新機(jī)場管廊基坑鄰近高速橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

張 凱

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司 山西太原 030024)

1 前言

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，城市地下空間被不斷開發(fā)，綜合管廊的重要性越來越被人們認(rèn)識，國內(nèi)大中城市掀起一股興建管廊的熱潮。鑒于目前的建設(shè)形勢，國內(nèi)大部分地下管廊在城市各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完成后建設(shè)，因此不可避免地會受到城市各種基礎(chǔ)設(shè)施的影響。從地下管廊鄰近在建高速公路橋梁基礎(chǔ)角度出發(fā)，介紹了基坑開挖過程中對高速橋梁基礎(chǔ)采用的防護(hù)措施及施工監(jiān)測成果，為以后類似工程施工提供一定參考。

2 工程概況

新機(jī)場高速公路地下綜合管廊(南四環(huán)-新機(jī)場)項目位于北京市南部，是北京市城市綜合管廊規(guī)劃網(wǎng)的重要組成部分，規(guī)劃定位為干線型綜合管廊，是連接北京市區(qū)與北京新機(jī)場的重要市政通道，主要為北京新機(jī)場及北京南部地區(qū)提供能源供給保障。項目地處北京市南部的大興區(qū)，位于永定河沖洪積扇下游，地形由北向南逐漸降低，自然地面標(biāo)高在22.32～35.52 m之間。本施工段大部分管廊結(jié)構(gòu)邊線距已施工新機(jī)場高速公路橋梁承臺較近(橋中橋梁承臺與管廊凈距平均1.2 m)。為減少管廊基坑開挖對橋梁承臺的影響，保證橋梁安全，首先對已施工橋梁承臺側(cè)土體進(jìn)行注漿加固[1]，然后再進(jìn)行管廊結(jié)構(gòu)施工。

3 地層巖性及分布

根據(jù)野外鉆探、原位測試及室內(nèi)土工試驗成果的綜合分析，本次勘察揭露25.0 m深度范圍內(nèi)的地層表層為填土層，其下為新近沉積及第四紀(jì)沖洪積成因的黏性土、粉土及砂土，見表1。管廊基坑平均開挖深度為7.3 m，深度范圍內(nèi)土質(zhì)主要以素填土、粉土、粉質(zhì)黏土和粉細(xì)砂為主，開挖深度范圍內(nèi)無地下水。

表1 地層編號及巖性

4 注漿加固范圍及基礎(chǔ)變形監(jiān)測

4.1 注漿加固范圍

對承臺邊緣距管廊結(jié)構(gòu)≤5 m范圍的土體進(jìn)行劈裂注漿加固[2-4]，加固范圍為矩形斷面，橫向為距基坑底外側(cè)3.4 m范圍，長度為承臺及沿承臺縱向各外擴(kuò)3.0 m，深度為承臺底至管廊基坑底以下1.0 m。橋中橋梁承臺注漿加固范圍橫斷面見圖1。

圖1 橋中橋梁承臺注漿加固范圍橫斷面(單位：mm)

注漿孔垂直及傾斜布置，其中縱向承臺外部采用垂直布孔，承臺范圍內(nèi)采用傾斜布孔，傾斜角度按45°布置，注漿孔間距1.2 m×1.5 m，孔深以超出基坑底部1.0 m控制。注漿孔布置平面見圖2。

圖2 注漿孔布置平面(單位：mm)

4.2 橋梁基礎(chǔ)變形監(jiān)測

在管廊基坑鄰近承臺開挖至回填完成期間，對受保護(hù)承臺進(jìn)行變形監(jiān)測[5-6]。每承臺設(shè)水平位移監(jiān)測點(diǎn)1處，豎向沉降監(jiān)測點(diǎn)1處，設(shè)置在承臺頂靠近基坑側(cè)[7-8]，監(jiān)測頻率為1次/d；在注漿加固施工期間，監(jiān)測頻率提至1次/h；在注漿范圍的基坑開挖及土釘墻面層施工期間，監(jiān)測頻率提至1次/3 h。橋梁基礎(chǔ)變形監(jiān)測控制值見表2。根據(jù)現(xiàn)場新機(jī)場高速公路施工進(jìn)展情況，選擇表2中第二組控制值對橋梁變形進(jìn)行監(jiān)測。

表2 橋梁基礎(chǔ)變形監(jiān)測控制值

5 施工工藝

鉆孔采用ZLJ煤礦用坑道鉆機(jī)，采用ZBSB-148～23/4-15型煤礦用雙液注漿泵注漿。具體施工工藝:測量放線→鉆孔→封口(注雙液漿)→注水泥漿→拔管轉(zhuǎn)入下一孔位。

(1)測量放線

施工前進(jìn)行場地平整，采用全站儀按要求測放出注漿孔位，并沿孔位開挖溝槽和集水坑[9]79。

(2)鉆孔

注漿孔采用ZLJ煤礦用坑道鉆機(jī)鉆孔，成孔直徑為50 mm，孔深以超出管廊基坑底部1.0 m控制。

(3)封口

鉆至設(shè)計位置后，采用注漿泵抽取雙液漿(水泥漿＋水玻璃)[10]至鉆桿中封口，待孔口封閉后，改用單液漿(水泥漿)注漿。

(4)注漿

①漿液選用普通硅酸鹽水泥[9]80，水灰比采用1.0。

②注漿順序為先外圍后中間，隔排跳孔進(jìn)行施工[9]80。

③采用后退式注漿[11-12]，邊拔鉆桿邊注漿的方式。

④在注漿前，以0.6～0.8 MPa的高壓風(fēng)疏通孔道，注漿后有利于注漿體和土體的結(jié)合，即注漿體和土體互相鑲嵌而成一整體。

⑤注漿壓力應(yīng)按照試驗參數(shù)選用，注漿過程中如果出現(xiàn)壓力達(dá)不到設(shè)計要求或跑漿、串漿等嚴(yán)重的問題，可采取換孔作業(yè)，待漿液初凝后再補(bǔ)注。

