既有公路橋下方隧道深基坑綜合施工技術(shù)

邱永欽

（廣州市第三市政工程有限公司 廣州 510006）

0 引言

基坑工程主要包括基坑支護(hù)體系和土方開挖，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，基坑支護(hù)體系是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，安全儲(chǔ)備較小，具有較大的風(fēng)險(xiǎn)性，保護(hù)相鄰建（構(gòu)）筑物和市政設(shè)施的安全是基坑工程施工的關(guān)鍵。特別是需在既有橋梁樁基間下穿通過的隧道施工，施工空間受限，且施工范圍內(nèi)存在既有橋的墩柱。在此有限空間作業(yè)條件下，不僅需要提高基坑工程的安全施工系數(shù)，而且必須采取有效措施防止施工車輛、挖機(jī)等機(jī)械設(shè)備碰撞橋梁墩柱和上部空心板等橋梁結(jié)構(gòu)，保證既有橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常運(yùn)營［1］。

1 工程概況

廣州某道路隧道西側(cè)敞口段下穿運(yùn)營中的廣清高速公路（16+20+16）m 的三跨簡支空心板橋，作業(yè)空間有限?，F(xiàn)有路面距廣清高速橋底高度為4.5 m。施工范圍內(nèi)有既有橋樁基礎(chǔ)、墩柱、空心板梁等。

該道路隧道下穿廣清高速敞口段基坑開挖深度約為2.9～6.6 m，開挖寬度約31.5 m，采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ800 mm@850 mm 鉆孔灌注樁+五排雙重管高壓旋噴樁+內(nèi)支撐方式，樁頂設(shè)置冠梁（冠梁尺寸為1 200 mm×800 mm），冠梁處設(shè)置一道600 mm×800 mm 的C30 混凝土支撐，橫向與格構(gòu)柱連成一體?；油鈧?cè)采用兩排φ60 cm 高壓旋噴樁加固止水，咬合長度為20 cm，其中外側(cè)兩排為止水帷幕，長20 m，原則上進(jìn)入不透水層1.0 m［2］。因敞口段砂層較厚，為確保鉆孔樁施工質(zhì)量，內(nèi)側(cè)設(shè)置三排13.0 m 長旋噴樁對土體進(jìn)行加固［3］。

2 技術(shù)特點(diǎn)

通過自主研發(fā)在下穿橋梁基坑支護(hù)的基礎(chǔ)上，與既有橋梁下部結(jié)構(gòu)加固鋼支撐及隧道底板以下加固土體形成一體化支撐支護(hù)施工［4］，對既有橋梁樁基周圍土體采用低擾動(dòng)加固，在施工空間受限的條件下采取對稱開挖傳遞出土，施工過程安全可靠，提高施工效率，節(jié)約施工成本，保證既有橋梁結(jié)構(gòu)安全。

3 適用范圍

本技術(shù)適用于空間受限條件下的既有橋體加固、深基坑支護(hù)與土方開挖施工。特別是對于安全施工空間較狹小、要求最大限度保證既有橋梁結(jié)構(gòu)和周邊建（構(gòu)）筑物安全的基坑工程效果尤為顯著。

4 技術(shù)原理

4.1 橋下深基坑支護(hù)與加固后既有橋梁形成一體化支撐

橋下深基坑支護(hù)與加固后既有橋梁形成一體化支撐，確保既有橋梁施工期間正常運(yùn)營。在下穿橋梁基坑支護(hù)的基礎(chǔ)上與既有橋梁下部結(jié)構(gòu)加固鋼支撐、隧道底板以下加固土體形成一體化支撐施工技術(shù)，提高結(jié)構(gòu)整體性和安全系數(shù)，如圖1所示。

圖1 既有橋梁下深基坑一體化支撐施工效果Fig.1 Construction Renderings of Integrated Support for Deep Foundation Pits under Existing Bridges

⑴隧道底板以下土體及橋臺(tái)基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，提高土體的壓縮性和承載力，減少地基不均勻沉降［5］。

底板以下土體主要采用高壓旋噴樁分區(qū)分時(shí)段注漿加固，減小注漿對樁基影響。加固寬度為既有橋梁樁外2.0 m范圍內(nèi)，如圖2所示。加固深度為隧道結(jié)構(gòu)底板以下4.5 m。在加固過程中加強(qiáng)對橋梁的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整加固范圍與加固深度。橋臺(tái)基礎(chǔ)及擋墻基底均采用袖閥管注漿加固［6］，加固深度為3.0 m，達(dá)到固化砂層的目的。

圖2 既有橋樁樁基加固大樣Fig.2 Existing Bridge Pile Foundation Reinforcement Large Sample （mm）

⑵對既有橋體進(jìn)行加固。主要在橋墩蓋梁和橋臺(tái)上部蓋梁之間、橋墩蓋梁之間設(shè)置鋼管支撐，抵消橋上部水平力［7］。鋼管支撐端部設(shè)置Z型鋼板掛件與墊塊加固防止脫落，如圖3所示。

