侵入既有行車道的承臺基坑回填方案優(yōu)化研究*

昆山交通發(fā)展控股有限公司 昆山 215300

昆山中環(huán)項目利用既有G312國道、黃浦江路、S339省道、江浦路4 條地面道路位置改造建設(shè)，整個工程由高架主線和地面輔道組成，均為雙向6 車道（局部節(jié)點為4 車道）。中央分隔帶寬度為8 m，側(cè)分帶為2 m，而主線高架橋梁標(biāo)準(zhǔn)段中間承臺尺寸一般為10 m×6.25 m×2.5 m，門式高架邊墩承臺尺寸一般為6.25 m×6.25 m×2.5 m，承臺尺寸比分隔帶寬，因此承臺基坑回填處均位于行車道位置，而且中環(huán)既有老路大多考慮利用，僅在原有路面上加鋪處理。因而侵入行車道的承臺基坑回填是在既有道路中打“補丁”，其回填控制是否到位將是道路整體質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素，如何確保承臺基坑回填質(zhì)量，保證回填處路面不沉陷及不發(fā)生跳車等現(xiàn)象，需要深入研究。

1 工程概況

昆山中環(huán)項目全長44.4 km，其中南線（G312國道）長13.6 km，東線（黃浦江路）長12.7 km，北線（S339）長8.5 km，西線（江浦路）長約9.6 km。全線設(shè)置4 座互通式立交（其中長江路立交預(yù)留近期實施），5 座新建大橋，14 處菱形匝道，36 座輔道中小橋及沿線排水工程、其他附屬工程。

高架主線按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)段寬25.5 m，設(shè)計車速80 km/h，雙向6 車道，采用0.5 m中央分隔帶+2×（0.5+3.5+3.75×2+0.5）m行車道+0.5 m護欄。地面輔道按城市主干道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)段寬50 m，設(shè)計車速50～60 km/h，采用8 m中央分隔帶+2×（0.5+3.75×3+0.5）m行車道+2×2 m機非隔離帶+2×4.5 m非機動車道+2×2.25 m人行道。路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如1所示。

圖1 路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

2 承臺與地面道路相對位置

中環(huán)工程主線高架橋梁標(biāo)準(zhǔn)段中間承臺尺寸一般為10 m×6.25 m×2.5 m，門式高架邊墩承臺尺寸一般為6.25 m×6.25 m×2.5 m，埋深大多在1.5～2.5 m之間（圖2）。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)段中間承臺平面示意

按工程標(biāo)準(zhǔn)段斷面分析，中央分隔帶寬度為8 m，而中間承臺寬度為10 m，兩側(cè)各超出中央分隔帶1 m，承臺埋深在1.5～2.5 m之間，基坑開挖深度在4～5 m之間。因此無論采用放坡開挖、有擋支護開挖，還是鋼板樁圍護開挖，承臺基坑施工都超出分隔帶，回填部分都在行車道位置上。同樣，門式邊墩承臺基坑的回填大多在行車道位置上。

昆山中環(huán)項目為在既有道路上改建，而且老路大多考慮利用，僅在原有路面加鋪處理。因而侵入行車道的承臺基坑回填是在既有道路打“補丁”，承臺基坑回填控制將是道路整體質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。

3 超出分隔帶的基坑回填容易出現(xiàn)問題的原因[1-3]

由于承臺基坑回填處位于路基與承臺結(jié)構(gòu)物相連接的這個特殊位置，基坑回填材料與承臺所用材料及老路路基間存在很大的強度、密實度、壓縮性和剛度等方面差異。承臺是用剛性很大的鋼筋混凝土澆筑而成的，是剛性體；而與之相連接的路基一般是用剛性較小、柔性較大的土體填筑而成的，是彈塑性體。承臺基坑回填擬采用中粗砂和7%石灰土等材料回填，為新近回填，因施工控制等因素的局限，后期會發(fā)生一定沉降量。在同一荷載作用下，強度高、剛度大的材料其塑性變形??；反之，強度小、柔性大的材料則塑性變形大。當(dāng)基坑回填處塑性變形與老路、承臺塑性變形不一致時，承臺基坑回填處的路面橫向?qū)a(chǎn)生差異沉降，出現(xiàn)跳車等現(xiàn)象，影響行車安全和舒適性。

