城市地铁施工近邻短桩桥基加固效果研究..doc

摘要：结合北京地铁 10号线国贸站西北风道施工对邻近短桩桥基影响的工程问题，运用 ABAQUS软件，在对施工过程进行三维动态模拟的同时，针对不同的桥基加固方案，重点研究施工过程中桥基的变形和受力性态以及桩土相互作用机理，并将部分计算结果与量测结果进行比较。研究表明，桩基托换能够有效地减少施工期间桥基的沉降；通过地面支撑减载以及在短桩底部进行局部注浆加固处理不能有效地减少施工对桥基的沉降影响。所取得的研究成果为该工程施工提供决策和指导作用，也可供类似工程参考。 关键词：城市地铁施工；短桩桥基；加固效果；桩 -土相互作用；ABAQUS 引 言 随着城市地铁工程在我国的大量修建和快速发展，近邻桥梁基础进行地铁施工的工程案例已经越来越多，如何确保施工过程中近邻桥梁的安全，已成为亟待解决的现实难题［1］。 在建的北京地铁 10号线国贸站位于既有国贸立交桥下，车站洞室在国贸桥下基础之间穿过，施工期间桥梁的安全便成为国贸站工程施工的关键和控制因素，而施工期间桥梁的安全问题主要是由于施工导致桥梁基础变位所引起的，因此，研究国贸站施工对桥梁的影响主要是研究施工对桥梁基础的变位影响。国贸站工程影响范围内桥基密布，但就桥基桩长以及与结构的相对位置而言，主要分为短桩桥基、中长桩桥基、长桩桥基、长 - 短桩结合桥基等 4种类型，其中，短桩桥基属于最不利情况。为了确保施工期间短桩桥基的安全以及控制其变形在允许范围内，参与该工程的各方单位高度重视，制订了周详的加固方案。为了解施工期间桥基所受的响应以及选用合理的桥基保护方案，本文运用 ABAQUS软件，就国贸站西北风道施工对短桩桥基的影响以及不同加固效果进行了相关的研究和探讨。 1 工程概况 1.1 设计简介 北京地铁 10号线国贸站西北风道结构平面以及与近邻编号为 21西的短桩桥基的平面位置关系见图1所示，桥基与结构的剖面位置关系以及地层分布情况见图 2所示。图 1、2中单位为 m。 1.2 施工简介 西北风道断面采用洞桩法施工，图 3为洞桩法结构断面施工方案，其主要施工步序为：(1)预加固左右小导洞→(2)开挖和支护左右小导洞→(3)小导洞内施工钻孔灌注桩→(4)小导洞内施做桩顶冠梁以及主体拱部位于小导洞内的初期支护结构→(5)小导洞内回填混凝土→(6)预加固主体拱部→(7)开挖主洞至开挖面 1→(8)施做主体拱部初支→(9)开挖主洞至开挖面 2→(10)施做支撑 1→(11)拆除主洞内的导洞初支→(12)开挖主洞至开挖面 3→(13)施做支撑 2→(14)洞内斜向下定向注浆→(15)开挖主洞至开挖面 4→(16)施做支撑 3→(17)预加固主洞底部→(18)开挖主洞至开挖面 5→ (19)施做二衬 1→(20)拆除支撑 3→(21)施做二衬 2→(22)施做支撑 4→(23)拆除支撑 2→(24)施做二衬 3→(25)拆除支撑 1→(26)施做二衬 4→(27)拆除支撑 4。 1.3 桥基保护措施和加固方案 由图 1和图 2可知，21 西桥基不仅桩短而且与导洞支护外缘的距离在平面与剖面上只有 1.5m，因此，必须采取措施进行保护。鉴于该桥基的施工风险很大，经过比选和综合考虑，初步拟订了以下几种主要的加固方案。 1.3.1 开挖洞室周围注浆加固 即在开挖洞室周围实施注浆加固地层，改善地层的物理力学指标，主要是增加地层的变形模量 E、粘聚力 C、内摩擦角 φ等值，以减少地层的松动范围，从而达到减少地层变形的目的。具体措施为：(1)小导洞开挖周边预注浆处理，注浆范围不小于 0.8 m；(2)主体扣拱过程中拱部预注浆，注浆范围不小于0.8 m，采用大管棚配合小导管注浆；(3)主体洞内斜向下对桩周土层定向注浆，注浆范围不小于 1.5 m，开挖过程中桩间土层钢花管注浆；(4)主洞底部预加固注浆，注浆范围不小于 1.0m；(5)及时进行初期支护后的补充注浆，注浆加固范围分布见图 2所示。 1.3.2 桩底地层注浆加固 由于桩底地层为圆砾卵石层，此地层可注性较强，通过注浆加固地层可以提高地基的承载能力，也起到减少施工对桩底土层扰动的作用。实际操作过程是，水平方向上从短桩区域两侧在导洞内向中间进行夯击注浆钢管，垂直方向上则在导洞内从仰拱底部向桩基底部呈扇形逐渐靠拢。具体见图 4及图 2所示。 1.3.3 桥基托换 就是在地面选择合适的地点打设深桩，深桩的长度达到结构底板以下的圆砾卵石层，通过后植筋技术将承台扩大，并将部分荷载转移至新增设的深桩上，使之与短桩共同受力，一起抵抗变形。这样可以大大提高短桩处的承载力，同时可以进一步减小桥基的沉降。托换桩为 4根，直径为 1.0m，桩长设计为 25.4m，持力层刚好在