箱涵工程基坑开挖对临近运营高速公路桥梁的影响和保护措施

某工程K0+320~K0+550段箱涵长230?m，尺寸为3孔6.0?m×4.5?m，起点高程–1.300?m，终点高程–0.800?m。

该箱涵位于某运营高速公路机场互通立交桥下，与连接线特大桥、A2匝道桥、P匝道桥、Q3匝道桥、W匝道桥局部范围重叠，箱涵基坑距桥梁较近（图1、图2）。

图1??箱涵与桥梁的位置关系示意

图2??影响范围内桥墩位置示意

详细勘察期间，实测了14个钻孔的稳定水位，其孔隙水水位埋深0.60~2.60?m，高程介于0.360~5.410?m，平均高程为2.880?m。地下水位年变化幅度为1~2?m。

1??桥梁保护基坑设计

箱涵段（K0+320~K0+550）全长230?m，基坑支护采用灌注桩排桩围护结构+内支撑支护体系。

箱涵地基加固采用?800@1?500高压旋喷桩处理（桩长9?m）。高速公路桥梁保护为基坑两侧采用?1?200@1?500钻孔灌注桩（桩长20m）支护、??800@1?500高压旋喷桩（桩长15?m）止水帷幕形式。内支撑采用?600@4?500钢管对撑，中墙位置设?245@4?500钢管立柱支撑（图3）。

图3??基坑支护体系设计示意

将3孔箱涵改为单侧1孔，单侧双孔，以避让和保护运营高速公路桥梁（图4）。

图4 ??高速公路桥梁保护段箱涵做法示意

2 ??基坑安全性评估

箱涵基坑最大开挖深度7.0?m，安全等级为一级。选取开挖深度最大、最不利位置进行计算分析，评价基坑支护的安全性，结果见表1。

表1??基坑安全技术指标评定

计算表明，在基坑最大开挖深度位置的整体稳定性和桩顶水平位移均符合规范要求，基坑开挖对路基路面稳定影响小。

3 ??基坑开挖对周边桥梁的影响分析

3.1??箱涵基坑周边桥梁概况

在箱涵基坑周边基坑边线与桥梁桩心距1.22~ 13.6?m，基坑边线大部分距桥墩近，全部在2倍基坑开挖深度影响范围内，一旦基坑坍塌，会引发桥墩变形，给运营中的高速公路桥梁带来严重后果。

3.2??有限元分析

3.2.1??基坑模型

基坑支护结构采用?1?200 C35混凝土灌注桩（桩长20?m）+?800高压旋喷桩，按等刚度原则转化为等效板单元结构（板厚0.93?m，长20?m）；桩顶部浇筑C35混凝土冠梁截面1?200?mm×900?mm，在冠梁位置设?600×12@4?500钢管对撑；基坑开挖深度7?m，坑底以下采用?800@1?500高压旋喷桩处理，桩长9.0?m。

3.2.2??地层信息

素填土层厚4.0?m，淤泥层厚9.5?m，粉质粘土层厚2.0?m，中砂层厚2.0?m，残积土层厚9.0?m，全风化花岗岩层厚8.0?m，强风化花岗岩层厚4.0?m，中风化层厚26.5?m。

3.2.3??分析过程

岩土层采用修正摩尔库伦弹塑性模型进行计算，模型宽120?m，长200?m，地层深度65?m（图5）。

通过计算基坑开挖前后桥墩位移变化情况评价基坑开挖对桥梁的影响。分初始地应力、桥梁桩基施工、基坑支护结构施工、开挖基坑至坑底4个阶段进行分析。由于计算分析过程较多且模型尺寸较大，仅展示初始分析模型和第4个工况计算结果，基坑变形情况如图6~图9所示。

图6 ??总位移分布图（计算机截图）

图7??x向位移分布图（计算机截图）

图8 ??y向位移分布图（计算机截图）

图9??z向位移分布图（计算机截图）

3.2.4??计算结果

各桥墩总变形量最大位置为桥墩顶部，桥墩顶最大总变形量在1.1~4.1?mm，x向（垂直基坑）方向最大总变形量在–3.8~2.8?mm之间，y向（平行基坑走向）方向最大总变形量在–1.7~3.2?mm之间，z向（竖直方向，下沉为负）最大总变形量在0.3~1.2?mm之间。

据有限元计算结果表明，高速公路桥墩变形量较小，基坑开挖对桥梁安全影响较小，基坑开挖引起桥梁安全风险在可控范围内。

4??关键桥墩的保护措施

箱涵交叉段穿越2个桥墩（Q3-10、P9），为保护桥墩，箱涵在现状桥墩位置绕道通过，将3孔6?m×4.5?m箱涵改为一侧两孔6?m×4.5?m箱涵+一侧单孔6?m×4.5?m箱涵。两个桥墩成为大基坑的孤岛，其中基坑边线与墩桩心距为2.2~2.5?m，Q3-10基坑边线与P9墩桩心距仅1.6~1.7?m，由于承台与支护桩贴近，成为高速公路桥梁保护的关键。为此，施工过程中采取的保护措施如下。

（1）箱涵基坑支护桩施工采用振动较小的旋挖钻，以减少对桥墩的振动。施工前在桥墩上设置监测点，根据施工情况增加监测频率，做到实时监测，确保桥墩承台不发生偏移。

（2）采用较强的支护桩（?1?200灌注桩）及止水帷幕（?800高压旋喷桩）隔断基坑周边渗流。箱涵地基采用高压旋喷桩加固，防止地基产生突涌，保持地下水平衡。采用快速施工，避免雨期施工，做好基坑周边及坑底排水。

（3）由于基坑中（Q3-10和P9墩位置）周边土方须对称开挖，高差不超过0.5?m，以免因高差过大导致基坑支护结构坍塌，引发桥墩发生不均匀沉降。

（4）加强基坑监测，基坑应先撑后挖，确保监测数据真实可靠并及时反馈，并根据监测数据调整施工措施。

（5）基坑开挖到底后，须及时进行箱涵底板施工，形成基坑封闭。主体结构完成后，尽快进行土方回填，消除基坑安全隐患。

（6）制订基坑坍塌事故应急预案，成立应急小组，进行应急演练。