近接高度敏感建筑物施工預加固技術

羅 鎮

(中鐵十六局集團第一工程有限公司,北京 101300)

1 工程概況

如果鄰近敏感建筑進行基坑開挖，會對建筑產生很大影響[1-3]。正在修建的城際軌道交通穗莞深城際深圳機場站位于深圳市機場T3航站樓西側，車站基坑全長約912 m，標準段基坑寬度23.34 m，端頭井深23 m，標準段深19.9 m。設計采取明挖法開挖，基坑安全等級為一級。該基坑東臨深圳寶安機場領航四路，最近距離1.8 m，基坑西側主要是機場駐場單位，燈光站、承遠航油辦公樓、能源中心、空管站航管樓等，其中能源中心包含的建(構)筑物蓄冷水罐(單側，共4個)，單罐運行荷載14 500 t，距離影響范圍內的2號基坑最近只有3.4 m，安全等級為一級。基坑開挖及其與周圍建筑物位置關系見圖1。

圖1 二號基坑現場情況

工程基坑開挖極小距離接近高度敏感的建筑物，如何確保基坑和既有建筑物的安全，成為了能否順利施工的關鍵。因此，提出近接高度敏感建(構)筑物施工預加固措施，解決這一難題。

2 鄰近施工加固總體原則

蓄冷水罐距離地連墻外側最近約2 m，其基礎為大體積鋼筋混凝土，蓄冷水罐重14 500 t，其中基礎自重4 500 t，深3 m。2號基坑開挖過程中，蓄冷水罐將產生沉降或傾斜，如若處理不當，將會導致嚴重后果。為了確保基坑及蓄冷水罐的安全，根據GB 50341-2003《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》附錄E中E.4.5條，提出深圳機場站施工期間，蓄冷水罐整體沉降應小于225 mm，罐基礎任意直徑方向上的沉降差不超過97 mm。

就當前鄰近施工技術而言，為防止基坑開挖引起臨近建筑物的破壞，往往采用對鄰近建筑物地基進行加固，加固措施有基地托換、設置隔離法、地層加固、結構補強等。通過對既有加固技術的分析，基坑施工前采用旋噴注漿和設置隔離樁墻的方法將蓄冷水罐基礎與后期基坑隔離，注漿加固深度同隔離樁深度確保超過基坑深2 m。具體技術措施為：樁基周圍土體加固壓漿→排樁隔離→基底旋噴加固，加固采用的連續墻側 800@1 000隔離樁，樁長定義為30 m，隔離樁外側設置攪拌樁。

3 加固施工方案

3.1 蓄冷水罐保護設計

借鑒以往經驗[3-6]，對蓄冷水罐進行保護加固設計。

3.1.1 圍護、支撐結構形式

根據地質情況及主體結構型式圍護結構采用連續墻+內支撐的支護型式。靠蓄冷水罐側連續墻墻厚為1 200 mm，其余連續墻墻厚均為1 000 mm。圍護結構使用階段與內襯墻形成復合墻。支撐采用五道支撐及一道鋼支撐換撐，第一道支撐和第三道支撐為混凝土撐，其余均為鋼支撐；所用鋼支撐采用D609(t=16 mm)Q235鋼管。

3.1.2 蓄冷水罐側加固措施

在蓄冷水罐側設置直徑800 mm間距1 000 mm的鉆孔隔離樁，深度30 m。在隔離樁與罐體之間采用攪拌樁格構式加固，攪拌樁直徑850 mm間距600 mm，深度20 m。

3.1.3 基坑被動側(蓄冷水罐對側)加固措施

在基坑被動側3.8 m范圍內實施直徑1 000 mm間距2 000 mm的鉆孔灌注樁，深度38 m，在鉆孔灌注樁與連續墻頂設置混凝土連接板形成門式鋼架的雙排樁結構來增大圍護結構剛度。將連續墻與雙排樁之間的土體進行攪拌樁格構式加固。攪拌樁直徑850 mm間距600 mm，深度23.2 m。

3.1.4 基坑底裙邊加抽條式加固

為減少地面超載下坑底隆起，對坑底土體進行攪拌樁裙邊加抽條式加固。攪拌樁直徑850 mm間距600 mm，深度為結構底板以下5 m。

3.2 注漿加固

蓄冷水罐樁基加固采用水玻璃+水泥漿液，漿液配方：水玻璃45Be′；水泥漿水灰比1∶1；水玻璃與水泥漿液體積比1∶1.3。注漿施工采用二重管雙液注漿法，由地上往下垂直注漿。注漿壓力：P= 0.15～0.75 MPa；注漿擴散直徑：R= 1 000～1 500 mm；注入率沙礫45 %～60 %，粉土為25 %，礫石40 %～ 60 %；凝固時間：2～4 min；為速凝注漿；鉆桿回抽幅度：約15～ 20 cm。