3.1 回填材料不符合質(zhì)量要求

由于侵入行車道的基坑回填位于道路路基與承臺結(jié)構(gòu)之間，基坑回填材料原則上應(yīng)選用介于路基材料剛度與承臺結(jié)構(gòu)物材料剛度之間且易于壓實的材料。而在實際施工中，存在回填材料選用不當(dāng)，施工過程中對材料控制不嚴，回填前沒有清除基坑淤泥、松散或不易壓實的腐殖土，甚至將基坑開挖的淤泥堆放在基坑內(nèi)等問題，致使基坑回填壓實質(zhì)量難以保證，工后出現(xiàn)較大的沉降。

3.2 回填壓實不夠

侵入行車道的基坑回填工作面較為困難，回填壓實度往往難以達到設(shè)計要求，容易留下質(zhì)量隱患。一方面分隔帶基坑回填處在一個填土較高、土方量集中而施工面狹窄、工期緊迫的作業(yè)段，給施工帶來了很多困難，由于作業(yè)面狹窄和回填土平面形狀不規(guī)則，大型壓實機械很難到位，而基坑內(nèi)分層碾壓，密實度又往往達不到要求；另一方面，相關(guān)單位對超出中央分隔帶基坑回填處的壓實質(zhì)量不夠重視，容易出現(xiàn)壓而不實，甚至填而不壓的現(xiàn)象，致使中央分隔帶基坑回填處在行車作用和自然因素的影響下，產(chǎn)生較大的沉陷。

4 基坑回填原設(shè)計方案的不足[4,5]

關(guān)于中間承臺基坑回填方案，原設(shè)計考慮承臺兩側(cè)基坑采用中粗砂分層回填至承臺頂面，相應(yīng)需鋪厚度為250～300 cm，采用輕型壓實設(shè)備壓實；然后用7%石灰土分層回填至路面底基層底標(biāo)高，相應(yīng)需鋪厚度為100～150 cm，采用輕型壓實設(shè)備壓實，壓實度要求≥96%；再上為路面結(jié)構(gòu)層，20 cm 10%石灰土底基層、36 cm水泥穩(wěn)定碎石基層、18 cm瀝青混凝土路面，如圖3所示。

圖3 原設(shè)計方案承臺基坑回填平面示意

按照原設(shè)計方案，由基坑底采用分層回填中粗砂至承臺頂標(biāo)高，承臺頂標(biāo)高以上分層回填7%石灰土至路面底基層底標(biāo)高。對于超出分隔帶進入行車道的承臺開挖基坑回填未有特別針對性的方案，回填中粗砂部分如何做到密實度要求未有具體方案；尤其是承臺頂標(biāo)高至路面底基層底標(biāo)高部分采用分層回填7%石灰土，而實際施工中基坑作業(yè)面狹窄，難以采用大型機械的壓實，采用石灰土難以達到壓實度要求。另外，基坑回填部分小范圍與老路銜接，對應(yīng)路面結(jié)構(gòu)與老路加鋪沒有統(tǒng)一考慮，容易留下質(zhì)量隱患。

5 基坑回填方案的優(yōu)化[6-8]

由于侵入行車道的基坑回填的壓實質(zhì)量是影響侵入行車道的基坑回填沉降及跳車的一個重要因素。為做到“事前預(yù)防”的目的，協(xié)同技術(shù)咨詢單位選取東線5 處承臺作為試驗。通過對試驗承臺的觀測，驗證基坑回填效果。

試驗利用支架預(yù)壓荷載，按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)通車后荷載約為33 kPa，經(jīng)計算分析支架預(yù)壓荷載折算約為50 kPa，大于通車后的荷載。分別以開始監(jiān)測時上部支架已結(jié)束預(yù)壓和上部支架未開始預(yù)壓2 種工況監(jiān)測基坑回填后的沉降曲線。每個承臺布置4個測點。

