近接高度敏感建筑物施工預(yù)加固技術(shù)

羅 鎮(zhèn)

(中鐵十六局集團(tuán)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(jìn)行基坑開(kāi)挖，會(huì)對(duì)建筑產(chǎn)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(jī)場(chǎng)站位于深圳市機(jī)場(chǎng)T3航站樓西側(cè)，車站基坑全長(zhǎng)約912 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度23.34 m，端頭井深23 m，標(biāo)準(zhǔn)段深19.9 m。設(shè)計(jì)采取明挖法開(kāi)挖，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。該基坑?xùn)|臨深圳寶安機(jī)場(chǎng)領(lǐng)航四路，最近距離1.8 m，基坑西側(cè)主要是機(jī)場(chǎng)駐場(chǎng)單位，燈光站、承遠(yuǎn)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(gòu))筑物蓄冷水罐(單側(cè)，共4個(gè))，單罐運(yùn)行荷載14 500 t，距離影響范圍內(nèi)的2號(hào)基坑最近只有3.4 m，安全等級(jí)為一級(jí)。基坑開(kāi)挖及其與周圍建筑物位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 二號(hào)基坑現(xiàn)場(chǎng)情況

工程基坑開(kāi)挖極小距離接近高度敏感的建筑物，如何確?；雍图扔薪ㄖ锏陌踩蔀榱四芊耥樌┕さ年P(guān)鍵。因此，提出近接高度敏感建(構(gòu))筑物施工預(yù)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(cè)最近約2 m，其基礎(chǔ)為大體積鋼筋混凝土，蓄冷水罐重14 500 t，其中基礎(chǔ)自重4 500 t，深3 m。2號(hào)基坑開(kāi)挖過(guò)程中，蓄冷水罐將產(chǎn)生沉降或傾斜，如若處理不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。為了確?；蛹靶罾渌薜陌踩鶕?jù)GB 50341-2003《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄E中E.4.5條，提出深圳機(jī)場(chǎng)站施工期間，蓄冷水罐整體沉降應(yīng)小于225 mm，罐基礎(chǔ)任意直徑方向上的沉降差不超過(guò)97 mm。

就當(dāng)前鄰近施工技術(shù)而言，為防止基坑開(kāi)挖引起臨近建筑物的破壞，往往采用對(duì)鄰近建筑物地基進(jìn)行加固，加固措施有基地托換、設(shè)置隔離法、地層加固、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等。通過(guò)對(duì)既有加固技術(shù)的分析，基坑施工前采用旋噴注漿和設(shè)置隔離樁墻的方法將蓄冷水罐基礎(chǔ)與后期基坑隔離，注漿加固深度同隔離樁深度確保超過(guò)基坑深2 m。具體技術(shù)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(xù)墻側(cè) 800@1 000隔離樁，樁長(zhǎng)定義為30 m，隔離樁外側(cè)設(shè)置攪拌樁。

3 加固施工方案

3.1 蓄冷水罐保護(hù)設(shè)計(jì)

借鑒以往經(jīng)驗(yàn)[3-6]，對(duì)蓄冷水罐進(jìn)行保護(hù)加固設(shè)計(jì)。

3.1.1 圍護(hù)、支撐結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)地質(zhì)情況及主體結(jié)構(gòu)型式圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)型式。靠蓄冷水罐側(cè)連續(xù)墻墻厚為1 200 mm，其余連續(xù)墻墻厚均為1 000 mm。圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用階段與內(nèi)襯墻形成復(fù)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(cè)加固措施

在蓄冷水罐側(cè)設(shè)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(gòu)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(dòng)側(cè)(蓄冷水罐對(duì)側(cè))加固措施

在基坑被動(dòng)側(cè)3.8 m范圍內(nèi)實(shí)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(xù)墻頂設(shè)置混凝土連接板形成門(mén)式鋼架的雙排樁結(jié)構(gòu)來(lái)增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度。將連續(xù)墻與雙排樁之間的土體進(jìn)行攪拌樁格構(gòu)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(duì)坑底土體進(jìn)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(jié)構(gòu)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(kuò)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(shí)間：2～4 min；為速凝注漿；鉆桿回抽幅度：約15～ 20 cm。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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?qǐng)D紙要求，在地表上做出定位標(biāo)示。然后沿標(biāo)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(jī)就位：鉆機(jī)按照指定位置就位,并在技術(shù)人員的指導(dǎo)下，調(diào)整鉆桿角度。對(duì)準(zhǔn)孔位后，鉆機(jī)不得移位。