⑥注漿過程中應(yīng)密切注意監(jiān)測及反饋?zhàn){部位周邊情況變化。

(5)注漿完畢后，應(yīng)立即用清水沖洗注漿機(jī)鉆桿，轉(zhuǎn)入下一孔位施工。

6 注漿試驗及變形監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工情況，在新機(jī)場高速公路M442、M443及N442 3個承臺進(jìn)行注漿試驗。承臺基礎(chǔ)底至管廊基坑底1.0 m注漿范圍內(nèi)土層為粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、黏土及細(xì)砂，以試驗數(shù)據(jù)確定最終施工參數(shù)。

6.1 注漿試驗過程

(1)M442承臺

2018年4月18日，在M442承臺開始注漿試驗，注漿壓力選用0.3 MPa，注漿量選用0.25，則該承臺設(shè)計注漿量為54.83 m3。截止至2018年4月19日注漿完成，現(xiàn)場實(shí)際注漿量為55 m3。

(2)M443承臺

2018年4月20日，在M443承臺開始注漿試驗，注漿壓力選用0.4 MPa，注漿量選用0.3，則該承臺設(shè)計注漿量為65.79 m3。截止至2018年4月21日注漿完成，現(xiàn)場實(shí)際注漿量為66 m3。

(3)N442承臺

2018年4月24日，在N442承臺開始注漿試驗，注漿壓力選用0.5 MPa，注漿量選用0.4，則該承臺設(shè)計注漿量為87.72 m3。截止至2018年4月25日注漿完成，現(xiàn)場實(shí)際注漿量為88 m3。

6.2 橋梁基礎(chǔ)變形監(jiān)測

(1)注漿過程中承臺變形監(jiān)測

注漿過程對承臺變形進(jìn)行監(jiān)測，其中M442～M444承臺編號為CT-1～CT-3，N442～N443承臺編號為CT-4～CT-5。監(jiān)測內(nèi)容包括縱向相鄰基礎(chǔ)相對沉降差(≤3 mm)、基礎(chǔ)水平變位(≤3 mm)，監(jiān)測頻率為1次/h。具體監(jiān)測結(jié)果見表3～表4。

表3 注漿過程中承臺基礎(chǔ)水平變位觀測結(jié)果

表4 注漿過程中承臺基礎(chǔ)沉降觀測結(jié)果

對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，注漿加固過程中承臺基礎(chǔ)水平變位最大為1.8 mm(M442承臺)，縱向相鄰基礎(chǔ)相對沉降差最大為M442與M443承臺的-0.7 mm，變形值均在允許范圍內(nèi)。

(2)基坑開挖過程中承臺變形監(jiān)測

2018年4月27日至4月30日對承臺注漿試驗加固區(qū)域進(jìn)行開挖，現(xiàn)場注漿效果見圖3。

基坑開挖過程中對承臺進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括縱向相鄰基礎(chǔ)相對沉降差(≤3 mm)、基礎(chǔ)水平變位(≤3 mm)，監(jiān)測頻率為1次/3 h。具體監(jiān)測結(jié)果見表5～表6。

圖3 現(xiàn)場注漿

表5 基坑開挖過程中承臺基礎(chǔ)水平變位觀測結(jié)果

表6 基坑開挖過程中承臺基礎(chǔ)沉降觀測結(jié)果

對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，基坑開挖過程中承臺基礎(chǔ)水平變位最大為-1.8 mm(N442承臺)，縱向相鄰基礎(chǔ)相對沉降差最大為M443與M444承臺的-2.4 mm，變形均在允許范圍內(nèi)。

6.3 試驗結(jié)果分析與最優(yōu)參數(shù)確定

通過對橋梁承臺基礎(chǔ)變形監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，上述3個注漿參數(shù)均滿足橋梁變形要求；注漿加固后的地層開挖輪廓線清晰，沒有明顯超挖現(xiàn)象，表面土體穩(wěn)定性良好，可見清晰的加固漿脈。綜合經(jīng)濟(jì)要素，采用第一組注漿參數(shù)(注漿壓力0.3 MPa，注漿量0.25)施工即可滿足要求。

7 結(jié)束語

采用第一組注漿參數(shù)施工，后期共對新機(jī)場高速公路地下綜合管廊2標(biāo)鄰近高速公路156個承臺基礎(chǔ)進(jìn)行注漿加固，其水平變位及相對沉降差均滿足要求，但在施工過程中有以下4點(diǎn)需重視:

(1)基坑開挖至注漿加固土體范圍頂部時需預(yù)留至少1 m土體，避免在注漿時周圍土體冒漿而無法達(dá)到設(shè)計注漿壓力。

(2)注漿開始時要做好孔口封閉，防止孔口冒漿致使注漿壓力不足，影響注漿加固效果。

(3)注漿過程一定要控制好注漿壓力。注漿壓力達(dá)到終壓而注漿量未達(dá)到設(shè)計注漿量時應(yīng)停止注漿，防止因注漿壓力過大造成橋梁承臺基礎(chǔ)變形。

(4)注漿孔符合設(shè)計孔深，注漿壓力未能達(dá)到終壓而注漿量達(dá)到設(shè)計注漿量且無漏漿現(xiàn)象時亦可停止注漿。