陳維靜，李戰(zhàn)懷

（1.天津城建設計院有限公司，天津市300122；2.天津泰達工程管理咨詢有限公司，天津市300300）

0 引言

目前，國內大中城市的大規(guī)模開發(fā)建設不僅給基坑工程技術的發(fā)展帶來了很大的機遇，更在環(huán)境保護方面給工程技術人員帶來了很多重要的挑戰(zhàn)。城市中大多數(shù)深基坑常常緊鄰交通主干道，施工場地狹小，這使得深基坑設計的難度不斷增大，更是增加了基坑工程的安全風險。由于基坑坑內土方的開挖，勢必對周圍土體應力場產生較大的影響，從而引起基坑周圍土體的變形，對臨近立交橋梁的變形也產生了較大的影響。若其變形不能得到有效控制，將可能危及臨近立交橋梁及橋墩的安全。因此，如何有效地控制基坑開挖所引起的臨近橋墩變形，成為基坑工程設計及施工所面臨的重要問題。

1 工程概況

1.1 工程概述及周邊環(huán)境

某雨污水合建泵站位于濱海軟土地區(qū)，場地現(xiàn)狀西側為海河變電站辦公用房，場地東側及北側為立交橋，場地南側緊鄰河道。該工程擬建雨污合建泵站為全地埋式，雨污水合建泵站主體為地下兩層的不規(guī)則結構，采用整體式現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，雨污水泵站之間設沉降縫。雨水泵站長33.90 m，寬31.5 m，挖深12.34 m；污水泵站長33.7 m，寬16.6 m，挖深11.00 m；泵站主體為全地下整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構。

泵站東側、北側為某立交橋，與支護樁最近距離為8.11 m，西側為河道變電站，與支護樁最近距離為13 m，南側為現(xiàn)狀海河河道防洪墻，與支護樁最近距離為8.38 m。泵站東北側立交橋橋墩下樁基礎為400 mm×400 mm的預制方樁基礎，由于該立交橋竣工至今運營時間已約有20 a，加之濱海地區(qū)立交橋橋址處于軟土地區(qū)，區(qū)域沉降明顯。根據(jù)天津市控沉報告，該區(qū)域近5 a平均沉降量為30～50 mm。

1.2 水文地質等自然條件

1.2.1 水文條件

勘察期間初見水位埋深1.50～1.60 m，靜止水位埋深0.9～1.00 m。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化。一般年變幅在0.50～1.00 m左右。根據(jù)區(qū)域地質資料，該場區(qū)承壓水頭可按地面以下2 m考慮。承壓水層為粉砂層。

1.2.2 工程地質情況

勘察最大孔深為30 m。按地層形成時代，成因類型及工程地質特征劃分為以下土層，現(xiàn)自上而下詳細分述如下：

第一層，人工填土層（Qml），厚度1.10～3.60 m，底板標高1.00～-1.64 m，主要由雜填土組成，呈雜色，松散～堅硬狀態(tài)，由磚塊、白灰土、石子、路面、混凝土等建筑垃圾組成。

第二層，全新統(tǒng)上組陸相沖積層（Q43al），厚度0.20～2.30 m，頂板標高1.00～-1.64 m，主要由粘土組成，呈黃褐色，可塑（偏軟）狀態(tài)，無層理，含鐵質，屬中等(偏高)壓縮性土。夾粉質粘土。

第三層，全新統(tǒng)中組海相沉積層（Q42 m），厚度14.80～15.50 m，頂板標高-1.10～-1.96 m，該層從上而下可分為3個亞層。第一亞層，淤泥質粉質粘土，厚度一般為4.10～6.80 m，呈褐灰～灰色，流塑狀態(tài)，無層理，含貝殼，屬高壓縮性土，夾粉土，粉質粘土薄層透鏡體，局部夾淤泥；第二亞層，淤泥質粘土，厚度一般為4.70～7.90 m，呈灰色，流塑狀態(tài)，無層理，含貝殼，屬高壓縮性土；第三亞層，粉質粘土，厚度一般為2.60～4.20 m，呈灰色，流塑～軟塑狀態(tài)，無層理，含貝殼，屬中等(偏高)壓縮性土，多夾淤泥質粘土。

第四層，全新統(tǒng)下組陸相沖積層（Q41al）。厚度5.60～6.60 m，頂板標高 -16.45～-17.16 m，主要由粉質粘土組成，呈黃灰～灰黃色，可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質，屬中等壓縮性土。局部夾粉土透鏡體。

第五層，上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層（Q3eal），該項目勘察未穿透此層，揭露最大厚度5.40 m，頂板標高-22.64～-23.20 m，主要由粉砂組成，呈黃褐色，密實狀態(tài)，無層理，含鐵質，屬中等(偏低)壓縮性土，夾粉土，局部夾粉質粘土透鏡體。

