邻近桥桩明挖地铁车站基坑工程施工风险评估及优化措施研究

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1、邻近桥桩明挖地铁车站基坑工程施工风险评估及优化措施研究摘要：本文以沈阳地铁某车站主体结构基坑工程为背景，采用ABAQUS有限元分析软件对每一步开挖过程后围护结构及桥墩的水平位移进行分析，评价旋喷桩的加固效果。分析结果表明，设置旋喷桩后支护桩最大水平位移和地表的最人沉降量均显著减小，采用旋喷桩加固地层能有效的保护基坑附近桥桩不受基坑开挖影响。关键词：深基坑；旋喷桩；三维数值模拟；地铁车站0引言近年来，为了改善和发展城市交通，城市大量修建地铁。地铁的修建经常会受到城市既有环境的制约，不少地铁线路沿着既有

2、城市道路修建，导致许多新建的地铁车站的周边环境较复杂，很多紧邻既有立交桥路线建设。明挖车站在修建的过程中，由于基坑开挖引起的变形会影响到附近桥桩的安全性，在基坑设计时必须要考虑基坑开挖对既有桥桩的影响。如何在地铁工程建设中保证车站所临近的既有桥梁的安全己是一个十分重要、亟待解决的课题。木文以沈阳某地铁车站作为工程实例，具体分析深基坑开挖对于其附近桥桩的影响，研究采用旋喷桩加固地层来保护基坑附近桥桩不受基坑开挖影响的有效性。1工程概况1.1站址环境木文地铁车站为木线中间站，车站呈东西走向。车站上部道路

3、红线宽60m,道路中间为立交桥。土层物理力学参数见表1。表1土层物理力学参数1.2车站结构概况车站主体结构为二层三跨岛式站台车站，有效站台宽度12m。车站总长约190m，车站标准段总宽20.7m,顶板覆土约4.5m,车站底板埋深约18.15m。采用盖挖顺作法施工，车站北侧围护结构采用钻孔灌注桩巾800@1200,车站南侧、西侧、东侧围护结构采用钻孔灌注桩1000@1400，设置一道混凝土支撑+两道钢支撑，混凝土支撑采用800X1000,横撑水平间距为6m左右，钢支撑采用4）609钢管1=160101

4、，横撑水平间距为3m左右；采用坑外降水方案。桥桩长9m,由于桥桩与基坑边缘的最小距离仅有4米左右，因此基坑的开挖可能使桥桩产生很火的变形，为了桥桩和基坑自身的安全考虑，必须严格地限制基坑的变形。选取直径为0.6m的旋喷桩对风险源（桥桩）进行加固，桩长20.15m12二维有限元模型针对这一问题的分析采用有限源程序ABAQUS,采用服从Mohr-Coulomb破坏准则与非相关联流动法则的理想弹塑性本构模型。支护桩和桥桩均视为理想的线弹性体。模型中所有的单元均采用ABAQUS自带的CPE8R实体单元。采用

5、法向“硬接触”和罚刚度切向摩擦特性的方法来模拟桩（桥桩和支护桩）与土间的相互接触关系。摩擦系数fs的大小约为tan（0.754））。考虑到旋喷桩的力学特性，在旋喷桩与土之间采用焊接的约束形式。在桥桩桩头施加2500kN的超载来模拟真实的荷载情况。桥桩和支护桩材料的弹性模量为3.0X104MPa,混凝土的泊松比为0.2。二维有限元模型如图1所示。图1二维有限元模型采用ABAQUS的单元“激活钝化”功能来模拟真实的开挖过程。所谓“激活”单元，就是将该单元的刚度和质量都乘以一个很小的数，相当于该单元不再能

6、发挥作用。本文考虑设置和未设置旋喷桩的两种开挖工况。开挖分四次逐级开挖，每次的开挖深度分别是3.7m,6.42m，5.1m和2.93m。具体的模拟开挖步骤如下：1）选取整个基坑中的一个典型的部分进行建模，模型中包括开挖的场地、桥桩以及支护结构。2）在每一土层和桥桩上施加重力荷载，平衡初始地应力。3）在桥桩上施加由桥桩上部结构自重和交通荷载引起的超载。4）通过激活相关的单元来实现模拟支护结构施工结束后的状态。5）通过“激活”模拟开挖过程，伴随着激活相应的位移约束来模拟内支撑。6）重复步骤7）三次直到开

7、挖到达基坑底部。3结果分析图2〜5分别是基坑开挖过程中各步骤的水平位移云图，其中图（a＞是未设置旋喷桩的工况，图（b）是设置旋喷桩的工况。(b)2步骤一水平位移云(a)(b)3步骤二水平位移云(a)(b)4步骤三水平位移云(a)(b)图5步骤四水平位移云对比两种工况下的水平位移，未设置旋喷桩时近桥桩一侧支护桩最大水平位移达到28mm,不满足支护结构最大水平位移彡0.1%H且＜20mm的要求；加设旋喷桩后最人水平位移为13mm，满足要求。采用旋喷桩加固地层有效的减小了基坑支护桩的水平位移。图6是未设置

8、旋喷桩与设置旋喷桩的两种工况下桥桩的位移云图，未设置旋喷桩时，桥桩的水平位移达到3mm（图6a）;设置旋喷桩后，桥桩的水平位移减小到0.8mm（图6b）。采用旋喷桩加固地M有效的减小丫桥桩的3水平位移。与基坑边缘距离（m）地表沉降量（m）（a）（b）图6桥桩的位移云图图7两种工况地表沉降量对比图图7是对比两种工况下靠近桥桩一侧的地表最大沉降量，在未设置旋喷桩的工况的地表的最大沉降量为28mm,不满足地表最大沉降量彡0.1%H的要求，在设置旋喷桩的情况下，坑外靠近桥桩一