橋梁下部結構設計論文

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1工程概況

海沽道規劃為城市主干路，規劃道路紅線寬50m。本次工程范圍為外環南路～東文南路，總長度約10．3km。沿線需跨越現狀河道4處，新建4座橋梁跨越，分別為外環河中橋、洪泥河中橋、幸福河中橋、衛津河中橋。由于規劃地鐵1號線線位與海沽道主線重合，受地鐵盾構影響的有洪泥河中橋、幸福河中橋、衛津河中橋3座橋梁。因此橋梁下部結構設計中應充分考慮與軌道交通1號線之間的相對關系，滿足地鐵盾構施工過程中要求的最小安全距離；同時對橋梁樁基采取有效的防護措施，在施工過程中進行必要的施工監測，以保障本工程的安全實施和使用。本文以洪泥河中橋為例，介紹海沽道工程受地鐵盾構影響下橋梁下部結構設計及防護措施。

2水文地質情況

洪泥河全長25．8km，設計流量50m3／s，為區管二級河道，六級航道，性質為排水，規劃上河口寬度為50m、下河口寬度為25m?，F狀洪泥河上河口寬度為45m、下河口寬度為25m、兩側放坡各10m；堤岸為土質邊坡，邊坡系數為1∶2．5。河底高程為－2．7m，堤頂標高為3．2～3．6m，洪泥河常水位為1．4m，洪水位為2．5m。根據區域地質資料和勘察，本工程所在場地為第四系全新統（Q4）海相、陸相及海陸交互沉積地層。從上而下地層呈層狀分布，按成因分為8層，按力學性質可進一步分成15個亞層。該區域主要由雜填土、素填土、粘土、淤泥質土、粉質粘土、粉土組成，各層土水平方向上總體分布穩定，從上而下土質漸好。本工程特殊性巖土主要為人工填土及淤泥質土，填土土質松散，淤泥質土土質軟對橋梁樁基施工有一定影響。

3地鐵與海沽道線位相對位置關系及安全要求

3．1位置關系

海沽道道路紅線寬50m，線位與洪泥河河道斜交，角度為17°。1號線地鐵線位分為左右雙線，在洪泥河處線位間距為14．8m，每條線位地鐵盾構區間寬為6．2m，地鐵盾構區間凈距為8．6m，地鐵盾構頂埋深標高為－9～－15m之間。洪泥河中橋處地鐵與海沽道平面位置關系詳見圖1。

3．2地鐵盾構安全距離要求

地鐵1號線盾構隧道與跨河橋梁樁基相距較近，二者之間安全間距要求以及附近土層是否需要加固與施工工序有很大關系。為了盡量減小本工程擬建橋梁與地鐵1號線之間的相互影響確保工程實施的可行性，經與地鐵1號線設計單位多次溝通，由地鐵1號線設計單位對地鐵盾構施工與橋梁樁基施工之間的安全距離提出具體要求。

（1）樁基先于盾構隧道施工（方案Ⅰ）：①在此工況下，橋梁樁基礎外邊緣距離盾構結構外邊緣的距離不得小于1．5m，隧道穿越時，周邊土體不需要加固；但樁基設計應考慮樁側摩阻局部損失。②為了保證橋梁樁基達到其設計強度，橋梁承臺及樁基施工完成至盾構側穿樁基的時間間隔應至少保證1個月。

（2）盾構隧道先于樁基施工（方案Ⅱ）。當盾構區間先行推進，樁基后施工，此種工況對區間隧道影響較大，橋梁樁基外邊緣至盾構結構外邊緣的最小距離不得小于4m，且周邊土體需要加固。方案Ⅰ對本工程樁基影響最小；方案Ⅱ對本工程樁基影響非常大，由于安全距離要求大，周邊土體需要加固，直接導致橋梁工程樁基不能實施。由于地鐵規劃1號線線位與海沽道線位已定，不能調整。最終經各方面溝通協調確定橋梁工程按先于地鐵盾構施工進行設計和施工，即滿足方案Ⅰ中的要求即可。

4橋梁下部結構設計

4．1橋梁下部結構設計方案的確定

洪泥河中橋橋梁中心樁號為K2＋946．274，位于直線上，斜交角度為17°，采用分離式雙幅橋，左幅橋寬為25．5m，右幅橋寬為23．5m，跨徑為3×25m，梁高1．40m，結構形式采用預應力混凝土簡支變連續小箱梁結構。橋梁下部結構的設計為了盡量減少對河道的影響，減少阻水效果，通常采用排架墩。由于地鐵盾構的影響，與樁位有沖突，此橋不能采用排架墩，需特殊設計。經設計計算，采用較大跨徑蓋梁，蓋梁下設雙柱墩，墩底設承臺及樁基，樁基之間預留地鐵盾構空間，可以確保與地鐵盾構之間安全距離大于1．5m的要求，以此保證后期地鐵施工的安全性。地鐵盾構間距內樁基1．5m，地鐵盾構外側樁基1．2m，立柱采用1．8m的圓柱墩，以減少河流阻力。由于橋位與河道斜交角度較大為17°，立柱間距較大為19．425m／cos17°＝20．313m，導致蓋梁截面較大，蓋梁梁高2．5m，順橋向寬度為2．0m，普通的鋼筋混凝土結構已經不能滿足計算要求，需要采用預應力混凝土結構進行設計。