1.3 支護設計方案

雨污水合建泵站基坑總長53.41 m，寬53.20 m，現(xiàn)狀地面高程2.00 m，基坑底高程最深為-10.30 m，最淺處-8.00 m，基坑深度分別為12.34 m、10.00 m，基坑支護面積2 655 m2，基坑上口開挖面積3 283 m2。方案如下：由于場地受限，采用現(xiàn)狀地面1：1.0放坡減載1 m深度后采用灌注樁加圓環(huán)形內撐的開挖支護方式。支護樁直徑1 m，中心距1.2 m（局部支護樁直徑1.5 m，中心距1.7 m），樁長25 m，支護深度9～11 m，嵌固深度14～16.00 m，在樁頂以下0.40 m及3.9 m、7.3 m深度處設三層支撐體系，由冠梁(腰梁)及圓環(huán)形內支撐組成。冠梁、腰梁及支撐均采用鋼筋混凝土型式，冠梁(腰梁)截面尺寸：1500mm×800mm（局部冠梁截面尺寸1800mm×800 mm），圓環(huán)形內支撐截面尺寸1 800 mm×800 mm，輻射桿支撐截面尺寸：800 mm×800 mm。止水帷幕采用三軸d850@1200，樁長20 m。

為減小基坑開挖過程中對相鄰橋墩的變形影響，對支護樁與預制方樁之間土體進行加固，通過水泥攪拌樁加固寬度不同計算出橋墩位移不同，選擇合適的加固寬度，保證基坑開挖和橋梁運行安全。

2 有限元模擬分析

2.1 計算參數(shù)的選取

模擬過程中，把灌注樁按抗彎剛度等效的原則等效成地下連續(xù)墻，等效墻寬0.950 m。圍護墻、混凝土支撐、水泥土擋墻及預制方樁（截面尺寸400×400）均采用線彈性模型，土體采用Mohr-Coulomb本構模型。土體、圍護墻、混凝土支撐、水泥土擋墻及預制方樁的材料參數(shù)見表1所列。

2.2 數(shù)值模擬結果

采用ABAQUS非線性有限元軟件，建立基坑的平面有限元模型，針對基坑開挖對臨近橋墩側移的影響進行了分析。

有限元模型：基坑深度方向取30 m，長度方向取85 m。其中開挖區(qū)25 m，根據(jù)對稱取實際開挖寬度50 m的一半；基坑外取60 m，為開挖深度11.9 m的5倍。模擬考慮了臨近荷載20 kPa，臨近荷載距開挖邊線3 m，寬度為10 m。

模擬過程中，分別對支護樁與預制方樁之間土體未進行加固、支護樁與預制方樁之間土體進行水泥攪拌樁加固這兩種工況進行了有限元數(shù)值模擬，其中支護樁與預制方樁之間土體進行加固又分為水泥土擋墻厚度4.00 m和6.50 m兩種情況。

2.2.1 未進行水泥攪拌樁加固

分析結果如圖1所示。

表1 材料參數(shù)表

圖1 支護樁與預制方樁之間土體未進行水泥攪拌樁加固的水平位移對照圖（單位：m）

2.2.2 支護樁與預制方樁之間土體進行水泥攪拌樁加固

（1）水泥土擋墻厚度為：4.000 m，分析結果如圖2所示。

圖2 支護樁與預制方樁水平位移對照圖（單位：m）（擋墻厚度：4 m）

（2）水泥土擋墻厚度為：6.500 m，分析結果如圖3所示。

3 結論

本文采用平面有限元模型分析了基坑開挖對臨近橋墩側移的影響，由以上計算可得：

圖3 支護樁與預制方樁水平位移對照圖（單位：m）（擋墻厚度：6.5 m）

（1）支護樁與預制方樁之間土體未進行加固時，基坑開挖引起周邊地面最大沉降預測值為35 mm，距離基坑開挖邊線13.000 m；橋墩預制方樁最大水平位移預測值為17.5 mm（偏向基坑開挖一側），最大水平位移發(fā)生在坑底以上1.977 m處。

（2）支護樁與預制方樁之間土體進行水泥攪拌樁加固，當水泥土擋墻厚度為4.000 m時，基坑開挖引起周邊地面最大沉降預測值為18.6 mm，距離基坑開挖邊線7.820 m；橋墩預制方樁最大水平位移預測值為12.6 mm（偏向基坑開挖一側），最大水平位移發(fā)生在坑底以上2.970 m處。

（3）支護樁與預制方樁之間土體進行水泥攪拌樁加固，當水泥土擋墻厚度為6.500 m時，基坑開挖引起周邊地面最大沉降預測值為20.5 mm，距離基坑開挖邊線7.820 m；橋墩預制方樁最大水平位移預測值為10.9 mm（偏向基坑開挖一側），最大水平位移發(fā)生在坑底以上2.970 m處。

在基坑支護樁和臨近橋墩之間采用水泥攪拌樁加固的處理方法，通過選擇合適的加固寬度，合理利用支護樁與橋墩之間有限的空間，有效降低了基坑開挖風險。具有良好的經濟效益和社會效益，為今后基坑設計提供了技術借鑒。