工況1（10#、11#承臺），承臺基坑已回填、開始監(jiān)測時上部支架已結(jié)束預(yù)壓，監(jiān)測時間約4 個月，最大沉降量為10.1 mm，且后面2 個月的月沉降量均小于3 mm，滿足沉降穩(wěn)定的控制標(biāo)準(zhǔn)（圖4）。

圖4 11#承臺基坑回填沉降曲線

工況2（17#、21#承臺），承臺基坑已回填、開始監(jiān)測時上部支架未開始預(yù)壓，觀測時間約4 個月，最大沉降量為19.3 mm，支架預(yù)壓后沉降迅速收斂，且最后一個月的月沉降量小于3 mm，滿足沉降穩(wěn)定的控制標(biāo)準(zhǔn)（圖5）。

圖5 21#承臺基坑回填沉降曲線

通過監(jiān)測基坑回填處沉降曲線，采用中粗砂回填和支架預(yù)壓的效果較好，可以滿足施工要求。由于承臺基坑回填材料與承臺所用材料及老路路基間存在很大的強度、密實度、壓縮性和剛度等方面差異，所以要用剛?cè)徇^渡的設(shè)計觀點，考慮在侵入行車道的基坑回填時選用強度較高、壓縮性較小、剛度較大的材料，這樣既能滿足剛度差對基坑回填材料的要求，也能滿足塑性變形對基坑回填的要求，確?；踊靥钐幝访娌话l(fā)生沉陷及不出現(xiàn)跳車等現(xiàn)象。

綜合考慮上述因素，結(jié)合既有老路加鋪方案，根據(jù)各承臺具體的位置特點，將承臺基坑回填方案優(yōu)化如下：

1）承臺頂標(biāo)高以下采用中粗砂分層回填（維持原設(shè)計方案），鋪設(shè)厚度為250～300 cm，采用輕型壓實設(shè)備壓實。

2）承臺頂標(biāo)高以上自下而上依次由4 層材料填筑，根據(jù)老路加鋪高度H采取不同的方案。第1層：均采用中粗砂回填，鋪設(shè)厚度為100～150 cm，埋深較深的區(qū)域下部采用輕型壓實設(shè)備分層壓實，上部采用大型壓實設(shè)備分層壓實，在壓實死角部位采用輕型壓實設(shè)備壓實。壓實度要求自頂面以下80 cm范圍內(nèi)≥96%，80～150 cm范圍內(nèi)≥94%，大于150 cm范圍內(nèi)≥93%。第2層：當(dāng)H＜18 cm、18 cm≤H＜54 cm及54 cm≤H＜74 cm時，采用級配碎石填筑，厚20 cm，級配碎石壓實度要求≥96%；當(dāng)H＞74 cm時，填筑厚20 cm的10%石灰土，壓實度要求≥96%。第3層：當(dāng)H＜18 cm和18 cm≤H＜54 cm時，分別填筑厚26 cm和20 cm的C30混凝土板，在混凝土板下緣設(shè)置1 層鋼筋網(wǎng)片，且混凝土板與老路搭接部分寬度不少于20 cm。當(dāng)54 cm≤H＜74 cm和H＞74 cm時，填筑厚36 cm水泥穩(wěn)定碎石，壓實度要求≥96%。第4層：為4 cm SUP-13+6 cm SUP-20+8 cm SUP-25瀝青混凝土路面。

6 其他注意事項

為了確?；踊靥钯|(zhì)量，在優(yōu)化施工方案的基礎(chǔ)上，具體施工過程中還需要注意以下事項：

1）回填時嚴格控制分層填筑厚度，建議每10～15 cm填筑一層并壓實；

2）有條件的基坑，開挖臺階回填，每層臺階寬50 cm，高40 cm，根據(jù)現(xiàn)場情況，可開挖1～3 級，每層臺階處添加土工格柵并做反包處理，搭接段不少于20 cm；

3）基坑回填前必須將積水及淤泥清除，凡淤泥或含水過大或含有機物質(zhì)過多的垃圾土一律不能使用；

4）基坑注意對稱回填，確保回填壓實度不低于設(shè)計及規(guī)范要求。