富水地層中地連墻結(jié)合坑底注漿加固施工技術(shù)

吳啟 涂仙杰

平南三橋是目前國(guó)內(nèi)最大跨度拱橋，為保證拱座基礎(chǔ)能夠承載拱橋產(chǎn)生的巨大水平推力，北岸拱座基礎(chǔ)采用超大型圓形地連墻結(jié)合坑底注漿加固卵石層的施工技術(shù)。文章針對(duì)該工程難點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹了該橋拱座基礎(chǔ)施工工藝，并闡述了地連墻結(jié)合坑底注漿加固施工技術(shù)修建拱座基礎(chǔ)的可靠性，為今后相似地質(zhì)情況下修建超大型橋梁基礎(chǔ)提供參考。

富水地層;拱座基礎(chǔ);圓形地連墻;注漿加固

U443.17-A-32-109-4

0?引言

平南三橋位于平南縣西江大橋上游6 km處，主橋采用主跨575 m中承式鋼管混凝土拱橋，引橋采用連續(xù)箱梁，是目前國(guó)內(nèi)最大跨度拱橋。

平南三橋位于北岸的拱座基礎(chǔ)是全橋的控制性關(guān)鍵工程。由于地質(zhì)條件極其復(fù)雜，為保證拱座基礎(chǔ)能夠承載拱橋產(chǎn)生的巨大水平推力，創(chuàng)新性地提出對(duì)北岸拱座基礎(chǔ)采用超大型圓形地連墻結(jié)合坑底注漿加固卵石層的施工技術(shù)（見(jiàn)下頁(yè)圖1）。北岸地下連續(xù)墻外徑為60 m，墻身厚1.2 m，地連墻按不等高設(shè)計(jì)，嵌入中風(fēng)化泥灰?guī)r≥4.0 m，墻身高29～35 m。地連墻墻身需穿過(guò)13.7～19.8 m厚的卵石層，考慮到卵石層成槽易塌孔的工程特性，對(duì)地連墻周邊和墻內(nèi)閉圈范圍的卵石層內(nèi)進(jìn)行雙液（水泥+水玻璃）靜壓注漿封底止水和槽壁加固工藝。平南三橋是國(guó)內(nèi)首次采用地下連續(xù)墻作為拱橋支座的橋梁。北岸拱座實(shí)際施工完成后各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了在北岸富水地層中采用地連墻結(jié)合坑底注漿加固施工技術(shù)修建拱座基礎(chǔ)的可靠性，為今后相似地質(zhì)情況下修建超大型橋梁基礎(chǔ)提供一定的參考。

1?工程地質(zhì)和水文條件

平南三橋北岸拱座地處沖積河流階地地貌，地勢(shì)較平緩、開(kāi)闊，軟塑性粉質(zhì)黏土層層厚2.0～15.1 m，可塑性粉質(zhì)黏土層層厚7.3～13.1 m，卵石層層厚13.7～19.8 m，中風(fēng)化泥灰?guī)r層厚24.6～30.3 m。

橋位區(qū)分布有大型地表水體潯江，橋位區(qū)上層滯水埋藏淺，不連續(xù)條帶狀分布，排泄主要為大氣蒸發(fā)，少量垂直下滲，與地表水水力聯(lián)系微弱。北岸卵石孔隙水具備承壓性，河床底面高程與卵石層頂面高程相近，卵石孔隙水穩(wěn)水位與河水位相近，卵石層屬?gòu)?qiáng)透水層，卵石孔隙水與河水呈互補(bǔ)關(guān)系，與潯江河水水力聯(lián)系較強(qiáng)。

2?工程難點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1?工程難點(diǎn)

（1）粉質(zhì)黏土層承載力小，自穩(wěn)性差，地連墻開(kāi)槽極易導(dǎo)致塌孔，而由于黏土層孔隙率小，滲透性差，采用常規(guī)的注漿加固的方法漿液很難注入。

（2）北岸基礎(chǔ)不可避免要進(jìn)入層厚13.7～19.8 m的卵石層中，透水性強(qiáng)，且該層與潯江水系聯(lián)系較強(qiáng)，地下水位高，降低水位難度大。

