城區(qū)橋梁錨碇施工工藝探究

李師年 黃忠滿

(中交二航局第五工程分公司 武漢 430012)

1 工程概況

龐公大橋位于襄陽市區(qū)，連接樊城與襄城，橫跨漢江。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形及道路現(xiàn)狀，樊城側(cè)錨碇采用分離式重力式結(jié)構(gòu)，布置于炮鋪街兩側(cè)，基礎(chǔ)中心距51.813 m。錨碇基礎(chǔ)采用外徑35 m，壁厚1.0 m的圓形地下連續(xù)墻加環(huán)形鋼筋混凝土內(nèi)襯支護(hù)結(jié)構(gòu)。錨碇基礎(chǔ)由地連墻、帽梁、內(nèi)襯、底板及填芯混凝土組成。地連墻底部標(biāo)高+18.0 m，進(jìn)入不透水的粉質(zhì)黏土層，實(shí)際成槽深度50 m[1]。槽段施工完成后，采用逆作法施工，分層開挖土體、分層施工內(nèi)襯。錨碇基礎(chǔ)置于圓礫土層，基礎(chǔ)底面高程為+48.0 m，基礎(chǔ)頂面高程為+67.0 m。錨碇結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 錨碇結(jié)構(gòu)示意圖(單位：mm)

樊城側(cè)錨碇基礎(chǔ)范圍內(nèi)地勢(shì)復(fù)雜、位于漢江大道與炮鋪街丁字路口兩側(cè)、毗鄰建筑物、距離漢江近，原始地貌為漢江I級(jí)階地，場(chǎng)地地層除表層分布有填土(Qml)外，上部土層為第四系全新統(tǒng)沖洪積成因一般黏性土(Q4al+pl)，中部土層為第四系上更新統(tǒng)沖積成因圓礫、細(xì)砂及黏性土(Q3al)，下部為第四系中更新統(tǒng)黏性土(Q2al)，底部基巖為新近系(N)鈣質(zhì)泥巖。圓形地連墻半徑小、深度深，成槽及開挖難度大。樊城側(cè)錨碇實(shí)景見圖2。

圖2 樊城側(cè)錨碇實(shí)景圖

2 地下連續(xù)墻成槽施工要點(diǎn)

2.1 成槽方案的優(yōu)化確定

樊城側(cè)左幅錨碇地連墻距離高層建筑物僅13 m，受征地拆遷的影響，取消了止水帷幕的施工(止水帷幕距離建筑物約6 m)。為保證基坑開挖地下連續(xù)墻不滲漏和錨碇周圍土體不沉降，地連墻需深入或穿過不透水層，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)地連墻槽段劃分，進(jìn)行逐槽段地質(zhì)勘察。逐槽段補(bǔ)勘探明施工區(qū)域的地質(zhì)情況，確定各槽段的終孔標(biāo)高。因此，根據(jù)地質(zhì)情況將地連墻的成槽工藝由銑槽機(jī)變更為液壓抓斗，硬度較高的鈣質(zhì)砂巖層使用沖擊鉆配合施工，加快了成槽效率。

工程中使用的主要成槽設(shè)備為金泰SG60B液壓抓斗，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際成槽記錄，液壓抓斗不同地質(zhì)平均進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)表見表1。

表1 液壓抓斗不同地質(zhì)平均進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)表

針對(duì)硬度較大的鈣質(zhì)膠結(jié)層，采用JK4型沖擊鉆配合液壓抓斗成槽工藝[2]，平均進(jìn)尺由0.2 m/h提升至0.6 m/h，彌補(bǔ)了液壓抓斗在鈣質(zhì)膠結(jié)層進(jìn)尺速率的不足，成槽時(shí)間縮短約12 h。

2.2 成槽工藝

圓形地連墻每個(gè)槽段長(zhǎng)5.83 m，采用三抓成槽，以直代曲工藝，即先抓兩邊單元，再抓中間單元的方式。

槽孔開孔時(shí)，上部淤泥質(zhì)土層承載力低，含水率較高，極易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，在槽孔內(nèi)外側(cè)進(jìn)行2圈水泥攪拌樁施工，攪拌樁穿過淤泥質(zhì)土層2 m，每根樁咬合10 cm，樁徑400 mm，淤泥質(zhì)土層槽壁加固見圖3。

