本發(fā)明涉及基坑施工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)及施工方法。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)不斷的發(fā)展，高速鐵路的建設(shè)遍布全國，但隨之而來的是交通線路交叉工程的日益增加。高速鐵路列車運行速度快，對線路變形要求非常苛刻，而公路下穿既有結(jié)構(gòu)的情況無法避免。為確保高鐵的安全，避免其它交叉工程施工帶來的不利影響，高鐵建設(shè)過程中一般為其它交叉工程進行了相關(guān)預(yù)留處理或者提前加固處理。

然而這種預(yù)留或提前加固處理存在以下問題：

1.預(yù)留處理限制了后規(guī)劃路線的靈活選線，無形中增加了成本；

2.提前加固會對高鐵高架橋產(chǎn)生擾動，施工時進行二次擾動，無法保證高速鐵路線路變形在規(guī)定范圍內(nèi)。

綜合國內(nèi)外已有研究來看，目前分別針對基坑圍護、基坑開挖、主體結(jié)構(gòu)施作、預(yù)留位置處下穿既有線等的研究已經(jīng)很多，但針對下穿高速公路基坑開挖深度大、距離橋墩近、下挖深度在橋墩承臺以下的復(fù)雜條件的基坑工程的研究卻幾乎沒有。

因此希望有一種高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)及施工方法來解決高速公路無預(yù)留下穿高鐵的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)及施工方法來克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)包括：基坑支護框架結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)，所述基坑支護框架結(jié)構(gòu)為排樁支護，所述圍護結(jié)構(gòu)包括采用挖孔灌注樁的防護樁和內(nèi)支撐，在基坑內(nèi)豎向設(shè)置有兩道內(nèi)支撐。

優(yōu)選地，所述防護樁包括a型樁和b型樁，所述防護樁之間采用掛網(wǎng)噴射混凝土封閉，所述防護樁頂部設(shè)置有鋼筋混凝土冠梁。

優(yōu)選地，在高架橋橋墩周圍根據(jù)距所述高架橋橋墩的距離依次使用所述a型樁和b型樁，在保證基坑圍護強度的同時，選用a型樁，采取隔樁施工，使樁與土體接觸面積小，減少打樁時對土體的擾動，使土體維持在彈性小變形階段，避免因土體屈服進入塑形區(qū)而導(dǎo)致的大變形。

優(yōu)選地，所述圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有鋼筋混凝土支撐支護和鋼管支撐，所述鋼筋混凝土支撐構(gòu)成框構(gòu)主體頂板，所述鋼筋混凝土支撐之間的間距為7.5m；所述鋼管支撐之間的水平間距為4m。

優(yōu)選地，所述基坑開挖時分層、分段對稱開挖，減少對高架橋橋墩的水平擾動，所述基坑四周預(yù)留三角土護坡，每層挖土厚度小于3m，并由人工開挖支撐溝槽，開挖溝槽底至支撐下0.5m處及時架設(shè)腰梁和支撐，遵循先撐后挖的原則，在支撐未達到正常使用前，不得超挖下層土方。

本發(fā)明提供一種高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的施工方法，所述高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的施工方法采用半蓋挖逆做法，包括以下步驟：

(1)進行圍護樁、樁頂冠梁及樁頂鋼筋混凝土支撐施工，所述樁頂鋼筋混凝土施工時采用局部挖槽的施工方法，施工縫處鋼筋接頭部分采用接駁器連接；

(2)縱向分段，豎向分層開挖基坑土體至鋼支撐下部0.5m處；

(3)縱向分段，豎向分層開挖基坑土體至坑底設(shè)計標(biāo)高處，在結(jié)構(gòu)底部澆筑混凝土墊層；

(4)縱向分段澆筑框架結(jié)構(gòu)底板鋼筋混凝土，施工縫處鋼筋接頭采用接駁器連接；

(5)拆除鋼支撐，澆筑側(cè)墻鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，澆筑頂板剩余鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供了一種高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)及施工方法，利用有限元數(shù)值模擬方法研究了基坑開挖后高架橋周圍土體的變形規(guī)律，并對高架橋橋墩位移變化進行預(yù)測，分析了設(shè)計施工方案的可行性，在完成高速公路基坑施工的同時保證了高鐵的正常運行。

附圖說明

圖1是高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)的剖面示意圖。

圖2是高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的施工方法的步驟1的示意圖。

圖4是高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的施工方法的步驟2的示意圖。

圖5是高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的施工方法的步驟3的示意圖。

圖6是高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的施工方法的步驟4的示意圖。

圖7是高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的施工方法的步驟5的示意圖。

圖8是高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)及防護樁和內(nèi)撐尺寸設(shè)計示意圖。