（3）基巖部分可能有溶洞等不利地質(zhì)層，增加施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.2?結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

針對(duì)以上難點(diǎn)，對(duì)北岸拱座基礎(chǔ)創(chuàng)新性地提出地連墻結(jié)合坑底注漿加固的施工技術(shù)，施作外徑60 m、墻厚1.2 m的超大型圓形地連墻基礎(chǔ)。其特點(diǎn)在于：

（1）為使上層黏土層達(dá)到地下連續(xù)墻開(kāi)槽所需的強(qiáng)度要求，采用水泥土攪拌樁對(duì)其進(jìn)行加固，并對(duì)地層中可能存在的較大溶洞進(jìn)行預(yù)處理，排除成槽過(guò)程中存在的隱患。

（2）圓形地連墻具有明顯的空間效應(yīng)，能夠利用自身拱效應(yīng)優(yōu)勢(shì)將外部水土壓力轉(zhuǎn)化為圓形圍護(hù)結(jié)構(gòu)的環(huán)向均勻壓力，從而有助于減小基坑變形，提高結(jié)構(gòu)物的整體穩(wěn)定性。同時(shí)，增設(shè)內(nèi)襯墻與地連墻形成墻體防滲整體，并增加了地連墻抵抗水土壓力的剛度。

（3）地連墻施工完畢后，對(duì)墻內(nèi)閉圈范圍的卵石層進(jìn)行雙液靜壓注漿封底止水，顯著增加了基坑開(kāi)挖的安全性。

3?拱座基礎(chǔ)施工

3.1?水泥土攪拌樁施工

北岸地下連續(xù)墻具有墻體深、厚度大、需嵌巖等技術(shù)特點(diǎn)，為確保其施工質(zhì)量、安全和進(jìn)度，在地連墻主體工程開(kāi)工之前，用水泥土深層攪拌樁法對(duì)覆蓋層上部的黏性土進(jìn)行了加固。水泥土攪拌樁樁長(zhǎng)15.5 m，樁體直徑為0.6 m。具體參數(shù)和布置如圖2所示。

本工程采用“兩噴四攪”的施工工藝進(jìn)行攪拌樁施工，保證成樁質(zhì)量。通過(guò)輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)表明，攪拌樁加固效果明顯，其承載力約為加固土體的3～4倍，且隨著深度增加，承載力提升顯著，達(dá)到了進(jìn)行地連墻開(kāi)槽施工的設(shè)計(jì)要求。

3.2?地連墻施工

3.2.1?導(dǎo)墻施工

導(dǎo)墻外徑為63.2 m，內(nèi)徑為54.4 m，劃分為8段進(jìn)行施工，每段弦長(zhǎng)24.39 m，分段接頭與墻身槽段接頭錯(cuò)開(kāi)50 cm。

導(dǎo)墻開(kāi)挖好一段后，采用綁扎鋼筋，架立模板，進(jìn)行混凝土灌注。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)拆模，拆模后及時(shí)加設(shè)對(duì)口撐，以控制導(dǎo)墻變形。

3.2.2?地連墻成槽

地連墻混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為C35，抗?jié)B等級(jí)為S12。綜合考慮到本工程地質(zhì)條件和工期、質(zhì)量等方面的要求，本工程選擇金泰SX40-A型液壓銑槽機(jī)進(jìn)行施工。

地連墻擬劃分為Ⅰ、Ⅱ期槽兩種，各為20個(gè)，共40個(gè)槽段。其中，Ⅰ期槽軸線長(zhǎng)度為6.942 m，分三銑成槽，先施工兩側(cè)主孔，再施工中間副孔，采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁;Ⅱ期槽長(zhǎng)度為2.8 m，一銑成槽。Ⅰ、Ⅱ期槽在軸線位置的搭接厚度為25 cm。地連墻槽段劃分見(jiàn)圖3。

槽段施工順序安排遵循以下原則：

（1）Ⅰ期槽應(yīng)跳槽施工，減小相鄰槽段間的相互影響;

（2）墻身混凝土齡期≥7 d，可施工緊鄰槽段;

（3）盡量減少Ⅱ期槽兩側(cè)Ⅰ期槽墻身混凝土齡期差;

