城市綜合管廊區(qū)箱涵施工技術(shù)研究

曹 鵬

(浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310002)

擴(kuò)大杭嘉湖南排八堡排水泵站工程位于航運(yùn)部門規(guī)劃京杭運(yùn)河二通道一線船閘東側(cè)，排水河道利用規(guī)劃京杭運(yùn)河二通道，排水口設(shè)在頭格村附近的錢塘江北岸海塘上，泵站排水設(shè)計(jì)流量200m3/s，屬大型水利工程。排水泵站工程進(jìn)水箱涵段與某道路地下綜合管廊基本呈90°角交叉，箱涵在上，綜合管廊在下，綜合管廊[1- 6]已施工完成并回填土方至原狀地面，且已投入使用。綜合管廊區(qū)域段進(jìn)水箱涵[7- 10]施工期間易導(dǎo)致管廊上浮，本文結(jié)合箱涵施工過程中出現(xiàn)局部變形滲水的案例，分析了箱涵施工期間地下綜合管廊結(jié)構(gòu)的保護(hù)措施，為確保管廊廊體結(jié)構(gòu)及廊內(nèi)燃?xì)獾仍O(shè)備運(yùn)行安全，對管廊變形進(jìn)行加密觀測點(diǎn)，增加監(jiān)測頻率，總結(jié)了保護(hù)管廊穩(wěn)定與現(xiàn)有裂縫修復(fù)的方法，研究成果可為類似工程管廊上部施工工藝的優(yōu)化提供參考。

1 箱涵結(jié)構(gòu)與施工概況

箱涵型式分別與上游引河和進(jìn)水池相連。進(jìn)水箱涵中心線長138m，系6孔C25W4F50鋼筋砼結(jié)構(gòu)，采用3孔+3孔型式，箱涵內(nèi)底標(biāo)高-2.50m，內(nèi)頂標(biāo)高4.50m。進(jìn)水箱涵上游側(cè)126m為平直段，單孔內(nèi)尺寸為8m×7m(B×H)，箱涵底板及兩側(cè)壁厚度0.8m，中隔墻厚度0.6m。頂板采用0.25m厚板+上翻梁式結(jié)構(gòu)。下游12m為漸變段，擴(kuò)散角為10°27′54″。箱涵頂部進(jìn)行覆土綠化，設(shè)計(jì)覆土厚2.20m，覆土頂高程7.00m。進(jìn)水箱涵沿縱向每隔12m設(shè)變形縫1道，縫寬20mm。工程區(qū)地面高程一般5.5～7.0m。設(shè)計(jì)對進(jìn)水池上游150m擬采用箱涵形式，進(jìn)水箱涵內(nèi)底標(biāo)高-2.50m，內(nèi)頂標(biāo)高4.50m。進(jìn)水箱涵及排水箱涵沿線表層基本以雜填土、砂質(zhì)粉土、粉砂為主，厚度較大，工程地質(zhì)條件一般。下伏Ⅲ1層淤泥質(zhì)土與砂質(zhì)粉土互層以及Ⅲ2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，埋深大都在18m以上，對進(jìn)水箱涵的穩(wěn)定影響不大。

進(jìn)水箱涵東側(cè)3孔建基面清理施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)箱涵開挖區(qū)域的管廊后澆帶位置出現(xiàn)滲水情況(如圖1所示)，滲水后開始對管廊頂部進(jìn)行1.5m厚覆土壓重處理并布置豎向沉降觀測點(diǎn)(如圖2所示)。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示自覆土壓重后未出現(xiàn)較大上隆和沉降，排澇河段綜合管廊處于穩(wěn)定狀態(tài)(如圖3所示)。

