橋梁樁基鄰近既有地鐵施工安全控制技術(shù)應(yīng)用分析

李 輝

(成都西南交通大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610031)

0 引 言

鉆孔灌注樁施工難點(diǎn)是防止出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。三軸水泥土攪拌樁對(duì)地鐵隧道與鉆孔樁之間的土體加固措施，常用于地鐵特別保護(hù)區(qū)內(nèi)新建樁基施工。

本文以廣州某跨線橋鄰近地鐵2號(hào)線隧道區(qū)間樁基施工為案例，對(duì)三軸水泥土攪拌樁與鉆孔樁施工相結(jié)合的技術(shù)措施進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，對(duì)新建橋梁鄰近既有地鐵隧道樁基施工的安全控制技術(shù)措施提出了具有指導(dǎo)性的建議。

1 案例工程概況

廣州市南大干線某跨線橋跨越既有地鐵2號(hào)線，新建橋梁樁基在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)，設(shè)計(jì)樁基為鉆孔灌注樁，樁徑1 m，樁長(zhǎng)58～63 m，按摩擦樁設(shè)計(jì)。地鐵隧道外徑為8.5 m，原地面標(biāo)高平均為6.68 m，地鐵隧道頂面標(biāo)高為-3.00 m，埋深為9～10 m，橋梁樁基與隧道區(qū)間最小凈距3.35 m。

施工前采用三軸水泥土攪拌樁對(duì)地鐵隧道與鉆孔樁之間土體進(jìn)行加固，預(yù)防鉆孔灌注樁鉆進(jìn)施工過(guò)程中出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，三軸水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)樁徑為850 mm，每根水泥攪拌樁之間搭接長(zhǎng)度為250 mm，加固深度為22 m。新建橋樁與地鐵隧道之間的位置關(guān)系如圖1和圖2所示。

圖1 跨線橋樁基和地鐵隧道平面圖

圖2 跨線橋樁基和地鐵隧道立面圖

2 樁基施工安全防護(hù)措施

2.1 地鐵隧道區(qū)間保護(hù)加固措施

根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖及現(xiàn)場(chǎng)勘察分析，本工程1#、2#、3#承臺(tái)樁基共計(jì)12根在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)，其中1#～2#、2#～3#樁距離2號(hào)線隧道邊線為3.35 m，隧道區(qū)間已完成，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為58 m和63 m。為不影響地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全，鉆孔灌注樁采取靜壓長(zhǎng)護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)措施，施工前先對(duì)隧道區(qū)間與樁基間采用2排850 mm三軸水泥攪拌樁進(jìn)行加固，搭接長(zhǎng)度為250 mm，加固深度為22 m。水泥攪拌樁施工齡期符合檢測(cè)要求后，經(jīng)檢測(cè)合格，方可進(jìn)行鉆孔灌注樁施工。

2.2 長(zhǎng)護(hù)筒鉆孔灌注樁施工方法

鉆孔樁施工采取靜壓長(zhǎng)護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)措施，以保證地鐵隧道結(jié)構(gòu)邊線外3.0～6.0 m施工期間不塌孔，確保地鐵結(jié)構(gòu)安全。鋼護(hù)筒長(zhǎng)度由承臺(tái)底至地鐵隧道底板以下5 m，總長(zhǎng)約22 m。

根據(jù)各樁位地質(zhì)詳勘資料，采取慢速、穩(wěn)定鉆進(jìn)，根據(jù)不同地層配置泥漿等有效措施，確保鉆孔及灌注混凝土期間護(hù)壁效果，保障地鐵結(jié)構(gòu)安全。

施工順序：地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)鉆孔灌注樁施工順序的確定應(yīng)遵循“先加固后施工，由遠(yuǎn)及近，先外側(cè)后內(nèi)側(cè)，間隔施工”的原則。

2.3 機(jī)械選型

護(hù)筒跟進(jìn)采用旋挖鉆機(jī)鉆孔后迅速下放鋼護(hù)筒的方式進(jìn)行，旋挖鉆機(jī)可以縮短成孔時(shí)間，施工過(guò)程中對(duì)地層擾動(dòng)較小，具有良好的穩(wěn)定性。選用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行樁基施工。鋼護(hù)筒下沉采用振動(dòng)錘靜壓輔助下沉，以減小對(duì)地鐵周邊地層的擾動(dòng)。

2.4 施工工藝流程

施工流程：場(chǎng)地平整→樁位測(cè)量放樣→埋設(shè)鉆機(jī)鋼護(hù)筒→安裝導(dǎo)向架→樁機(jī)就位→鉆孔→下放鋼護(hù)筒→沉樁機(jī)靜壓輔助護(hù)筒下沉→至鋼護(hù)筒底部達(dá)到地鐵隧道區(qū)間底板下5 m→鋼護(hù)筒地面固定→移除導(dǎo)向架→鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)樁底高程→檢查傾斜度等指標(biāo)→下放鋼筋籠、灌注混凝土。

2.5 鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)與制作

鋼護(hù)筒高度的確定：護(hù)筒高度根據(jù)各樁位對(duì)應(yīng)地鐵區(qū)間埋深確定，鉆進(jìn)至隧道底板以下5 m后，即整節(jié)下放護(hù)筒至隧道底板下5 m，護(hù)筒頂面至承臺(tái)底部設(shè)計(jì)標(biāo)高，一次性下放到位，減少拼接時(shí)間及傾斜誤差。

