或者3处相邻测点不均匀沉降最大值达到5mm；控制值：最大值达到10mm或者3处相邻测点不均匀沉降最大值达到8mm；
路基水平位移警戒值：横向水平位移达到5mm（即路堤边坡稳定性出现失稳征兆）；控制值：横向水平位移达到10mm。
7结束语
通过对连续梁基础设计方案的优化，以及进行合理的基础支护设计，采用防护桩和止水钢板桩形成整体支护对深基坑进行加固处理，有效增强了基坑的稳定性，减小对既有轻轨路基的影响，降低成本、节约工期、降低施工风险，同时采取精确可靠的监测措施，对施工全过程进行风险控制，取得了良好的效果，对类似工程的施工具有借鉴及指导作用。