圖3 淤泥質(zhì)土層槽壁加固圖

抓槽過程中，遇堅(jiān)硬的鈣質(zhì)膠結(jié)層，采用沖擊鉆機(jī)沖砸，然后抓斗抓取的方法。經(jīng)沖擊鉆沖砸后，鈣質(zhì)膠結(jié)層已經(jīng)被沖擊成散塊，更適合液壓抓斗施工，且其施工速率也增加。沖擊鉆使用前、后液壓抓斗鉆渣比對(duì)見圖4。

圖4 沖擊鉆使用前、后液壓抓斗鉆渣比對(duì)圖

成槽精度由機(jī)載傾斜計(jì)和TS-K100QC超聲成孔成槽檢測(cè)儀控制，孔斜率不大于2.5‰，且相鄰兩槽段中心線在任一深度的偏差均不大于60 mm[3]。超聲波檢槽見圖5。

圖5 超聲波檢槽圖

2.3 固壁泥漿的優(yōu)化

槽孔中部為深度超過20 m的卵礫層，抓槽過程中易塌孔且該層的含沙量較大，黏粒和砂?；烊肽酀{后，難以凈化，泥漿的密度和含沙量急劇增加，影響抓槽作業(yè)，需大量棄漿。解決的方法：①研制了一套泥漿回收、再生處理和循環(huán)使用的流程。泥漿回收、再生處理和循環(huán)使用的流程見圖6；②對(duì)泥漿配比進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，每1 t膨潤(rùn)土造漿10～12 m3，適量添加CMC等外加劑；③采用清孔換漿的新方法，終孔驗(yàn)收合格后先用泥漿分離器清孔(泥漿分離器清孔見圖7)，在清理廢渣的同時(shí)向槽內(nèi)添加少量新制泥漿和CMC外加劑，將槽內(nèi)漿液調(diào)至清孔換漿合格標(biāo)準(zhǔn)?；炷翝仓澳酀{控制指標(biāo)見表2。

圖6 泥漿回收、再生處理和循環(huán)使用的流程圖

圖7 泥漿分離器清孔圖

表2 混凝土澆筑前泥漿控制標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)表

上述方法不僅提高了成槽效率和質(zhì)量，泥漿用量也比計(jì)劃量大為減少，同時(shí)也相應(yīng)節(jié)約了制漿及廢漿處理的費(fèi)用。泥漿的回收再生利用減少了對(duì)環(huán)境的污染，在城市施工中意義重大。

2.4 墻段連接

地連墻墻段連接采用工字鋼接頭法[4]。即首開幅兩側(cè)均設(shè)工字鋼接頭，連接幅單側(cè)設(shè)工字鋼接頭，閉合幅不設(shè)工字鋼接頭。工字鋼接頭示意見圖8。

圖8 工字鋼接頭示意圖

為防止地連墻混凝土澆筑時(shí)發(fā)生繞流現(xiàn)象，造成相鄰槽段開挖困難，可采用如下解決方法 。①在工字鋼后設(shè)置3 mm白鐵皮作為防繞流板(防繞流鐵皮實(shí)物見圖9)；②在I期槽段造孔成槽時(shí)，在兩側(cè)接頭部位超挖45 cm的部位填裝沙袋并采用方錘夯擊密實(shí)，作為防繞流措施。

圖9 防繞流鐵皮實(shí)物圖

II期槽端孔施工時(shí)，抓斗斗體緊貼工字鋼接頭，將回填的砂袋清除；成槽后，在抓斗斗體上安裝30 cm長(zhǎng)特制鋼絲刷子(鋼絲刷實(shí)物見圖10)，將I期槽工字鋼接頭內(nèi)的雜物、泥皮等刷洗干凈。

地連墻建成后，基坑開挖施工內(nèi)襯時(shí)，對(duì)高近20 m的地連墻體進(jìn)行了直觀檢查，墻段間的接縫連接完好，泥皮很薄，無貫穿性泥砂夾層。工字鋼接頭施工效果見圖11。