2.6 鋼護(hù)筒沉設(shè)施工

本工程鉆孔樁鋼護(hù)筒主要依靠自重下沉，利用振動(dòng)錘靜壓輔助沉放。

(1) 鋼護(hù)筒通過(guò)導(dǎo)向架進(jìn)行沉放施工，確保鋼護(hù)筒的平面位置及垂直度。首節(jié)護(hù)筒邊緣高出導(dǎo)向架20 cm，以便于接長(zhǎng)施焊。

(2) 振動(dòng)錘靜壓下沉，直至鋼護(hù)筒沉放至隧道底板下5 m。護(hù)筒要求垂直度與標(biāo)高(平面位置)雙控指標(biāo)，鋼護(hù)筒沉放精度控制需滿足規(guī)范要求：標(biāo)高(平面位置)允許偏差±50 mm；垂直度(傾斜度)不大于5‰。

2.7 鉆進(jìn)施工

(1) 鉆孔至隧道底板以下5 m。鉆孔施工采用正循環(huán)方式鉆孔、反循環(huán)方式清孔，當(dāng)鉆進(jìn)到地鐵結(jié)構(gòu)層時(shí)，減緩鉆進(jìn)速度，泥漿指標(biāo)微增，同時(shí)做好相應(yīng)的監(jiān)測(cè)工作。鉆機(jī)施工過(guò)程中要保證泥漿面不得低于護(hù)筒底部，保證孔壁穩(wěn)定性。

(2) 持續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。待旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)至隧道底板以下5 m后，下放護(hù)筒，持續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.8 旋挖鉆機(jī)工況試驗(yàn)效果分析

經(jīng)比選鉆孔采用震動(dòng)小、成孔速度快的旋挖鉆機(jī)施工作業(yè)，平均成孔時(shí)間為6.5 h，擴(kuò)孔系數(shù)(充盈系數(shù))平均為1.06，符合要求。通過(guò)已完成的樁基澆筑情況分析，由樁基澆筑擴(kuò)孔系數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，未出現(xiàn)塌孔、埋鉆、縮徑和其他特殊地質(zhì)狀況，成孔順利，適宜本區(qū)域的地質(zhì)狀況。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比分析

測(cè)斜管的水平位移在水泥攪拌樁施工期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比分析曲線如圖3所示。經(jīng)對(duì)比分析，實(shí)際監(jiān)測(cè)值與數(shù)值模擬的位移峰值點(diǎn)存在細(xì)微偏差，位移趨勢(shì)基本相符。水平位移最大值為5 mm。

圖3 水泥攪拌樁施工時(shí)鄰近土體水平位移監(jiān)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比圖

測(cè)斜管的水平位移在鉆孔灌注樁施工期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比分析曲線如圖4所示。經(jīng)對(duì)比分析，實(shí)際監(jiān)測(cè)值與數(shù)值模擬的位移峰值點(diǎn)存在極小偏差，位移趨勢(shì)基本相符。水平位移最大值為0.7 mm。

圖4 鉆孔樁施工階段鄰近土體水平位移監(jiān)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比圖

通過(guò)對(duì)比分析曲線圖可知，本工程水泥攪拌樁和鉆孔灌注樁施工對(duì)鄰近地鐵隧道位置的土體水平位移符合監(jiān)測(cè)規(guī)范要求，從而得出其對(duì)既有地鐵隧道的影響在可控范圍內(nèi)。

4 保護(hù)性施工措施

(1) 地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)樁基施工控制。施工單位應(yīng)按照樁基與地鐵的距離確定施工順序與區(qū)域，專項(xiàng)施工方案中，須對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)邊線外3.0～6.0 m的樁，逐樁進(jìn)行對(duì)土體的影響的模擬計(jì)算，并進(jìn)行專家論證。

(2) 嚴(yán)禁重載。施工前應(yīng)會(huì)同產(chǎn)權(quán)單位將地鐵隧道結(jié)構(gòu)邊界輪廓線投影至地面并標(biāo)記，施工場(chǎng)地內(nèi)嚴(yán)禁在地鐵隧道的正上方堆載。

(3) 專項(xiàng)方案與新材料工藝。考慮到橋梁承臺(tái)回填料壓實(shí)及地鐵上方路基、路面施工會(huì)增加地鐵結(jié)構(gòu)荷載，應(yīng)論證性地采用減少地鐵荷載的新材料和免震工藝，如輕質(zhì)混凝土材料填充工藝。

5 結(jié) 論

根據(jù)前述分析，可以得到以下結(jié)論：

(1) 本工程的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬計(jì)算值的對(duì)比分析結(jié)果表明，采取三軸水泥攪拌樁加固土體與靜壓長(zhǎng)護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，輔以信息化施工監(jiān)測(cè)，可以有效降低鉆孔灌注樁施工過(guò)程中出現(xiàn)的塌孔風(fēng)險(xiǎn)及其對(duì)鄰近地鐵隧道產(chǎn)生不利影響的風(fēng)險(xiǎn)，確保地鐵隧道的安全。

(2) 應(yīng)重點(diǎn)分析三軸水泥攪拌樁注漿攪拌對(duì)鄰近土體的擠壓作用以及鉆孔灌注樁的鉆孔卸載作用，及其先后施工對(duì)周圍土體產(chǎn)生的影響，從而導(dǎo)致鄰近地鐵隧道的位移。

(3) 預(yù)防可能存在的問(wèn)題與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)事前與過(guò)程控制。對(duì)于本工程案例，進(jìn)行樁基施工以及承臺(tái)回填、地鐵上方路基、路面工程施工時(shí)等仍需考慮對(duì)鄰近地鐵隧道產(chǎn)生的不利影響，對(duì)于新技術(shù)、新材料、新工藝等具有針對(duì)性的、高效的防護(hù)措施的研究非常重要。