圖3 鋼支撐掛件大樣Fig.3 Large Sample of Steel Support Pendant

4.2 對既有橋梁樁基周圍土體采用低擾動(dòng)加固，做到無擾動(dòng)施工

開挖前，先對既有橋梁高壓旋噴樁加固處理，再沿兩側(cè)土體對稱性進(jìn)行格柵式加固，并嚴(yán)控施工順序、樁底標(biāo)高及注漿壓力等重要指標(biāo)，提高既有橋墩周邊土體的固結(jié)、止水質(zhì)量，減小對橋墩及樁基礎(chǔ)的偏壓影響，做到無擾動(dòng)或低擾動(dòng)施工，為基坑安全施工和既有橋梁安全運(yùn)營創(chuàng)造條件。

4.3 在下穿橋底下施工空間受限條件下，采用對稱開挖傳遞出土

隧道基坑土方采用對稱開挖傳遞出土方式，一方面可平衡基坑開挖過程中左右線基坑的變形位移，減小偏壓，將基坑開挖過程中對橋梁墩橋臺(tái)的影響減少到最??；另一方面還可以在立體空間上形成多層次的施工工作面，施工布局更加合理，在保證施工安全和質(zhì)量的前提下加快施工進(jìn)度，同時(shí)減少基坑暴露時(shí)間，降低基坑安全風(fēng)險(xiǎn)［8］。

5 施工流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工流程

具體施工工藝流程如圖4所示。

圖4 施工工藝流程Fig.4 Construction Process Flow Chart

5.2 施工操作要點(diǎn)

5.2.1 測量放線

按照施工圖及相關(guān)施工規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行現(xiàn)場的測量放線。

5.2.2 場地降土及平整

對橋梁下方的原地面進(jìn)行降土，以滿足施工機(jī)械的施工高度（施工機(jī)械應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行適當(dāng)改裝），并對場地進(jìn)行平整壓實(shí)。

5.2.3 土體加固施工

⑴隧道底板以下土體采用高壓旋噴樁進(jìn)行注漿加固，如圖5所示。采用對稱打樁的順序，嚴(yán)格控制樁底標(biāo)高、樁位、垂直度及注漿壓力等指標(biāo)，提高既有橋墩周邊土體的固結(jié)、止水質(zhì)量，并減小橋墩及樁基礎(chǔ)的偏壓影響，為基坑安全施工和橋梁安全運(yùn)營創(chuàng)造條件［9］。

圖5 高壓旋噴樁加固大樣Fig.5 Large Sample of High-pressure Jetting Pile Reinforcement （mm）

⑵為減小注漿對樁基的影響，樁基加固宜采用分區(qū)域分時(shí)段進(jìn)行注漿加固，加固次序依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，如圖6 所示，且加固時(shí)段應(yīng)選擇上部橋梁交通量小的時(shí)段進(jìn)行施工［10］。

圖6 高壓旋噴樁加固順序Fig.6 Reinforcing Sequence of High Pressure Jetting Pile

⑶施工時(shí)，嚴(yán)格控制旋噴注漿的壓力，注漿壓力大小控制在20～30 MPa。為減小對既有橋墩周圍土體的擾動(dòng)及避免在注漿過程中對橋墩及基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的側(cè)壓力，影響橋梁安全和正常運(yùn)行，靠近既有橋墩基礎(chǔ)的注漿壓力采用較低值即20 MPa 控制，離橋墩基礎(chǔ)較遠(yuǎn)的注漿壓力可采用20～30 MPa。同時(shí)加強(qiáng)對施工過程中橋墩基礎(chǔ)及周邊土體位移變化的監(jiān)測。

⑷對既有橋樁加固前，應(yīng)做原位試驗(yàn)樁試驗(yàn)，確定設(shè)計(jì)的加固形式、加固范圍滿足要求后方能對樁基進(jìn)行加固施工［11］?；娱_挖之前，應(yīng)對加固后的土體進(jìn)行土工試驗(yàn)，滿足設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行基坑開挖施工。

5.2.4 橋臺(tái)基底加固施工

⑴在圍護(hù)樁施工前對橋梁橋臺(tái)基礎(chǔ)及擋墻基底采用袖閥管注漿。先對擋墻位置進(jìn)行復(fù)核，注漿量、注漿半徑、注漿壓力等參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行確定，同時(shí)施工過程中加強(qiáng)對橋臺(tái)及擋墻位移變化的監(jiān)測［12］，如圖7所示。

圖7 擋墻基底袖閥管注漿加固大樣Fig.7 Large Sample of Grouting Reinforcement ofRetaining Wall Base Sleeve Valve Pipe （mm）

⑵袖閥管注漿參數(shù)如表1 所示，平面布置如圖8所示。

表1 袖閥管注漿參數(shù)一覽Tab.1 Sleeve Valve Grouting Parameter List

圖8 袖閥管注漿平面布置示意圖Fig.8 Schematic Diagram of Grouting Plane Layout of Sleeve Valve Pipe （mm）