圖11 工字鋼接頭施工效果圖

3 錨碇基坑開挖施工要點(diǎn)

3.1 抽水試驗(yàn)

基坑開挖前進(jìn)行抽水試驗(yàn)檢驗(yàn)地連墻封水性能，當(dāng)?shù)剡B墻封水達(dá)到要求后進(jìn)行基坑開挖。錨碇基坑共布置降水井8口，深度為29 m，基坑開挖深度19.5 m，地下水位需降至深埋20 m。錨碇左、右幅基坑各選1個(gè)觀測(cè)井，安裝自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位儀，其余6口井安裝額定抽水量為10 m3/h的水泵，抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)一覽表

由表3可見，停抽24 h后水位僅上升0.1～0.17 m，回升極其緩慢，地連墻的止水效果較好。因混凝土地連墻質(zhì)量良好，在取消了外圍擋水帷幕施工的情況下，墻底高壓注漿和接縫高噴注漿也未進(jìn)行施工。地連墻底部進(jìn)入含水層下部的粉質(zhì)黏土層，實(shí)際上隔斷了含水層坑內(nèi)、外水力聯(lián)系，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了基坑開挖干施工的目標(biāo)。錨碇基坑開挖實(shí)況見圖12。

圖12 錨碇基坑開挖實(shí)況圖

3.2 基坑開挖施工工藝

基坑開挖主要分為基坑的取土及內(nèi)襯施工兩部分，土體的開挖采用島式法施工，先對(duì)稱開挖坑內(nèi)周邊土體，后開挖中間土體；內(nèi)襯采用逆作法施工，即開挖一層土體施工一層內(nèi)襯，當(dāng)同一層內(nèi)襯混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后開挖下一層土體，分7層進(jìn)行開挖?；娱_挖過程中對(duì)地連墻、基坑、周邊土體、建造物進(jìn)行監(jiān)控，確保施工安全。

3.3 內(nèi)襯施工

圓形地連墻內(nèi)襯壁為從上到下不等厚的鋼筋混凝土環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯施工前，人工用風(fēng)鎬對(duì)地連墻鑿毛，并對(duì)上段內(nèi)襯底面進(jìn)行清理，以保證地連墻與內(nèi)襯及內(nèi)襯上、下段間的較好連接，鑿除時(shí)注意加強(qiáng)對(duì)預(yù)埋接駁器進(jìn)行保護(hù)。

內(nèi)襯與地連墻鋼筋采用預(yù)埋在墻體內(nèi)的接駁器連接，內(nèi)襯上、下段間豎向鋼筋連接采用直螺紋機(jī)械接頭，環(huán)向鋼筋采用搭接或機(jī)械接頭連接并按規(guī)范要求將接頭錯(cuò)開布置。

內(nèi)襯混凝土配制時(shí)必須緩凝、早強(qiáng)，要求3 d內(nèi)須達(dá)80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度，以保證施工進(jìn)度。每側(cè)基坑內(nèi)襯混凝土分6段進(jìn)行施工，每段澆注長(zhǎng)度均在18 m以內(nèi)，內(nèi)襯上下層接縫錯(cuò)開2 m。

3.4 基坑監(jiān)控

在基坑的施工中嚴(yán)格執(zhí)行信息化施工管理。每一層內(nèi)襯的開挖，由監(jiān)控技術(shù)人員根據(jù)監(jiān)測(cè)信息并結(jié)合基坑結(jié)構(gòu)受力、封水等情況進(jìn)行系統(tǒng)分析后，出具監(jiān)控指令，確認(rèn)是否滿足下一層開挖的要求。

3.4.1地連墻的水平位移和測(cè)斜

地連墻的水平位移是指墻身每一豎向截面上不同深度的變形，通過測(cè)斜來計(jì)算地連墻的水平位移。單側(cè)錨碇預(yù)先在地連墻鋼筋籠內(nèi)埋置4組測(cè)斜管，采用JMQJ-7140Y測(cè)斜探頭監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[5]，當(dāng)傾斜產(chǎn)生的累計(jì)水平位移大于50 mm、連續(xù)2 d傾斜產(chǎn)生的水平位移均大于3 mm時(shí)發(fā)出預(yù)警。

