大型地下空間內(nèi)立交橋裸樁開挖回填技術(shù)*

孟 錦，駱發(fā)江，黎建寧，馬 沖，田 周

(中建三局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710065)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，開發(fā)地下空間，鼓勵(lì)土地綜合利用，推動(dòng)老城區(qū)地上、地下整體發(fā)展，已成為一種趨勢(shì)。然而在發(fā)展過程中往往伴隨一些問題，大型地下空間建設(shè)與已施工立交橋平面、立面上交叉等情況時(shí)有發(fā)生，在地下空間大斷面開挖時(shí)，基坑內(nèi)存在橋墩樁基產(chǎn)生土體卸載、回填土體堆載、橋墩樁基裸露時(shí)雨雪天氣對(duì)樁基土體侵蝕等問題，需采取合適的施工工藝保證立交橋樁基的結(jié)構(gòu)安全以不影響地下空間施工。本文以西安幸福林帶地下空間建設(shè)工程在立交橋處裸樁開挖、回填等施工為例，對(duì)立交橋裸樁施工保護(hù)工藝進(jìn)行論述。

1 工程概況

西安市幸福林帶建設(shè)工程北起華清路，南至新興南路，東起幸福路，西至萬壽路，規(guī)劃長(zhǎng)度為5.85km，平均寬度為200m，其中林帶寬140m，市政道路改造寬60m，總占地面積1 755畝(1畝≈666.667m2)。其中，一工區(qū)(WS K0+000—WS K1+830)全長(zhǎng)1 830m，區(qū)段范圍為西影路至共青團(tuán)路北220m。

E3段西影路至建工路交通疏導(dǎo)線區(qū)段內(nèi)，新興南路立交橋橋墩樁基與地下空間結(jié)構(gòu)部分交叉，新興南路立交橋樁基深40～48m，橋墩承臺(tái)頂標(biāo)高為429.927～431.537m，E3段地下空間開挖底標(biāo)高為416.750m，故E3段新興南路立交橋下部區(qū)域土方開挖時(shí)，立交橋樁基隨土方開挖施工需外露約12m。

根據(jù)新興南路立交橋總平面布置圖及幸福林帶E3段地下空間開挖圖紙，位于E3段地下空間基坑內(nèi)橋墩共16個(gè)，其中4樁橋墩4個(gè)、雙樁橋墩12個(gè)。立交橋橋墩樁基與地下空間平面位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 立交橋橋墩樁基與地下空間平面位置關(guān)系

2 設(shè)計(jì)背景

新興南路立交橋與幸福林帶建設(shè)工程雖為同基坑施工，但在不同時(shí)間設(shè)計(jì)，由不同監(jiān)理工程師監(jiān)管、不同業(yè)主管理。通過與立交橋設(shè)計(jì)單位溝通可知，新興南路立交橋設(shè)計(jì)未考慮幸福林帶施工，后續(xù)幸福林帶施工需開挖土方外露樁基，導(dǎo)致立交橋設(shè)計(jì)摩擦樁摩擦力減小，不能滿足結(jié)構(gòu)受力要求。通過多次與新興南路相關(guān)單位溝通，立交橋設(shè)計(jì)單位重新進(jìn)行地層勘探并改變樁基受力模式，將摩擦樁改為摩擦端承樁，通過加長(zhǎng)樁長(zhǎng)使樁基底部嵌入穩(wěn)定巖層，以抵抗樁基外露減小的摩擦力，保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3 土層特點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)研究，樁周土受水浸濕后，樁側(cè)摩擦力大幅度減小。樁基本身將上部荷載傳遞至樁側(cè)和樁底端以下的土層，采用鉆孔、挖孔等非擠土法成樁，成孔過程中將土排到孔外，樁孔周圍土性質(zhì)并無改善。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本工程土質(zhì)主要為濕陷性黃土，當(dāng)樁周土產(chǎn)生自重濕陷時(shí)，樁側(cè)正摩擦力迅速轉(zhuǎn)變成負(fù)摩擦力，因此橋梁設(shè)計(jì)樁基穿過軟弱黃土層，以較堅(jiān)實(shí)的黏土層作為樁端直接持力層。

進(jìn)行樁周土開挖摩擦阻力分析時(shí)，根據(jù)開挖深度及土層特點(diǎn)，確認(rèn)開挖層土質(zhì)對(duì)樁側(cè)摩擦阻力未起到作用，全部開挖樁周土深度<13m時(shí)，樁承載力不受影響。

4 主要施工工藝

4.1 雙樁、4樁樁基施工

1)立交橋樁基處土方采用機(jī)械開挖至距樁基外邊線0.5m處，樁基外邊線0.5m范圍采取人工開挖。

2)樁基外側(cè)土方清理完成后，對(duì)橋墩樁基一圈采取掛網(wǎng)素噴支護(hù)措施，鋼筋網(wǎng)片規(guī)格為φ6.5@150，水平筋繞橋墩樁基一周，加強(qiáng)筋采用φ16@500搭接牢固，不可斷開。噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，厚80mm。樁基施工如圖2所示。