5.2.5 既有橋體加固

⑴對既有橋體進(jìn)行加固。主要在橋墩蓋梁和橋臺(tái)上部蓋梁之間、橋墩蓋梁之間設(shè)置鋼管支撐，抵消橋上部水平力。鋼管支撐端部設(shè)置Z 型鋼板掛件與墊塊加固防止脫落。

⑵鋼支撐的鋼管、鋼板掛件均按照設(shè)計(jì)圖紙委托加工，現(xiàn)場僅進(jìn)行局部修整及安裝，安裝采用挖掘機(jī)配合人工輔助進(jìn)行吊裝。安裝時(shí)，鋼支撐端頭各軸線要在同一平面上，鋼支撐就位時(shí)，應(yīng)緩慢放在鋼板掛件上，不得有沖擊現(xiàn)象。

5.2.6 基坑土方對稱開挖傳遞出土

⑴基坑土方采用對稱開挖傳遞出土方式，開挖方式采用縱向放坡后退式分層分段開挖，整個(gè)基坑分段進(jìn)行開挖，由小里程向大里程方向后退開挖，每個(gè)開挖段均采用分層開挖，與支撐體系交替施工，直至開挖至基底以上30 cm 采用人工清底，具體分層開挖順序如圖9～圖11 所示。清底后及時(shí)澆筑混凝土墊層，并進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工。

圖9 第一層土方開挖（第一道混凝土支撐以上土層）Fig.9 The First Layer of Earthwork Excavation（the Soil Layer above the First Concrete Support）

圖10 第二層土方開挖縱斷面順序圖（第一道至第二道支撐之間土方開挖）Fig.10 The Second Layer of Earth ExcavationLongitudinal Section Sequence Figure（Earth Excavation between the First and Second Supports）（m）

圖11 第二層土方開挖橫斷面順序（第一道至第二道支撐之間土方開挖）Fig.11 The Second Layer of Earth ExcavationCross-sectional Sequence Figure（Earth Excavation be?tween the First and Second Supports） （m）

⑵挖土前做好測量工作，取得基坑監(jiān)測原始數(shù)據(jù)，觀察毗鄰建筑物是否有陳舊裂縫，鄰近道路也相應(yīng)做好變形、標(biāo)高等記錄。土方開挖遵循“時(shí)空效應(yīng)”理論，嚴(yán)格按照“分段分層，分塊對稱開挖，邊開挖邊支護(hù)”的原則組織施工。

⑶因既有橋梁影響挖掘機(jī)施工，開挖時(shí)出土車直接進(jìn)入基坑內(nèi)進(jìn)行開挖出土，由兩邊向中間形成三級階梯，如圖12 所示，后退式開挖，出土便道坡度小于15°，寬度保證車輛正常行駛（5 m左右），出土便道兩側(cè)土方需分層放坡，分層厚度不大于2 m，每層按1∶1.5～1∶2.0 放坡。坡道底端設(shè)有平臺(tái)，以便挖土機(jī)械及出土車的依靠及回轉(zhuǎn)，并設(shè)安全員進(jìn)行安全指揮。邊開挖邊施做支撐，鋼支撐處開挖到鋼圍檁以下1 m（施做鋼圍檁及其支架）?；觾?nèi)采用PC200挖掘機(jī)、PC120挖掘機(jī)配合基坑外側(cè)伸縮臂挖機(jī)開挖出土并清底。

圖12 土方開挖垂直運(yùn)輸示意圖Fig.12 Schematic Diagram of Vertical Transportation of Earthwork Excavation

6 結(jié)語

經(jīng)廣州某道路隧道下穿廣清高速敞口段基坑開挖施工實(shí)踐后，得出以下結(jié)論。

⑴自主研發(fā)在下穿橋梁基坑支護(hù)的基礎(chǔ)上與既有橋梁下部結(jié)構(gòu)加固鋼支撐及隧道底板以下加固土體形成一體化支撐施工技術(shù)，提高結(jié)構(gòu)整體性和安全系數(shù)，確保既有橋梁施工期間安全正常運(yùn)行。

⑵對既有高速橋梁樁基周圍土體采用低擾動(dòng)加固，盡量做到無擾動(dòng)施工。隧道基坑土方開挖前，對橋樁進(jìn)行高壓旋噴樁加固處理，再沿兩側(cè)對稱進(jìn)行土體格柵式加固處理，并按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制施工順序與樁底標(biāo)高、樁位、垂直度及注漿壓力等指標(biāo)，提高高速橋墩周邊土體的固結(jié)、止水質(zhì)量，并減少打樁施工過程中對高速橋墩及樁基礎(chǔ)的偏壓影響。

⑶在下穿高速橋底施工空間受限條件下，采用對稱開挖傳遞出土，平衡基礎(chǔ)開挖過程中左右線基坑的變形位移，減少偏壓，將基坑開挖過程中對高速橋墩橋臺(tái)的影響減少到最小，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，對類似深基坑的施工具有指導(dǎo)和借鑒意義。