地下通道基坑开挖对邻近地铁高架桥梁桥墩桩基变形影响分析

地下通道基坑开挖对邻近地铁高架桥梁桥墩桩基变形影响

分析

罗小松 徐 涛 张良友 尹 添

【摘 要】本文以厦门市某一市政地下通道工程下穿地铁区间桥梁为背景，运用MidasGTS-NX建立三维数值计算模型，采用修正摩尔库伦模型，对地下通道基坑开挖引起邻近地铁桥梁墩台及桩基的变形的规律进行研究分析。 【期刊名称】《黑龙江科技信息》 【年(卷),期】2019(000)023 【总页数】2

【关键词】基坑开挖；桩基础；变形；数值分析

随着我国城市交通的大力发展,在城市地下工程的建设中,不可避免的会出现不同工程的相互交叉影响的情况,由于地下工程的复杂性及不确定性,在交叉施工的情况下,为减少工程施工的风险,对存在交叉节点的工程进行安全性分析是不可或缺的。本文以厦门市某一市政地下通道工程下穿地铁区间桥梁为背景,运用MidasGTS-NX建立三维数值计算模型,采用修正摩尔库伦模型分析地下通道基坑开挖过程中对邻近地铁桥梁墩台及桩基的变形影响规律。

1 工程概况

某工程位于位于厦门大嶝新机场片区内,路线全长约7.1公里。为预留机场大道两侧商业开发连通条件,拟在道路施工过程中预留地下通道,预留地下通道工程毗邻厦门市轨道交通3号线大嶝北站,并下穿大嶝北站～双沪站高架区间。地下通道基坑右侧靠近大～双区间DS02号桥墩,通道基坑围护桩距离DS02号墩桥桩最小距离为3.3m,距离桩基承台最小距离为2.7m。预留地下通道采用明挖法施

工,基坑开挖深度为8.9m,支护形式采用φ1000@1200桩长14m、17m的灌注桩+2道钢筋砼内支撑,并采用φ600@1200的单重管高压旋喷桩止水的联合支护,坑底采用φ500@1100水泥搅拌桩加固,加固深度为至基底以下5.56m。场地覆盖土层主要为素填土、吹填砂、吹填淤泥混砂、粉质黏土、中粗砂、残积砾质黏性土,覆盖层总厚度20.3～49.0m不等。基岩为花岗岩,局部存在辉绿岩岩脉,全强风化带厚0～30m不等,中等～微风化岩岩面起伏大。

2 数值计算模型建立

2.1 模型参数

采用MidasGTSNX数值计算软件,建立数值计算模型。在建立模型时,需充分考虑到模型影响区域的范围。参照相关规范及工程经验可知,基坑开挖的主要影响区域为1～3倍基坑开挖深度,至3倍基坑深度范围以外影响较小。综合考虑多方因素,模型边界尺寸按4.5倍基坑开挖选取。具体尺寸为:模型沿轨道纵向长100m,宽103m,模型高70m。计算模型如图1所示。

根据该工程地质资料,模型计算范围内地层自上而下主要为:1-3-2吹填沙、1-3-1吹填淤泥、4-2淤泥土、8-1粉质粘土、8-4中粗砂、11-2残积砂质粘性、17-1全风化花岗岩、17-2-2散体状花岗岩、17-4中风化花岗岩,地层参数如表1所示。

计算中土体模型采用摩尔库伦本构,而传统的摩尔库伦本构土体只有单一刚度,不能处理土体卸荷的特性,修正摩尔库伦本构考虑了土体弹性卸载/再加载时的弹性模量,从而能较好的解决摩尔库伦本构下地面隆起变形和坑道底部土体隆起偏大的情况。基于以上因素,本报告计算模型中,土体采用修正摩尔-库伦本构模型。 混凝土结构在正常使用过程中均处于弹性变形阶段(未发生塑性破坏),故本次计

算中地铁桩基、承台、桥墩及基坑支护结构均采用线弹性本构模型。线弹性本构模型的材料参数主要为密度ρ,弹性模量E、泊松比v。本工程中采用混凝土材料为C35,材料参数根据《混凝土结构设计规范》选取。 2.2 荷载及边界条件

计算过程中约束模型底面竖向位移,约束模型侧面的法向位移。模型计算过程中,考虑重力加速度9.8m/s2;地下通道基坑施工期间考虑20KPa地面超载;高架区间桥墩墩顶荷载仅考虑已施工上部桥跨结构自重,DS02墩两侧桥跨未施工,墩顶无荷载,DS03墩顶施加荷载443KPa。 2.3 分析工况模拟

计算中按以下工况进行模拟:

2.3.1 工况一(地应力平衡):建立计算模型,利用地应力分析步,计算得到地下通道基坑施工前模型分析范围内的地应力水平。2.3.2 工况二(地铁结构施工):激活高架车站及高架区间的结构部分,包括桩基、承台、桥墩、立柱及楼板。2.3.3 工况三(前期位移清零):清除前期地铁结构施工过程中产生的位移。2.3.4 工况四(围护桩施工):激活基坑围护结构。2.3.5 工况五(坑内加固):激活坑底加固范围内加固土体。2.3.6 工况六(第一次开挖-支撑):移除基坑第一次开挖范围内的土体单元,并随挖随架设第一道支撑系统。2.3.7 工况七(第二次开挖-支撑):移除基坑第二次开挖范围内的土体单元,并随挖随架设第二道支撑系统。2.3.8 工况八(第三次开挖):开挖至基坑底。

3 模拟计算结果分析

鉴于篇幅限制,本文仅分析地下通道基坑开挖到基坑底工况下,高架桥梁基础及桥墩的变形。