（4）先施工臨江側(cè)，合龍段設(shè)在下游側(cè)。

3.2.3?護(hù)壁泥漿及清孔換漿施工

為保證地下連續(xù)墻的質(zhì)量和安全，本工程地下連續(xù)墻成槽時(shí)泥漿護(hù)壁全部采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土泥漿。

地下連續(xù)墻槽段開(kāi)挖過(guò)程中，通過(guò)對(duì)泥漿制備、循環(huán)使用和廢漿的處理進(jìn)行全過(guò)程管理，連續(xù)不斷地向溝槽中供給新鮮泥漿，使液壓銑成槽機(jī)依靠泥漿將切割的碎小巖塊和土體通過(guò)反循環(huán)帶出槽外，確保地下連續(xù)墻安全、優(yōu)質(zhì)、高效施工。

3.2.4?帽梁施工

帽梁外圓半徑為31.5 m，內(nèi)圓半徑為27.8 m，厚3 m。構(gòu)造圖如圖4所示。將帽梁平面分10個(gè)長(zhǎng)度單元段進(jìn)行施工，設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)度為2.8 m的合龍段，混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為C35。

3.3?注漿加固施工

地連墻施工完畢后，對(duì)墻內(nèi)閉圈范圍的卵石層進(jìn)行雙液靜壓注漿封底止水。注漿范圍為卵石層頂+11 m標(biāo)高至巖面以下1 m。注漿孔采用梅花形布設(shè)，中心間距為1.5 m，漿液擴(kuò)散半徑為0.9 m，注漿孔孔徑為130 mm。孔位布置情況見(jiàn)圖5。

3.4?內(nèi)襯墻施工

內(nèi)襯墻共有5層，4種類(lèi)型，1 m、1.5 m兩種厚度，2.5 m、2 m兩種高度，底部仰角為25°（如圖6所示）。內(nèi)襯墻采用逆筑法進(jìn)行施工。

在施工平面上，將內(nèi)襯墻劃分為10段組織流水施工，施工段長(zhǎng)度為18.1 m。每一層均設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)度為2.8 m的合龍段。分段接頭分別與帽梁、墻身接頭錯(cuò)開(kāi)。內(nèi)襯墻施工前，應(yīng)先進(jìn)行墻內(nèi)土體的開(kāi)挖。

3.4.1?土層開(kāi)挖

地連墻內(nèi)部土體分5層開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，層厚與內(nèi)襯墻厚度一致。每層土均采用島式開(kāi)挖法，即先開(kāi)挖外圍土體作為內(nèi)襯墻的施工作業(yè)面，在施工內(nèi)襯墻的同時(shí)，再開(kāi)挖中部區(qū)域土方，詳見(jiàn)圖7。

3.4.2?鋼筋安裝

鋼筋安裝前，先進(jìn)行墻身處鑿毛，露出新鮮粗骨料，以增加內(nèi)襯墻與墻身混凝土的連接性。鑿毛后，將預(yù)埋于墻身的連接鋼筋進(jìn)行調(diào)整，先安裝上部?jī)?nèi)襯墻預(yù)留的連接鋼筋，再安裝墻身連接鋼筋。

3.4.3?立模澆筑混凝土

混凝土應(yīng)一次澆筑完成。澆筑時(shí)水平分層，每層30 cm，并在下層混凝土初凝前完成上層混凝土澆筑。施工過(guò)程中控制混凝土入模的溫度。混凝土澆筑完成后，進(jìn)行土工布覆蓋養(yǎng)生。

4?結(jié)語(yǔ)

平南三橋北岸拱座基礎(chǔ)采用地連墻結(jié)合坑底注漿加固的施工技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚屬首次。通過(guò)地連墻施工完成后基坑開(kāi)挖進(jìn)行墻體檢測(cè)，各槽段平整度、垂直度、抗?jié)B性均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，無(wú)滲水漏水現(xiàn)象，驗(yàn)證了在北岸富水地層中采用地連墻結(jié)合坑底注漿加固施工技術(shù)修建拱座基礎(chǔ)的可靠性，為今后相似地質(zhì)情況下修建超大型橋梁基礎(chǔ)提供一定的參考。

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