(3)鉆進(jìn)成孔：參照?qǐng)D紙要求，加固深度超過(guò)基坑深度2 m。

(4)注漿：按照設(shè)計(jì)配方配料，嚴(yán)格將壓力控制在0. 15～0.75 MPa之間。注漿還應(yīng)密切關(guān)注漿液流量，當(dāng)壓力突然上升、下降，地面溢出時(shí)，應(yīng)立即停止注漿。必須查明異常原因，采取必要的措施(調(diào)節(jié)注漿參數(shù)、移位、打斜孔等方式)方可繼續(xù)注漿。

3.3 旋噴樁施工

(1)平整場(chǎng)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(biāo)記。同時(shí)采取措施對(duì)地上位于施工范圍內(nèi)的各種線路加以保護(hù)。②清除施工區(qū)域內(nèi)的建筑垃圾和雜物，進(jìn)行平整壓實(shí)。

(2)測(cè)量定位：①施工場(chǎng)地的基準(zhǔn)點(diǎn)、基軸線及水準(zhǔn)點(diǎn)必須會(huì)同工程師及設(shè)計(jì)單位共同引進(jìn)，經(jīng)復(fù)核及各方簽證后方可使用。②對(duì)于標(biāo)定的基準(zhǔn)點(diǎn)要做好明顯的標(biāo)志和編號(hào)，并做好保護(hù)工作。使用經(jīng)緯儀和鋼卷尺等，采用坐標(biāo)法進(jìn)行樁位測(cè)定。對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的所有樁進(jìn)行測(cè)量定位，并做好明顯、牢靠的樁位標(biāo)志。③做好測(cè)量記錄，以便復(fù)核。

(3)鉆機(jī)就位：將鉆機(jī)安置在設(shè)計(jì)孔位上，使鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心。為保證鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度，鉆機(jī)就位后，作水平校正，鉆機(jī)鉆桿采用鉆桿導(dǎo)向架進(jìn)行定位，使鉆桿軸線垂直對(duì)準(zhǔn)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(yù)定的地層中。直接采用旋噴鉆機(jī)鉆孔，控制孔位與設(shè)計(jì)位置的偏差不大于50 mm。鉆孔過(guò)程中作好詳細(xì)的鉆進(jìn)記錄。

(5)插管：插管是將噴射注漿管(三重管)插入地層預(yù)定的深度。插管過(guò)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(guò)1 MPa，防止因壓力過(guò)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(shí)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)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(hào)普通硅酸鹽水泥，根據(jù)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(dāng)噴射注漿管插入預(yù)定深度后，由下而上進(jìn)行噴射注漿。②注漿管分段提升的搭接長(zhǎng)度不小于100 mm。③施工過(guò)程中，視實(shí)際情況對(duì)需要擴(kuò)大加固范圍或提高強(qiáng)度的部分采取重復(fù)噴射的方法，并使實(shí)際樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高0.3～0.5 m。④對(duì)旋噴樁施工的結(jié)合部位及樁身咬合比較薄弱的環(huán)節(jié)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和工程師的要求，采取在原樁位的周圍進(jìn)行補(bǔ)樁的措施。⑤漿液攪拌后4 h內(nèi)用完，當(dāng)超過(guò)時(shí)間時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)證明其性能符合要求后方可使用。⑥噴射注漿過(guò)程中，安排值班人員時(shí)刻檢查漿液初凝時(shí)間、注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并做好記錄，繪制作業(yè)過(guò)程曲線。

(8)冒漿處理：噴漿過(guò)程中，冒漿量超過(guò)20 %或完全不冒漿時(shí)，查明原因，并采取相應(yīng)處理措施。冒漿量過(guò)大的主要原因是有效噴射范圍與注漿量不相適應(yīng)，注漿量大大超出噴漿固結(jié)所需漿量所致。減少冒漿量的措施為：提高噴射壓力；適當(dāng)縮小噴嘴孔徑；加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。為確保旋噴樁質(zhì)量，對(duì)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(jié)時(shí)間，使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)凝固；在地層空隙地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續(xù)正常噴漿。

3.4 鉆孔樁施工

二號(hào)基坑蓄冷水罐基礎(chǔ)保護(hù)采用了直徑800 mm間距1 000 mm的鉆孔隔離樁，以減少連續(xù)墻施工及基坑開(kāi)挖對(duì)蓄冷水罐基礎(chǔ)的影響。

(1)鉆孔灌注樁護(hù)筒設(shè)置： 護(hù)筒采用6 mm厚的鋼板加工制作，高度1.5～2 m，護(hù)筒內(nèi)徑比鉆頭大200 mm。護(hù)筒要根據(jù)設(shè)計(jì)樁位中心線埋設(shè)，埋設(shè)深度1.2～1.5 m，然后復(fù)核校正，其平面中心偏差應(yīng)不大于50 mm。護(hù)筒的頂部開(kāi)設(shè)1～2個(gè)溢漿口，并高出地面，使溢流泥漿流入儲(chǔ)漿池，沉碴后循環(huán)利用，廢棄泥漿用罐車?yán)翀?chǎng)外妥善處理，減少污染場(chǎng)地，保證文明施工。