3.4.2地連墻帽梁的監(jiān)測(cè)

帽梁的水平與豎向位移能有效地反映地連墻整體的沉降和變形，因此在帽梁上設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量帽梁的變形與沉降。帽梁的沉降采用水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，單個(gè)錨碇8個(gè)槽段的帽梁上布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，帽梁沉降預(yù)警值為10 mm。本項(xiàng)目施工中帽梁沉降最大值為6 mm。出現(xiàn)在左幅錨碇第三層內(nèi)襯開挖，靠建筑物一側(cè)。

3.4.3地下水位監(jiān)測(cè)

在基坑開挖過程中，為防止地連墻滲水從而保持基坑內(nèi)相對(duì)干燥，需對(duì)地下水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。地連墻地下水位的監(jiān)測(cè)采用鉆孔埋設(shè)水位管的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。坑內(nèi)水位管在基坑中央設(shè)置1根，埋深與降水井深度相同，坑外水位管沿基坑周邊距地連墻約8 m處均勻布設(shè)8根。水位觀測(cè)井深度應(yīng)在最低設(shè)計(jì)水位或最低允許地下水位之下3～5 m。

3.4.4地連墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)

由于地下連續(xù)墻不同位置所受到的地基土壓力不同，地連墻各截面所受到的軸力和彎矩也不相同。在錨碇地連墻周圍布置環(huán)力和豎向應(yīng)力傳感器，對(duì)連續(xù)墻的受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。單側(cè)錨碇在地連墻周圍均勻分布4個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置與測(cè)斜管一一對(duì)應(yīng)。應(yīng)變計(jì)選用JMZX-215HA智能弦式應(yīng)變傳感器，數(shù)據(jù)采集選用JMZX-7000智能型多功能檢測(cè)儀。經(jīng)檢測(cè)，左幅內(nèi)襯第三層開挖時(shí)，在帽梁底面以下20 m處豎向內(nèi)側(cè)出現(xiàn)最大拉應(yīng)力為0.44 MPa，是設(shè)計(jì)強(qiáng)度的34%，支護(hù)應(yīng)力狀態(tài)處于安全水平[6-7]。

4 結(jié)語

開展深基坑工程施工在城市中會(huì)面臨施工擾民、施工場(chǎng)地狹小、地質(zhì)條件和周圍環(huán)境復(fù)雜等諸多干擾因素，必須通過大量的工程實(shí)踐信息來檢驗(yàn)、修正和優(yōu)化，以提高深基坑的安全性。襄陽龐公大橋懸索橋錨碇施工技術(shù)在沖擊鉆配合液壓抓斗成槽施工技術(shù)、不良地質(zhì)及槽段接頭的處理、清孔換漿方法優(yōu)化、基坑開挖信息化監(jiān)控等方面取得理想的效果。

1) 針對(duì)橋位地質(zhì)條件特點(diǎn)，開發(fā)一整套沖擊鉆配合液壓抓斗地下連續(xù)墻成槽標(biāo)準(zhǔn)施工工藝；

2) 提高小直徑錨碇地下連續(xù)墻在含有鈣質(zhì)膠結(jié)層的小直徑卵石層地質(zhì)情況下使用沖擊鉆配合液壓抓斗施工的成槽效率，其效率提高了50%；

3) 對(duì)不良地質(zhì)處理、槽段接頭處理、清孔換漿方法等施工技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化，提高了成槽效率和質(zhì)量，同時(shí)也取得了高水位、臨江地區(qū)50 m、臨高層建筑物13 m、無坑外擋水帷幕條件下深基坑周邊無沉降的良好效果；

4) 深入研究城區(qū)毗鄰建筑物深基坑開挖監(jiān)測(cè)技術(shù)，及時(shí)對(duì)基坑施工提出有效的指導(dǎo)意見，保證了基坑的安全施工。