圖2 樁基施工(單位:m)

3)土方分層開挖、分層支護(hù)，交替進(jìn)行，橋墩樁基四周土方需對(duì)稱開挖，避免一側(cè)土體壓力過大，對(duì)橋墩樁基產(chǎn)生影響。

4.2 樁周土回填

地下空間施工完成后，需對(duì)橋梁樁基與地下空間2m肥槽進(jìn)行回填。因地下空間主體結(jié)構(gòu)及防水已施工完成，樁基四周已成封閉空間且不透水，因此肥槽回填時(shí)既要考慮對(duì)空間防水的保護(hù)，又要保證橋梁上部荷載可正常向下傳遞至土體周圍。

1)設(shè)計(jì)方案 ①素土回填 素土回填易發(fā)生沉降、坍塌、透水現(xiàn)象，不能較好地保護(hù)橋墩樁基及周邊結(jié)構(gòu)，壓實(shí)度難以保證，后期維修頻繁；②泡沫混凝土回填 橋墩樁基與地下空間結(jié)構(gòu)采用剛性連接，但橋梁與地下空間墻體自振頻率不同，且橋梁行車荷載傳遞至樁基周圍時(shí)，振動(dòng)允許間隙不能滿足要求，易導(dǎo)致橋梁或墻體受損，施工成本過高。

2)實(shí)施方案 1∶7水泥土回填可很好地保護(hù)地下空間防水層，消除回填土體濕陷性，壓實(shí)度易滿足要求。水泥土為柔性結(jié)構(gòu)，可將橋梁上部荷載更好地傳遞下來，分散應(yīng)力，保護(hù)結(jié)構(gòu)。水泥土施工前需檢查基層并清理表面腐土和雜物。如基層土普遍松散、失水嚴(yán)重，則須進(jìn)行灑水，并用小型夯機(jī)碾壓，然后進(jìn)行水泥土施工，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)含水量控制在2%～3%，含水量大時(shí)翻開晾曬或摻入干土，含水量不足時(shí)及時(shí)灑水。

回填土施工工藝為：場(chǎng)地內(nèi)垃圾、雜物清理及基底處理→測(cè)量放線→水泥土拌合→水泥土運(yùn)輸、填土料鋪設(shè)→整平→灑水→壓實(shí)→養(yǎng)護(hù)。

現(xiàn)場(chǎng)用水泥土攪拌機(jī)拌料，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比1∶7摻料，拌合時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工人員要注意檢查拌合料是否均勻，有無水泥團(tuán)或土團(tuán)。用小型裝載機(jī)將水泥土倒入已測(cè)定的回填區(qū)，人工將填土大體推平。采用輕型機(jī)械夯實(shí)，按250mm/層虛鋪。采取自卸汽車取土運(yùn)輸、三輪拖拉機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)(不超過頂板允許荷載)、人工和機(jī)械回填夯實(shí)施工。優(yōu)先采用基坑中挖出的黏土、粉質(zhì)黏土或塑性指數(shù)>7的黏質(zhì)粉土，不得含有機(jī)雜物，嚴(yán)禁采用凍土、膨脹土、鹽漬土；應(yīng)先過篩后使用，其顆粒粒徑≤15mm，含水率應(yīng)符合規(guī)定。采用P·O42.5水泥。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并經(jīng)設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方同意。采用1∶7水泥土在質(zhì)量、成本及結(jié)構(gòu)安全上有明顯優(yōu)勢(shì)，施工效果更好。

5 施工監(jiān)控測(cè)量

為確保施工期間橋墩樁基周圍環(huán)境及橋墩自身結(jié)構(gòu)安全，由專職人員組成監(jiān)控量測(cè)組，負(fù)責(zé)測(cè)點(diǎn)設(shè)置、日常量測(cè)和數(shù)據(jù)處理、信息反饋工作，進(jìn)行信息化施工，確保工程施工安全。

1)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 橋墩樁基沉降、橋墩樁基位移、素噴支護(hù)觀察。

2)測(cè)點(diǎn)布置和監(jiān)測(cè)精度 每個(gè)樁基沿橋墩側(cè)面設(shè)置1組沉降及位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

根據(jù)DBJ61/T 132—2017《濕陷性黃土地區(qū)變形監(jiān)測(cè)規(guī)范》要求，基坑土方開挖前進(jìn)行首次觀測(cè)取得初始值，開挖期間每開挖1層觀測(cè)應(yīng)≥1次，觀測(cè)間隔應(yīng)≥4d；基坑開挖完成第1個(gè)月內(nèi)每周觀測(cè)2次；第2個(gè)月至基坑回填完成，觀測(cè)間隔應(yīng)≤7d；出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，應(yīng)24h不間斷監(jiān)測(cè)。