(2)鉆孔灌注樁泥漿制拌：護(hù)壁使用的泥漿用優(yōu)質(zhì)粘土制作。泥漿比重的控制：一般地質(zhì)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(zhì)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(jīng)常測(cè)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(shè)計(jì)圖紙加工制作，加勁箍設(shè)置在主筋外面，主筋不設(shè)彎鉤，以免妨礙導(dǎo)管抽拔。鋼筋籠加工前先調(diào)直主筋，焊接時(shí)，主筋的搭接應(yīng)互相錯(cuò)開(kāi)35 d，且不小于500 mm區(qū)段范圍內(nèi)，要做到同一根主筋上不得有兩處駁接接頭，同區(qū)段內(nèi)接頭數(shù)不得超過(guò)鋼筋總數(shù)的50 %。鋼筋籠在現(xiàn)場(chǎng)制作，在放置和制作鋼筋籠過(guò)程中要注意對(duì)鋼筋和鋼筋籠的保護(hù)，使用枕木作為足夠的保護(hù)墊層。

(4)鉆孔灌注樁水下混凝土灌注：鋼筋籠到位后，把扁擔(dān)橫梁固定在井沿上(以防止在澆筑混凝土過(guò)程中鋼筋籠向上浮起)，接著進(jìn)行混凝土灌注，采用直升導(dǎo)管法澆筑混凝土，嚴(yán)禁在孔口拋鏟或倒車卸入?；炷翍?yīng)垂直灌入樁孔內(nèi)，嚴(yán)禁混凝土導(dǎo)管斜向沖擊主筋，使主筋局部扭曲?；炷敛捎眠B續(xù)澆灌。樁頂混凝土應(yīng)比樁頂理論標(biāo)高高出60～100 cm，待樁身強(qiáng)度達(dá)到5～8 MPa時(shí)鑿除樁頂浮漿。澆筑樁體混凝土?xí)r，相鄰10 m范圍內(nèi)的樁孔內(nèi)不得作業(yè)，以免發(fā)生危險(xiǎn)。

4 施工監(jiān)測(cè)及分析

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：地表沉降；裂縫監(jiān)測(cè)；罐體沉降、傾斜監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)等級(jí)為特級(jí)。蓄冷水罐布設(shè)3個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)BM1、BM2、BM3，同時(shí)也是導(dǎo)線點(diǎn)的位置，基點(diǎn)距離基坑邊30 m以外穩(wěn)定的位置。蓄冷水罐沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于蓄冷水罐之間和兩端部位，垂直于基坑布設(shè)5排，每排5個(gè)測(cè)點(diǎn)，間距為10 m，共25個(gè)測(cè)點(diǎn)。具體在基坑邊緣50 cm左右的地方采用20 mm，長(zhǎng)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(xiě)好觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)。每組蓄冷水罐沉降監(jiān)測(cè)布設(shè)沿蓄冷水罐基礎(chǔ)周邊位置對(duì)稱布設(shè)8組點(diǎn)，4組蓄冷水罐共32組點(diǎn)。罐體沉降監(jiān)測(cè)在土方開(kāi)挖期間的報(bào)警指標(biāo)要求：累計(jì)不均勻沉降達(dá)到78 mm,變化速率1 mm/d?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 沉降監(jiān)控統(tǒng)計(jì)表

地基基礎(chǔ)沉降主要與基礎(chǔ)低地層土的物理結(jié)構(gòu)性等有關(guān)，對(duì)土體的擾動(dòng)必然改變土體的結(jié)構(gòu)性。蓄冷水罐沉降值達(dá)到45.12 mm，表明隔離樁施工對(duì)4號(hào)蓄冷水罐沉降影響較大；蓄冷水罐累計(jì)不均勻沉降最大達(dá)到了34.96 mm，蓄冷水罐出現(xiàn)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(shuō)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(hào)罐到4號(hào)罐，累計(jì)不均勻沉降和累計(jì)最大沉降都在增加，這也對(duì)應(yīng)了基坑開(kāi)挖的方向，因此在注漿加固和旋噴樁施工期，可以適當(dāng)加大在3、4號(hào)蓄水罐區(qū)間的強(qiáng)度。

5 結(jié)論

深圳機(jī)場(chǎng)高鐵站基坑近接高度敏感的建(構(gòu))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(gòu))筑物的深基坑開(kāi)挖產(chǎn)生不均勻沉降，將會(huì)影響臨近建筑物的安全。施工過(guò)程中進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)表明，采用論文提供的加固方案，穿越填海地區(qū)砂卵層的深基坑施工引起的臨近基坑的變形控制滿足設(shè)計(jì)要求，確保了臨近高敏感建(構(gòu))筑的運(yùn)營(yíng)安全。

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