圖1 箱涵開挖區(qū)域的管廊后澆帶位置滲水

圖2 綜合管廊豎向沉降觀測點(diǎn)布置圖

圖3 綜合管廊豎向沉降監(jiān)測結(jié)果

2 綜合管廊變形分析

2.1 地下水情況分析

考慮綜合管廊北側(cè)連續(xù)墻外于2021年9月29日前完成建基面開挖及墊層澆筑，南側(cè)連續(xù)墻外于2021年11月2日前完成建基面開挖及墊層澆筑，南北二側(cè)建基面均設(shè)有管井降水，期間建基面及二側(cè)邊坡均不存在地下水滲出情況。綜合管廊及二側(cè)各1節(jié)共3節(jié)，寬度41m(南北向)區(qū)域內(nèi)，從開挖到建基面以來，建基面及二側(cè)邊坡均不存在地下水滲出情況，結(jié)合管廊頂不存在冒水等情況，基本可推定管廊下部地下水位不高于管廊頂。

2.2 卸荷回彈分析

管廊位置原地面高程約7.0m，管廊施工時(shí)開挖深度達(dá)15m，存在下部土體卸荷回彈情況。通過對綜合管廊施工單位的了解，管廊施工到頂板前通過底板下管井降水，頂板施工完成后由于地下水位較低所以停止了繼續(xù)降水，待抗浮梁施工完成后再進(jìn)行土方回填到原地面，存在回彈再壓縮情況。回填后至今已有2年以上，本次進(jìn)水箱涵施工開挖深度又達(dá)10m左右，存在再次卸荷回彈情況，目前地下水位較低，故推測管廊監(jiān)測所得的豎向位移超限主要是卸荷引起的變形。

2.3 管廊結(jié)構(gòu)受力分析

綜合管廊10.8m方向分隔3艙，高度4.8m，類似于空箱梁結(jié)構(gòu)。箱涵段管廊總長53m，二側(cè)設(shè)置變形縫，后澆帶處于53m分縫段的中間位置，管廊剛度大，抗變形能力強(qiáng)?，F(xiàn)狀綜合管廊除已開挖完成的27范圍內(nèi)，東面部分抗浮梁保留(東北角至分縫處保留完整的抗浮梁長度250mm，東南角至分縫處保留完整的抗浮梁1360mm)，西面抗浮梁仍保留，基于現(xiàn)狀情況下管廊的上隆，受彎最大位置一般是已開挖區(qū)域的中段，后澆帶位置實(shí)際受力相對較小，且結(jié)合監(jiān)測反饋的變形量，初步推測此處存在結(jié)構(gòu)受力破壞的可能性較小。

綜上分析，本次監(jiān)測反饋箱涵施工中綜合管廊存在較小值的上隆，引這上隆的主要原因是卸荷回彈，而非地下水上浮，主體結(jié)構(gòu)是安全的。后續(xù)反壓土區(qū)域施工期間及待最終箱涵施工完成后整體變形量很小，不影響管廊整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全。目前后澆帶區(qū)域處的滲漏水主要考慮是由于本身存在薄弱點(diǎn)，在上有覆土情況下進(jìn)行的灌漿加固處理，本次卸荷回彈變形后可能再次引起的滲漏。

3 綜合管廊保護(hù)及修復(fù)措施

3.1 箱涵后期施工措施

為確保后續(xù)箱涵施工，開挖上覆土體不致現(xiàn)有綜合管廊廊體上浮，擬通過采用箱涵底板結(jié)構(gòu)分段澆筑、加厚墊層快速施工的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以減少管廊的變形。本部分基坑開挖深度大，為確保基坑安全，管廊東西各3孔箱涵分4塊施工，施工順序依次從東向西1#塊、2#塊、3#塊、4#塊，分塊具體順序如圖4所示。

(1)對基坑施工場地進(jìn)行整平，管廊外側(cè)布設(shè)疏干井，降低地下水不小于建基面2m。

(2)加高2#塊內(nèi)填土高度不小于2m，再開挖1塊內(nèi)填土，快速對破損部分防水層進(jìn)行修復(fù)并澆筑墊層，后施工底板結(jié)構(gòu)。

(3)1#塊底板結(jié)構(gòu)施工完成后開挖2#塊內(nèi)填土，再快速對破損部分防水層進(jìn)行修復(fù)并澆筑墊層，后施工2#底板結(jié)構(gòu)。

(4)2#塊底板結(jié)構(gòu)施工完成后，對現(xiàn)有3#塊范圍內(nèi)連續(xù)墻采用繩鋸進(jìn)八堡排水泵站工程進(jìn)水箱涵段施工，對綜合管廊保護(hù)方案進(jìn)行割除，再快速澆筑墊層，完成3#底板結(jié)構(gòu)。