為保證監(jiān)測(cè)結(jié)果、加快信息反饋速度，全部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均由計(jì)算機(jī)管理，繪制位移隨時(shí)間或空間的變化曲線。將量測(cè)情況及時(shí)報(bào)告駐地監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位。橋墩開挖、回填過程監(jiān)測(cè)曲線如圖3所示。

圖3 橋墩開挖、回填過程監(jiān)測(cè)曲線

由圖3可知，橋墩開挖、回填過程中，水平位移變化速率最大為1.0mm/d,未超過預(yù)警值；沉降位移變化速率最大為2.2mm/d,未超過預(yù)警值。其他各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)正常，均未超過預(yù)警值。

建立一種能較好反映監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化規(guī)律和趨勢(shì)的函數(shù)關(guān)系式，對(duì)下一階段的監(jiān)測(cè)物理量進(jìn)行預(yù)測(cè)，如預(yù)測(cè)最終位移值，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)物安全性，并據(jù)此確定工程技術(shù)措施等。因此，對(duì)于每個(gè)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，要根據(jù)管理基準(zhǔn)和位移變化速率等綜合判斷結(jié)構(gòu)和建筑物的安全狀況，并編寫周、月匯總報(bào)表，及時(shí)反饋指導(dǎo)施工，調(diào)整施工參數(shù)，達(dá)到安全、快速、高效的施工目的。

6 安全、質(zhì)量保證措施

6.1 土方開挖施工防護(hù)措施

1)所有施工機(jī)械按規(guī)定進(jìn)場(chǎng)并經(jīng)有關(guān)部門組織驗(yàn)收確認(rèn)合格，保存記錄。

2)機(jī)械挖土與人工挖土配合操作時(shí)，人員不得進(jìn)入挖土機(jī)作業(yè)半徑內(nèi)，挖土機(jī)停止作業(yè)后，人員方可進(jìn)行人工清理、找平等作業(yè)。

3)挖土機(jī)作業(yè)位置的土質(zhì)及支護(hù)條件須滿足機(jī)械作業(yè)的荷載要求，且應(yīng)預(yù)留機(jī)械旋轉(zhuǎn)的工作面。

4)挖土機(jī)駕駛員屬特種作業(yè)人員，應(yīng)經(jīng)專門培訓(xùn)考試合格，取得操作證。

5)上層噴射混凝土面層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方可開挖下層及進(jìn)行下層支護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

6)土方需分層開挖、分層支護(hù)，每層開挖深度≤2m，橋墩樁基四周土方需對(duì)稱開挖，避免一側(cè)土體壓力過大，對(duì)橋墩樁基產(chǎn)生影響。

6.2 主體結(jié)構(gòu)施工防護(hù)措施

1)樁基處結(jié)構(gòu)施工時(shí)，禁止斜撐及其他扣件頂在樁基上，對(duì)樁基產(chǎn)生水平荷載。

2)樁基處結(jié)構(gòu)施工，使用起重機(jī)等起重機(jī)械時(shí)，提前對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全教育及技術(shù)交底，并指派專人看管作業(yè)，禁止吊物觸碰樁基。

6.3 混凝土工程質(zhì)量保證措施

噴射混凝土應(yīng)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試塊數(shù)量為每500m2或每一工作日取2組，每組試塊≥3個(gè)，采用直接噴射混凝土為標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊的方法制作。

噴射混凝土厚度可采用鉆孔檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量為每500m2取1組，每組≥3個(gè)點(diǎn)，其合格條件為：全部檢測(cè)孔處厚度平均值大于設(shè)計(jì)值，最小厚度不小于設(shè)計(jì)厚度的80%。

6.4 土方施工質(zhì)量保證措施

1)挖掘機(jī)駕駛員要按所放灰線開挖，測(cè)量員要保證隨挖隨測(cè)，避免超挖、錯(cuò)挖。

2)挖土過程中機(jī)械嚴(yán)禁碰撞立交橋樁基、支護(hù)樁等結(jié)構(gòu)，施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)要派專人指揮及看護(hù)，對(duì)樁基施工要重點(diǎn)保護(hù)，采用機(jī)械開挖至距橋墩外邊線0.5m處，剩余橋墩外邊線0.5m范圍土方利用人工開挖，避免對(duì)橋墩樁基造成破壞。

4)回填土原材料須檢驗(yàn)合格，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)在最佳含水率附近；分層攤鋪、分層碾壓。

7 結(jié)語

本工程大型地下空間內(nèi)立交橋裸樁開挖、回填保護(hù)施工工藝，基于施工監(jiān)測(cè)結(jié)果與施工經(jīng)驗(yàn)得出，該施工技術(shù)工藝成熟、安全系數(shù)高、質(zhì)量有保證、工期大幅度縮短，可為類似地下空間基坑內(nèi)橋梁裸樁的開挖、回填工程施工提供借鑒。