臨近高速橋梁超深基坑施工安全技術研究

楊煥起

摘 要：闡述在臨近高速橋墩進行超大超深工作井施工時，通過超深工作井地下連續墻施工、基坑開挖及內襯施工、施工監測等一系列控制措施，在安全快速完成超深工作井結構施工的條件下，將高速橋梁的沉降與傾斜變形控制在設計允許范圍內，以確保既有建筑物的安全。

關鍵詞：超深工作井;近接高速橋梁;安全控制措施

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）34-0-04

Construction of Ultra-Deep Foundation Pit of Adjacent High-Speed Bridge is Safe

YANG Huanqi

（Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.， Changsha Hunan 410004）

Abstract： The paper work in the near the bridge pier for super ultra deep well construction， work from the ultra deep Wells of the underground continuous wall construction， the excavation and lining construction， construction monitoring and a series of control measures， rapidly completed the ultra deep Wells in the security under the condition of the structure of the construction， the settlement of highway bridge and the tilting deformation control in the range of allowable design， ensure the safety of adjacent buildings.

Keywords： ultra-deep working wells;close access to high-speed bridges;safety control measures

城市在建設過程中由于地面建筑物的快速擴張與地下工程規劃的相對滯后，往往會導致后續的地下空間開發相對應的工程與既有建構筑物的凈距越來越近。如何在保障既有建構筑物安全的情況下加快地下空間的開發是當前地下工程建設的難點。針對珠江三角洲水資源配置工程土建施工LG08#工作井超深工作豎井，在臨近高速橋墩條件下，通過采取一系列精細化控制措施，在確保高速橋梁橋墩安全前提下實現工作豎井的快速施工。

1 研究背景

1.1 工程概況

珠江三角洲水資源配置工程LG08#工作井位于廣東省佛山市順德區廣進汽車城內，工作井外徑35.9 m，內徑 30.5 m，開挖深度64.5 m。基坑開挖采用地下連續墻垂直支護，連續墻墻厚1.2 m。LG08#工作井北側為G1508廣州繞城高速順德高架橋，與高架橋墩最小距離為19.3 m，G1508廣州繞城高速順德高架橋梁總長為2 535.1 m。橋梁分左右兩幅，路線為整幅斷面總寬度 33.5 m，半幅結構的基本寬度為16.5 m，全線等寬。LG08#工作井臨近左幅52#墩，高架橋上部結構為小箱梁，跨徑為25 m，橋墩為板式墩，樁基與橋墩之間為6.3 m×2.5 m×2.3 m的承臺，承臺下為兩根直徑1.5 m的鉆孔灌注樁，樁間距為3.8 m，樁長分別為43.72 m和43.63 m，均為嵌巖樁設計。其相對關系見圖1。

1.2 工程難點

本工程工作豎井開挖深度為64.5 m，高速橋橋墩及其下部樁基結構位于工作豎井基坑開挖深度影響范圍。伴隨著工作豎井基坑開挖深度加大，地下水位發生變化，圍護結構受力增大后變形加劇，從而導致地表沉降增加[1]，致使高速橋墩及下部樁基礎結構向工作豎井側發生測斜傾斜。如何保證地下水位超深工作豎井在開挖過程中相對穩定，不因土體大量失水導致地表及周邊建構筑物發生沉降是本工程的難點。

2 工作井施工對橋墩影響模型分析

2.1 計算假定

①假定各層土體均為各向同性;②土體的初始應力場只計算自重應力，不考慮溫度和構造應力的影響;③假定高架橋橋樁結構為線彈性材料;④假定高架橋橋樁及土體之間符合變形協調原則;⑤采用施工步來模擬整個施工過程，考慮施工過程中空間位移的變化，不考慮時間效應。

2.2 參數選擇

表1為土的物理力學參數取值，表2為結構材料參數取值。

2.3 施工模型

考慮到施工過程中的空間效應以及樁基的尺寸，取長239 m、寬240 m、總厚度150 m的土體作為考察。計算模型中土體采用實體單元，不同的土層采用不同的材料模擬，土體本構關系采用修正Mohr-Coulomb 屈服準則，土層、地連墻、橋梁承臺、橋墩均采用實體單元，內襯墻采用板單元，樁基采用梁單元加接觸模擬。邊界條件選取除頂面取為自由邊界外，其他面均采取法向約束[2]。圖2為工作井三維有限元模型，圖3為基坑開挖完成后橋梁承臺與橋墩的橫、豎向位移云圖，圖4為基坑開挖完成后橋梁樁基的橫、豎向位移云圖。