(5)3#塊底板結(jié)構(gòu)施工完成后，對現(xiàn)有4#塊范圍內(nèi)連續(xù)墻采用繩鋸進(jìn)行割除，再快速澆筑墊層，完成4#底板結(jié)構(gòu)。

圖4 施工分塊示意圖

3.2 管廊滲水與裂縫修復(fù)措施

本次地下管廊滲漏部位主要出現(xiàn)在管廊后澆帶位置，其他部位未見滲水點(diǎn)，后澆帶位置混凝土先后澆筑存在時(shí)間差，容易引起施工冷縫，極易產(chǎn)生滲漏通道，從現(xiàn)場觀察現(xiàn)有滲水點(diǎn)原先就存在裂縫并對其進(jìn)行過化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理。本次箱涵基坑開挖深度達(dá)10m，地基土產(chǎn)生一定的回彈變形，造成管廊的擾動，使后澆帶原有修補(bǔ)后的裂縫重新滲水。針對本工程的裂縫位置及裂縫特點(diǎn)，采用設(shè)計(jì)預(yù)留的灌漿孔進(jìn)行注漿處理，相關(guān)技術(shù)技術(shù)及工藝要求按原施工圖，在注漿處理后仍未解決情況下采用化學(xué)灌漿處理方法。

管廊貫穿性裂縫采用表面碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)與內(nèi)部修補(bǔ)相結(jié)合進(jìn)行裂縫處理。內(nèi)部修補(bǔ)采用化學(xué)灌漿，材料采用HW水溶性聚氨酯材料修復(fù)，表面加固方法為沿垂直貫通裂縫的方向沿裂縫左右各300mm范圍粘貼碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)。所用材料為①結(jié)構(gòu)膠：結(jié)構(gòu)膠采用JGN型結(jié)構(gòu)膠；②碳纖維：碳纖維布采用高強(qiáng)度Ⅰ級300g碳纖維。具體施工程序如下：

(1)清除管廊表面抹灰露出裂縫，沿裂縫開展方向用金剛石磨片將裂縫部位混凝土打磨成V型槽，清理槽內(nèi)浮塵碎屑，并用丙酮清洗。

(2)按組分比例配置結(jié)構(gòu)膠，填入槽內(nèi)壓實(shí)抹平，24小時(shí)固化后在進(jìn)行碳纖維加固或者進(jìn)行其它施工。

(3)碳纖維加固前，應(yīng)對混凝土表面進(jìn)行檢查，對混凝土破損、缺角的部位應(yīng)采用結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)，對混凝土裂縫應(yīng)采用結(jié)構(gòu)膠封閉處理。

(4)碳纖維在粘貼完成后，表面均應(yīng)涂刷保護(hù)樹脂并粘撒細(xì)砂，待表面凝固后刷素水泥漿做20厚1∶2水泥砂漿保護(hù)層。

4 結(jié)論

本文分析了某大型泵站工程進(jìn)水箱涵段施工過程中下部綜合管廊變形及局部滲水的原因，提出了在管廊上方覆土并動態(tài)變形監(jiān)測的方式保護(hù)管廊正常運(yùn)行，方案實(shí)施后管廊變形穩(wěn)定，得出如下結(jié)論：

(1)管廊變形主要由卸荷回彈引起，對綜合管廊按1.5m厚填土壓重處理后箱涵施工期間管廊整體穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)安全。

(2)管廊裂縫與滲水區(qū)可在相應(yīng)部位以清理、鉆孔、埋注漿咀、洗縫、封縫、灌漿、拆咀、封口防水等工序進(jìn)行處理；表面碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)，內(nèi)部采用HW水溶性聚氨酯材料化學(xué)灌漿修補(bǔ)相結(jié)合的灌漿方法處理管廊貫穿性裂縫效果良好。

未來可考慮采用二維有限元法模擬箱涵施工過程中管廊的變形情況與受力情況，為類似城市綜合管廊區(qū)施工提供理論依據(jù)。