根據現場實際勘察，擬采用地面往下垂直注漿法施工(外注漿)。

(1)定孔位：按照圖紙要求，在地表上做出定位標示。然后沿標示以梅花狀將孔位定好。定孔位偏差不得大于20 mm，鉆孔角度偏差不得大于1°。

(2)鉆機就位：鉆機按照指定位置就位,并在技術人員的指導下，調整鉆桿角度。對準孔位后，鉆機不得移位。

(3)鉆進成孔：參照圖紙要求，加固深度超過基坑深度2 m。

(4)注漿：按照設計配方配料，嚴格將壓力控制在0. 15～0.75 MPa之間。注漿還應密切關注漿液流量，當壓力突然上升、下降，地面溢出時，應立即停止注漿。必須查明異常原因，采取必要的措施(調節注漿參數、移位、打斜孔等方式)方可繼續注漿。

3.3 旋噴樁施工

(1)平整場地：①施工前探明地下障礙物埋深和位置，挖出探坑并作好明確標記。同時采取措施對地上位于施工范圍內的各種線路加以保護。②清除施工區域內的建筑垃圾和雜物，進行平整壓實。

(2)測量定位：①施工場地的基準點、基軸線及水準點必須會同工程師及設計單位共同引進，經復核及各方簽證后方可使用。②對于標定的基準點要做好明顯的標志和編號，并做好保護工作。使用經緯儀和鋼卷尺等，采用坐標法進行樁位測定。對施工區域內的所有樁進行測量定位，并做好明顯、牢靠的樁位標志。③做好測量記錄，以便復核。

(3)鉆機就位：將鉆機安置在設計孔位上，使鉆桿頭對準孔位中心。為保證鉆孔達到設計要求的垂直度，鉆機就位后，作水平校正，鉆機鉆桿采用鉆桿導向架進行定位，使鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心位置，其傾斜度不得大于0.5 %。

(4)鉆孔：鉆孔的目的是為將噴射注漿管插入預定的地層中。直接采用旋噴鉆機鉆孔，控制孔位與設計位置的偏差不大于50 mm。鉆孔過程中作好詳細的鉆進記錄。

(5)插管：插管是將噴射注漿管(三重管)插入地層預定的深度。插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，采取邊射水、邊插管的方法，水壓力控制不超過1 MPa，防止因壓力過高造成孔壁射塌。

(6)制備固化劑漿液：在旋噴樁貫入注漿管的同時，嚴格按設計要求配置水泥漿，待壓漿前將水泥漿倒入集料斗中。旋噴注漿的材料用42.5號普通硅酸鹽水泥，根據需要可加入適量的外加劑，水泥漿液的水灰比取1.0。

(7)旋噴注漿：①當噴射注漿管插入預定深度后，由下而上進行噴射注漿。②注漿管分段提升的搭接長度不小于100 mm。③施工過程中，視實際情況對需要擴大加固范圍或提高強度的部分采取重復噴射的方法，并使實際樁頂標高高于設計標高0.3～0.5 m。④對旋噴樁施工的結合部位及樁身咬合比較薄弱的環節，根據現場實際情況和工程師的要求，采取在原樁位的周圍進行補樁的措施。⑤漿液攪拌后4 h內用完，當超過時間時，通過試驗證明其性能符合要求后方可使用。⑥噴射注漿過程中，安排值班人員時刻檢查漿液初凝時間、注漿流量、風量、壓力、旋轉提升速度等參數是否符合設計要求，并做好記錄，繪制作業過程曲線。

(8)冒漿處理：噴漿過程中，冒漿量超過20 %或完全不冒漿時，查明原因，并采取相應處理措施。冒漿量過大的主要原因是有效噴射范圍與注漿量不相適應，注漿量大大超出噴漿固結所需漿量所致。減少冒漿量的措施為：提高噴射壓力；適當縮小噴嘴孔徑；加快提升和旋轉速度。為確保旋噴樁質量，對冒出地面的漿液不再利用。不冒漿采取措施為：在漿液中摻入適量的速凝劑，縮短固結時間，使漿液在一定土層范圍內凝固；在地層空隙地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續正常噴漿。

3.4 鉆孔樁施工

二號基坑蓄冷水罐基礎保護采用了直徑800 mm間距1 000 mm的鉆孔隔離樁，以減少連續墻施工及基坑開挖對蓄冷水罐基礎的影響。

(1)鉆孔灌注樁護筒設置： 護筒采用6 mm厚的鋼板加工制作，高度1.5～2 m，護筒內徑比鉆頭大200 mm。護筒要根據設計樁位中心線埋設，埋設深度1.2～1.5 m，然后復核校正，其平面中心偏差應不大于50 mm。護筒的頂部開設1～2個溢漿口，并高出地面，使溢流泥漿流入儲漿池，沉碴后循環利用，廢棄泥漿用罐車拉至場外妥善處理，減少污染場地，保證文明施工。