計算荷載考慮兩個方面：①高架橋結構自重+車輛荷載;②土體自重。

采用三維有限元程序計算分析基坑開挖對臨近橋梁樁基的影響。根據有限元模擬結果得到以下結論：基坑開挖后橋梁橋墩的橫向位移最大為0.89 mm，引起橋墩最大豎向位移為-1.76 mm;樁基頂最大橫向位移為

0.6 mm，最大豎向沉降-1.6 mm。根據有限元模擬結果，基坑開挖過程引起的高速橋梁的沉降和水平位移均小于監測預警值3 mm，其影響在可控范圍內[3]。

3 工作井圍護結構施工控制措施

3.1 地連墻分幅設計

LG08#工作井圍護結構設計為1.2 m厚地下連續墻，設計共24幅，其中一序、二序地連墻各12幅。具體設計結構型式見圖5、圖6。

3.2 地連墻成槽控制措施

在挖槽中通過垂直度檢測儀表顯示的成槽垂直度情況[4]，及時調整成槽機及雙輪銑的垂直度，做到隨挖隨糾，確保垂直度不大于1/300。成槽時，派專人負責泥漿的放送，視槽內泥漿液面高度情況隨時補充槽內泥漿，確保泥漿液面高出地下水位0.5 m以上，同時不能低于導墻底面0.5 m，杜絕泥漿供應不足的情況發生。

終孔驗收項目含槽位、槽深、槽寬和槽段垂直度。槽孔寬度不小于1.2 m，槽深不小于設計槽深，槽段垂直度應不大于1/300，接頭處相鄰兩槽段的中心線在任一深度的偏差不大于60 mm。地連墻槽段垂直度檢測采用超聲波法進行檢測[5]。一序槽在三邊及兩轉角共5個檢測點處進行垂直度檢測，每條邊垂直度在此邊抓槽結束時進行檢測;二序槽在兩側及中間共3個檢測點處進行垂直度檢測。

3.3 地連墻接縫止水防滲漏控制措施

根據地質資料，工作井井身中上部為人工填土層和沖積層，平均厚度約28.1 m，主要有①人工填土層、②-2淤泥質土、②-3淤質細砂、②-4淤泥質土和②-5泥質細砂，其中砂層為強透水層，存在基坑開挖期間地下水通過地連墻接縫滲漏導致基坑涌水涌砂的風險。

地連墻接縫采用套銑工藝，通過雙輪銑將先期施工完成的一序地連墻段澆筑的地連墻混凝土面中的夾渣夾泥塊、不密實混凝土塊等銑削干凈，形成新鮮密實的混凝土接觸面。將二序地連墻鋼筋籠吊裝入槽后快速完成水下混凝土澆筑，使整個地連墻接縫部位混凝土貼合密實。同時，在每道地連墻接縫外側以接縫為中心線按照“品”字形設計3根三重管高壓旋噴樁，旋噴樁樁底進入弱透水層的全風化巖層不少于3 m。旋噴樁在地連墻施工混凝土達到設計強度后開始施工。采用地質鉆從地面引孔，鉆孔至設計高程后采用自下而上的成孔方式作業，噴漿壓強按照24～30 MPa進行控制，水泥漿水灰比為1.0，鉆桿提升速度按照不大于12 cm/min控制，經成樁28 d后檢測樁體滲透系數不大于1.0×10-5 cm/s。通過地連墻接縫施工質量控制與三重管旋噴樁補強，確保在工作井基坑開挖與內襯期間不因接縫涌水涌砂導致基坑失穩與周邊建構筑物沉降變形超限。

4 工作井基坑開挖與內襯結構施工控制措施

4.1 基坑開挖施工控制措施

工作井開挖直徑33.5 m，開挖深度64.5 m，采用明挖逆作法施工，單層施工高度4.5 m，自上而下共設計分為16層施工。

工作井基坑上部土層主要采用機械開挖，總體按照快速開挖快速完成單層內襯混凝土施工原則，每層4.5 m高土方分2次開挖完成。工作井內土方按照先開挖中心再開挖四周原則，在井邊共設置3個開挖與出土點。開挖過程中保證工作井內土方均勻下降，確保圍護結構受力基本平衡，消除對橋梁結構的影響。每個出土點均配置3～4臺渣土車，垂直出土設備從基坑內取土并裝車后運輸至對應渣土消納場，避免將基坑內土方開挖倒運至基坑周邊造成基坑邊堆載超限，引發其他安全問題。