圖9是高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)開挖前二維平面數(shù)值模擬模型的示意圖。

圖10是高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)開挖后二維平面數(shù)值模擬模型的示意圖

圖11是與現(xiàn)實施工情況相同的數(shù)值計算結(jié)果位移云圖。

圖12是模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果進行對比分析示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細(xì)說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。

在本發(fā)明一寬泛實施例中，一種高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)包括：基坑支護框架結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)，所述基坑支護框架結(jié)構(gòu)為排樁支護，所述圍護結(jié)構(gòu)包括采用挖孔灌注樁的防護樁和內(nèi)支撐，在基坑內(nèi)豎向設(shè)置有兩道內(nèi)支撐。

在本發(fā)明另一寬泛實施例中，高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的施工方法，所述高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的施工方法采用半蓋挖逆做法，包括以下步驟：

(1)進行圍護樁、樁頂冠梁及樁頂鋼筋混凝土支撐施工，所述樁頂鋼筋混凝土施工時采用局部挖槽的施工方法，施工縫處鋼筋接頭部分采用接駁器連接；

(2)縱向分段，豎向分層開挖基坑土體至鋼支撐下部0.5m處；

(3)縱向分段，豎向分層開挖基坑土體至坑底設(shè)計標(biāo)高處，在結(jié)構(gòu)底部澆筑混凝土墊層；

(4)縱向分段澆筑框架結(jié)構(gòu)底板鋼筋混凝土，施工縫處鋼筋接頭采用接駁器連接；

(5)拆除鋼支撐，澆筑側(cè)墻鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，澆筑頂板剩余鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

如圖1－2所示，高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：高架橋橋墩1、基坑2、混凝土支撐3、鋼支撐4和圍護樁5。

現(xiàn)澆段基坑支護結(jié)構(gòu)采用排樁支護體系方案，基坑2寬約17.8m，深度8.4m。圍護結(jié)構(gòu)采用挖孔灌注樁加內(nèi)支撐系統(tǒng)的支撐體系，基坑2豎向共設(shè)2道內(nèi)支撐。

圍護樁5共有2種類型：一種為a型樁，樁徑為1.0m，樁中心距為1.4m，樁長12m；另一種樁為b型樁，樁徑為1.25m，樁中心距為1.5m，樁長13.3m。圍護樁5之間采用掛網(wǎng)噴射c20早強混凝土封閉找平，樁頂設(shè)c40p8鋼筋混凝土冠梁。

該設(shè)計方法中，靠近高架橋橋墩1處均使用a型樁，距離較遠時采用b型樁，在保證基坑圍護強度的同時，適當(dāng)選用樁徑較小的a型樁，采取隔樁施工，使樁與土體接觸面積小，減少打樁時對土體的擾動，使土體盡量維持在彈性小變形階段，避免因土體屈服進入塑形區(qū)而導(dǎo)致的大變形。

圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)支撐支護，支撐也有兩種類型：一種為c40p8鋼筋混凝土支撐3，該支撐作為框構(gòu)主體頂板的一部分，間距約為7.5m；另一種支撐為ф609mm，t＝12mm鋼支撐4，鋼支撐4水平間距約為4m。

基坑2開挖時分層、分段對稱開挖，減少對高架橋橋墩1的水平擾動，基坑2四周預(yù)留三角土護坡，每層挖土厚度不宜超過3m，并由人工開挖支撐溝槽，開挖溝槽底至支撐下0.5m處及時架設(shè)腰梁和支撐，遵循先撐后挖的原則，在支撐未達到正常使用前，不得超挖下層土方。鄰近京滬高鐵高架橋段基坑開挖設(shè)置二道支撐，非鄰近高架橋段基坑開挖設(shè)置一道支撐，支撐第一道采用混凝土撐，第二道采用鋼支撐，鋼支撐設(shè)計軸力為1186kn，預(yù)加軸力500kn。

為驗證該方案的可行性，采取數(shù)值模擬方法對方案進行論證。

基于大型通用有限元軟件abaqus建模功能模擬材料彈塑性及地下空間工程施工的適用性特征，本課題研究采用abaqus軟件建立基坑施工二維數(shù)值計算模型進行數(shù)值計算分析。

模型中，土體、橋樁和基坑結(jié)構(gòu)均用二維平面應(yīng)變單元(cpe4)模擬，x方向為水平垂直密涿高速方向，y方向為豎直深度方向。模型尺寸大可以減小邊界效應(yīng)對計算結(jié)果的影響，但模型尺寸過大會嚴(yán)重影響計算速度，權(quán)衡兩方面因素后，本次模擬的模型尺寸?。簒方向取200m，y方向取80m。京滬高鐵高架橋及密涿高速地道橋基坑具體尺寸以框架結(jié)構(gòu)及防護樁和內(nèi)撐尺寸設(shè)計如圖8所示，建立二維平面數(shù)值模擬模型，開挖前及開挖后模型示意圖如圖9所示.

