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(cè)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(guò)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(duì)管廊變形進(jìn)行加密觀測(cè)點(diǎn)，增加監(jiān)測(cè)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(kāi)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(kāi)始對(duì)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(cè)點(diǎn)(如圖2所示)。監(jiān)測(cè)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(kāi)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(cè)點(diǎn)布置圖

圖3 綜合管廊豎向沉降監(jiān)測(cè)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(kāi)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(kāi)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(kāi)挖到建基面以來(lái)，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(kāi)挖深度達(dá)15m，存在下部土體卸荷回彈情況。通過(guò)對(duì)綜合管廊施工單位的了解，管廊施工到頂板前通過(guò)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?；靥詈笾两褚延?年以上，本次進(jìn)水箱涵施工開(kāi)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(cè)管廊監(jiān)測(cè)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(zhǎng)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(kāi)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(zhǎng)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(kāi)挖區(qū)域的中段，后澆帶位置實(shí)際受力相對(duì)較小，且結(jié)合監(jiān)測(cè)反饋的變形量，初步推測(cè)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(cè)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(kāi)挖上覆土體不致現(xiàn)有綜合管廊廊體上浮，擬通過(guò)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(kāi)挖深度大，為確?；影踩?，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(duì)基坑施工場(chǎng)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(kāi)挖1塊內(nèi)填土，快速對(duì)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(kāi)挖2#塊內(nèi)填土，再快速對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(jiàn)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(chǎng)觀察現(xiàn)有滲水點(diǎn)原先就存在裂縫并對(duì)其進(jìn)行過(guò)化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理。本次箱涵基坑開(kāi)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(dòng)，使后澆帶原有修補(bǔ)后的裂縫重新滲水。針對(duì)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(jí)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(kāi)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(duì)混凝土表面進(jìn)行檢查，對(duì)混凝土破損、缺角的部位應(yīng)采用結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)，對(duì)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(guò)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(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)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(duì)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(lái)可考慮采用二維有限元法模擬箱涵施工過(guò)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)。