工作井圍護結構與內襯結構通過在地下連續墻鋼筋籠預埋鋼筋套筒連接后形成疊合墻整體受力。每一層土方開挖完成后需要對地下連續墻基面進行鑿毛處理。鑿毛選擇PC60型小型挖機帶振動錘實施，避免振動過大引發高架橋樁基周圍土體松動而導致橋梁樁基礎發生傾斜位移。

4.2 內襯結構施工控制措施

針對每個單元層高4.5 m段施工，對周邊橋梁結構最不利階段為該層土方開挖完成后至內襯混凝土未達到既定強度前，此時圍護結構受力變形最大。土方開挖過早將導致上一層內襯混凝土強度不足，從而使內襯與地下連續墻的疊合墻與開挖的土方之間的高度加大，對應的地連墻受力也處于最不利工況。在項目工期壓力大的情況下，快速提高單元循環的內襯結構混凝土早期強度，形成完整的疊合受力體系，是保障基坑及橋梁結構安全的關鍵。

4.3 保持地下水位相對穩定相關措施

地下水流失造成地層中的鋁、鐵、膠結物質等有機成分不同程度的流失，從而造成巖土含水量孔隙變大、土質變松軟、巖土承載能力下降等諸多不良現象，造成周邊建筑物沉降或傾斜。為確保將本工程對周邊地層地下水影響降到最低，工作井圍護結構采用落地式帷幕形式，將基坑外部地下水通過地下連續墻進行隔斷。通過前文所述的對地下連續墻接縫部位采用的旋噴加固措施，進一步防止地下水通過地下連續墻接縫滲入基坑內而導致地下水流失。工作井基坑內及外部不設置降水井對周邊進行降水作業，減少對周邊水位的擾動。在工作井基坑開挖及內襯結構施工過程中，發現的圍護結構漏水點在每4.5 m單元層內襯結構混凝土施工完成后即采取堵漏措施，同時在距離工作井地連墻5 m外沿圓周設置4口12 m深的回灌井，根據監測的地下水位變化情況，及時采取回灌措施。

5 施工監測措施

施工監測包括工作井基坑安全監測控制及周邊建構筑物監測控制，如橋墩/墩臺沉降和水平位移、橋墩/墩臺傾斜度、地表沉降、水位監測、基坑深層水平位移及墻體內力。在主要影響區的每個高架橋橋墩上各布置2個沉降測點和2個傾斜測點，采用傾角計對傾斜實現自動化觀測，共計14個沉降測點和14個傾斜測點。

所有監測儀器在工作井基坑開挖前完成布設并采集好初始值。監測頻次隨基坑開挖深度加大而逐步加密，開挖深度大于10 m時按照每天2次進行，并根據數據變化情況動態調整。從2020年4月15日工作井基坑開挖至2020年11月25日內襯結構完成，高速橋梁沉降及傾斜變形均在數據模型范圍內。

6 結語

在本工程實施案例中，224 d完成了64.5 m深度的超深基坑開挖與內襯施工，同時保證了近接高速橋梁墩柱及其基礎的變形未超過設計允許范圍，達到了預期效果。這些超深基坑施工時對近距離建構筑物的保障措施，可為今后同類型工程提供一定的參考和借鑒。

參考文獻：

[1]蘆巍.臨近高速公路橋梁深基坑開挖防護方案探討[J].鐵道建筑技術，2011（2）：140-142.

[2]楊敏，周洪波，楊樺.基坑開挖與臨近樁基相互作用分析[J].土木工程學報，2005（4）：91-96.

[3]王恒.基坑開挖對鄰近橋梁樁基的影響分析[D].福州：福州大學，2014：39.

[4]葛方方.明挖法隧道深基坑支護的施工質量控制探討[J].江西建材，2015（16）：167.

[5]劉志勇.路橋深基坑工程施工技術[J].工程建設與設計，2020（24）：151-152.