(2)鉆孔灌注樁泥漿制拌：護壁使用的泥漿用優質粘土制作。泥漿比重的控制：一般地質采用1.03～1.25，在松散易坍的地層采用1.3～1.5；泥漿粘度在一般地質為17～20 s，松散易坍地層為19～28 s；泥漿含砂率不大于2 %；膠體率大于96 %。施工中經常測定泥漿比重、粘度、含砂率和膠體率。

(3)鉆孔灌注樁鋼筋籠制作：鋼筋籠按設計圖紙加工制作，加勁箍設置在主筋外面，主筋不設彎鉤，以免妨礙導管抽拔。鋼筋籠加工前先調直主筋，焊接時，主筋的搭接應互相錯開35 d，且不小于500 mm區段范圍內，要做到同一根主筋上不得有兩處駁接接頭，同區段內接頭數不得超過鋼筋總數的50 %。鋼筋籠在現場制作，在放置和制作鋼筋籠過程中要注意對鋼筋和鋼筋籠的保護，使用枕木作為足夠的保護墊層。

(4)鉆孔灌注樁水下混凝土灌注：鋼筋籠到位后，把扁擔橫梁固定在井沿上(以防止在澆筑混凝土過程中鋼筋籠向上浮起)，接著進行混凝土灌注，采用直升導管法澆筑混凝土，嚴禁在孔口拋鏟或倒車卸入。混凝土應垂直灌入樁孔內，嚴禁混凝土導管斜向沖擊主筋，使主筋局部扭曲。混凝土采用連續澆灌。樁頂混凝土應比樁頂理論標高高出60～100 cm，待樁身強度達到5～8 MPa時鑿除樁頂浮漿。澆筑樁體混凝土時，相鄰10 m范圍內的樁孔內不得作業，以免發生危險。

4 施工監測及分析

監測項目包括：地表沉降；裂縫監測；罐體沉降、傾斜監測。監測等級為特級。蓄冷水罐布設3個水準點BM1、BM2、BM3，同時也是導線點的位置，基點距離基坑邊30 m以外穩定的位置。蓄冷水罐沉降監測點位于蓄冷水罐之間和兩端部位，垂直于基坑布設5排，每排5個測點，間距為10 m，共25個測點。具體在基坑邊緣50 cm左右的地方采用20 mm，長200～300 mm的鋼筋打入地下，地面露出20 mm左右并用水泥加固，使鋼筋頭露出水泥面1～1.5 cm寫好觀測點點號。每組蓄冷水罐沉降監測布設沿蓄冷水罐基礎周邊位置對稱布設8組點，4組蓄冷水罐共32組點。罐體沉降監測在土方開挖期間的報警指標要求：累計不均勻沉降達到78 mm,變化速率1 mm/d。現場檢測數據見表1。

表1 沉降監控統計表

地基基礎沉降主要與基礎低地層土的物理結構性等有關，對土體的擾動必然改變土體的結構性。蓄冷水罐沉降值達到45.12 mm，表明隔離樁施工對4號蓄冷水罐沉降影響較大；蓄冷水罐累計不均勻沉降最大達到了34.96 mm，蓄冷水罐出現了向基坑方向的輕微傾斜。不同位置的隔離樁施工引起沉降量的變化也不同，說明蓄冷水罐底部水平位移變化不大，水平位移變化基本隨沉降量變化而變化。從1號罐到4號罐，累計不均勻沉降和累計最大沉降都在增加，這也對應了基坑開挖的方向，因此在注漿加固和旋噴樁施工期，可以適當加大在3、4號蓄水罐區間的強度。

5 結論

深圳機場高鐵站基坑近接高度敏感的建(構)筑物，地連墻距超重蓄冷水罐最小距離3.4 m。臨近高度敏感的建(構)筑物的深基坑開挖產生不均勻沉降，將會影響臨近建筑物的安全。施工過程中進行的實時監測表明，采用論文提供的加固方案，穿越填海地區砂卵層的深基坑施工引起的臨近基坑的變形控制滿足設計要求，確保了臨近高敏感建(構)筑的運營安全。

[1] 俞鑫風,王健.地鐵隧道近接施工相互影響研究現狀及其思考[J].北京建筑工程學院學報,2008(3):30-34.

[2] 王哲宇. 輕軌車站復雜交錯空間近接施工影響及施工優化研究[D].湖南科技大學,2016.

[3] 孫經偉. 既有隧道在下穿新建隧道影響下的力學特性研究[D].重慶交通大學,2016.

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[5] 楊挺.城市地下工程穿越既有建筑物加固技術及工程應用[J].江蘇建筑,2008(6):22-25.

[6] 汪堯清,童綏保.淺談現代建筑物加固技術[J].山西建筑,2004(20):37-38.