4．2橋梁下部結構設計的特殊性及處理方法

由于地鐵盾構的影響，通過下部結構特殊設計，可滿足樁基邊緣距盾構邊緣距離大于1．5m安全距離的要求；但地鐵盾構施工過程中對周圍土體產生擾動，引起土體水平位移和豎向位移以及樁基受力及變形發生變化，仍有可能對橋梁樁基造成影響，因此設計及施工中采取以下措施：

（1）設計中不考慮盾構施工影響區域內土的樁側正摩阻力，對樁長進行加長設計。

（2）設計中在位于地鐵上下行之間的橋梁樁基盾構施工影響區域以上采用鋼護筒進行防護，該鋼護筒不拔出，作為永久性結構使用。

（3）根據地質報告本場地埋深約10．00m以上主要為欠固結軟土，軟土在自重及其它外荷載作用下將產生固結沉降，對樁側產生負摩阻力。設計中在驗算樁基承載力時，要充分考慮樁側負摩阻力的影響。

（4）場地分布人工填土及淤泥質軟土，填土土質松散，淤泥質土土質軟，鉆孔灌注樁樁身穿越填土及淤泥質軟土時，須注意孔壁坍塌及縮頸現象，可采取埋設護筒、合理調配泥漿比重等措施。

（5）鉆孔灌注樁樁身穿越厚層粉土、粉砂時，因鉆進速度慢，鉆孔施工時間長，易產生塌孔、樁身夾泥等不良現象，施工時應采取調節泥漿比重、成孔后加強清孔等措施防止塌孔、樁身夾泥等不良現象發生，確保成樁質量。

（6）在施工過程中，尚應進行必要的施工監測。檢查施工引起的地表沉降是否超過允許范圍，決定是否需要采取保護措施，并為確定經濟、合理的保護措施提供依據，對橋梁的沉降及傾斜變形應進行相應的實時的監測。一旦發現實測位移超過警戒值應立即對樁周土體進行注漿加固。

（7）盾構施工至少應在樁基施工完成一個月后進行，樁基施工結束后，應對樁身完整性進行檢測，在盾構頂進結束后，應重新對地鐵上下行之間的樁基完整性進行檢測，在檢測結果滿足規范要求后，方可施工承臺。

5盾構施工注意事項

（1）合理安排盾構推進順序。盾構施工至少應在樁基施工完成一個月后進行，先掘進左線，后掘進右線，為了減少對土的擾動，左右線盾構始發時間間隔為一個月。

（2）橋區段穿越前做好準備工作。在盾構到達橋區段30m界限前，檢查刀具磨損量，有磨損立即更換滾刀；確保管片防水和拼裝質量；選用質量優良的盾尾油脂。

（3）合理安排施工工序，安排專人負責掘進出土與管片拼裝等主要工序，盡量縮短測量、管片、渣土車等待時間，提高運輸效率，維持作業面連續施工，加快管片拼裝作業，減少對周邊土體的影響。

（4）控制施工進度，嚴格控制盾構糾偏量，穩步前進。增加刀盤轉速，降低盾構推進速度，控制油缸推進力，減小盾構推進過程中對周邊土體的剪切擠壓作用，及時有效的糾正推進偏差。

（5）同步注漿。嚴格控制同步注漿量和漿液質量，通過同步注漿及時填充建筑空隙，減少施工過程中的土體變形，同步注漿量增加到建筑空隙的200％～250％左右。

（6）二次注漿。為減少同步注漿液早期強度低、隧道受側向分力影響大、效果不佳等問題，在管片出盾尾5環后，需要進行二次注漿。漿液為瞬凝性好、具有較高的早期強度的雙液漿。注漿量根據變形監測情況確定。

（7）根據施工進程和監測結果，及時調整同步注漿和二次注漿的配合比。

6結束語

本工程的安全實施以及監測結果，驗證了本文所介紹的結構設計方法及防護措施的可行性、有效性及安全性，能為同類城市橋梁的設計和施工提供參考和借鑒。

作者:趙曉龍 單位:上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司天津分公司