模擬中采用死活單元法模擬基坑的開挖，在開挖步中逐步殺死土體單元以模擬基坑土體的開挖，按不同的施工工序激活基坑維護單元模擬基坑圍護結(jié)構(gòu)的施做。模型中樁與土的接觸類型選用摩爾庫倫接觸，其中

mohr－coulomb本構(gòu)模型廣泛地適合于各種巖土工程材料，通常被稱作為用abaqus進行數(shù)值計算的首選本構(gòu)模型。數(shù)值計算中，土體參數(shù)依照實際工程地質(zhì)勘察報告結(jié)果選取，見下表。

基坑混凝土結(jié)構(gòu)單元選用線彈性本構(gòu)模型，由于基坑圍護結(jié)構(gòu)圍護樁和橫撐是并排起作用的，而數(shù)值模擬中選用二維模型，所以在計算前需要對圍護樁和橫撐的剛度進行等效計算。圍護樁彈性模量取23gpa，第1道鋼筋混凝土支撐彈性模量取9.38gpa，第2道鋼支撐彈性模量取14.2gpa。

對不同的基坑施工順序、不同的施工進度進行模擬，對各種施工方案進行比選，比較得出對高鐵高架橋影響最小的方案，并將該方案應(yīng)用于實際工程中。

如圖3－7所示，高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的施工方法包括以下步驟：

(1)進行圍護樁、樁頂冠梁及樁頂鋼筋混凝土支撐施工，所述樁頂鋼筋混凝土施工時采用局部挖槽的施工方法，施工縫處鋼筋接頭部分采用接駁器連接；

(2)縱向分段，豎向分層開挖基坑土體至鋼支撐下部0.5m處；

(3)縱向分段，豎向分層開挖基坑土體至坑底設(shè)計標(biāo)高處，在結(jié)構(gòu)底部澆筑混凝土墊層；

(4)縱向分段澆筑框架結(jié)構(gòu)底板鋼筋混凝土，施工縫處鋼筋接頭采用接駁器連接；

(5)拆除鋼支撐，澆筑側(cè)墻鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，澆筑頂板剩余鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

如圖8所示，高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)及防護樁和內(nèi)撐尺寸設(shè)計示意圖。

如圖9所示，高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)開挖前二維平面數(shù)值模擬模型的示意圖。

如圖10所示，高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋系統(tǒng)開挖后二維平面數(shù)值模擬模型的示意圖。

如圖11所示，與現(xiàn)實施工情況相同的數(shù)值計算結(jié)果位移云圖。

如圖12所示，將該數(shù)值模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果進行對比分析，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，兩基坑中間的f258號橋墩最大隆起值為3.18mm，數(shù)值模擬顯示最大隆起值為3.98mm；f257號樁最大監(jiān)測隆起值為2.33mm，數(shù)值模擬顯示最大隆起值為2.89mm，監(jiān)測結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果較接近，因此用數(shù)值模擬方法對類似工程案例進行模擬具有很高的可行性。

在一未圖示實施例中，高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)防水為混凝土結(jié)構(gòu)自防水，不設(shè)置外包防水層，高架橋的一端與框架地道相接部位設(shè)置變形縫，變形縫寬度為30mm，變形縫材料采用鋼邊橡膠止水帶與頂進框架后補三角相接(含中墻)，高架橋的另一端也設(shè)置一道施工縫，縫內(nèi)設(shè)置一道膨脹橡膠條，為了與道路現(xiàn)澆框架相接。

高速公路無預(yù)留下穿高鐵高架橋的止水帶部位的混凝土澆筑密實并充分振搗，確保止水帶部位混凝土的密實性。在變形縫內(nèi)填置聚硫密封膠，填置前對縫進行清理，使縫內(nèi)混凝土表面保持干凈、干燥、無起皮、油污和掉砂現(xiàn)象。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。