近接高度敏感建筑物施工预加固技术

罗 镇

(中铁十六局集团第一工程有限公司,北京 101300)

1 工程概况

如果邻近敏感建筑进行基坑开挖，会对建筑产生很大影响[1-3]。正在修建的城际轨道交通穗莞深城际深圳机场站位于深圳市机场T3航站楼西侧，车站基坑全长约912 m，标准段基坑宽度23.34 m，端头井深23 m，标准段深19.9 m。设计采取明挖法开挖，基坑安全等级为一级。该基坑东临深圳宝安机场领航四路，最近距离1.8 m，基坑西侧主要是机场驻场单位，灯光站、承远航油办公楼、能源中心、空管站航管楼等，其中能源中心包含的建(构)筑物蓄冷水罐(单侧，共4个)，单罐运行荷载14 500 t，距离影响范围内的2号基坑最近只有3.4 m，安全等级为一级。基坑开挖及其与周围建筑物位置关系见图1。

图1 二号基坑现场情况

工程基坑开挖极小距离接近高度敏感的建筑物，如何确保基坑和既有建筑物的安全，成为了能否顺利施工的关键。因此，提出近接高度敏感建(构)筑物施工预加固措施，解决这一难题。

2 邻近施工加固总体原则

蓄冷水罐距离地连墙外侧最近约2 m，其基础为大体积钢筋混凝土，蓄冷水罐重14 500 t，其中基础自重4 500 t，深3 m。2号基坑开挖过程中，蓄冷水罐将产生沉降或倾斜，如若处理不当，将会导致严重后果。为了确保基坑及蓄冷水罐的安全，根据GB 50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》附录E中E.4.5条，提出深圳机场站施工期间，蓄冷水罐整体沉降应小于225 mm，罐基础任意直径方向上的沉降差不超过97 mm。

就当前邻近施工技术而言，为防止基坑开挖引起临近建筑物的破坏，往往采用对邻近建筑物地基进行加固，加固措施有基地托换、设置隔离法、地层加固、结构补强等。通过对既有加固技术的分析，基坑施工前采用旋喷注浆和设置隔离桩墙的方法将蓄冷水罐基础与后期基坑隔离，注浆加固深度同隔离桩深度确保超过基坑深2 m。具体技术措施为：桩基周围土体加固压浆→排桩隔离→基底旋喷加固，加固采用的连续墙侧 800@1 000隔离桩，桩长定义为30 m，隔离桩外侧设置搅拌桩。

3 加固施工方案

3.1 蓄冷水罐保护设计

借鉴以往经验[3-6]，对蓄冷水罐进行保护加固设计。

3.1.1 围护、支撑结构形式

根据地质情况及主体结构型式围护结构采用连续墙+内支撑的支护型式。靠蓄冷水罐侧连续墙墙厚为1 200 mm，其余连续墙墙厚均为1 000 mm。围护结构使用阶段与内衬墙形成复合墙。支撑采用五道支撑及一道钢支撑换撑，第一道支撑和第三道支撑为混凝土撑，其余均为钢支撑；所用钢支撑采用D609(t=16 mm)Q235钢管。

3.1.2 蓄冷水罐侧加固措施

在蓄冷水罐侧设置直径800 mm间距1 000 mm的钻孔隔离桩，深度30 m。在隔离桩与罐体之间采用搅拌桩格构式加固，搅拌桩直径850 mm间距600 mm，深度20 m。

3.1.3 基坑被动侧(蓄冷水罐对侧)加固措施

在基坑被动侧3.8 m范围内实施直径1 000 mm间距2 000 mm的钻孔灌注桩，深度38 m，在钻孔灌注桩与连续墙顶设置混凝土连接板形成门式钢架的双排桩结构来增大围护结构刚度。将连续墙与双排桩之间的土体进行搅拌桩格构式加固。搅拌桩直径850 mm间距600 mm，深度23.2 m。

3.1.4 基坑底裙边加抽条式加固

为减少地面超载下坑底隆起，对坑底土体进行搅拌桩裙边加抽条式加固。搅拌桩直径850 mm间距600 mm，深度为结构底板以下5 m。

3.2 注浆加固

蓄冷水罐桩基加固采用水玻璃+水泥浆液，浆液配方：水玻璃45Be′；水泥浆水灰比1∶1；水玻璃与水泥浆液体积比1∶1.3。注浆施工采用二重管双液注浆法，由地上往下垂直注浆。注浆压力：P= 0.15～0.75 MPa；注浆扩散直径：R= 1 000～1 500 mm；注入率沙砾45 %～60 %，粉土为25 %，砾石40 %～ 60 %；凝固时间：2～4 min；为速凝注浆；钻杆回抽幅度：约15～ 20 cm。

根据现场实际勘察，拟采用地面往下垂直注浆法施工(外注浆)。

(1)定孔位：按照图纸要求，在地表上做出定位标示。然后沿标示以梅花状将孔位定好。定孔位偏差不得大于20 mm，钻孔角度偏差不得大于1°。

(2)钻机就位：钻机按照指定位置就位,并在技术人员的指导下，调整钻杆角度。对准孔位后，钻机不得移位。

(3)钻进成孔：参照图纸要求，加固深度超过基坑深度2 m。

(4)注浆：按照设计配方配料，严格将压力控制在0. 15～0.75 MPa之间。注浆还应密切关注浆液流量，当压力突然上升、下降，地面溢出时，应立即停止注浆。必须查明异常原因，采取必要的措施(调节注浆参数、移位、打斜孔等方式)方可继续注浆。

3.3 旋喷桩施工

(1)平整场地：①施工前探明地下障碍物埋深和位置，挖出探坑并作好明确标记。同时采取措施对地上位于施工范围内的各种线路加以保护。②清除施工区域内的建筑垃圾和杂物，进行平整压实。

(2)测量定位：①施工场地的基准点、基轴线及水准点必须会同工程师及设计单位共同引进，经复核及各方签证后方可使用。②对于标定的基准点要做好明显的标志和编号，并做好保护工作。使用经纬仪和钢卷尺等，采用坐标法进行桩位测定。对施工区域内的所有桩进行测量定位，并做好明显、牢靠的桩位标志。③做好测量记录，以便复核。

(3)钻机就位：将钻机安置在设计孔位上，使钻杆头对准孔位中心。为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位后，作水平校正，钻机钻杆采用钻杆导向架进行定位，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，其倾斜度不得大于0.5 %。

(4)钻孔：钻孔的目的是为将喷射注浆管插入预定的地层中。直接采用旋喷钻机钻孔，控制孔位与设计位置的偏差不大于50 mm。钻孔过程中作好详细的钻进记录。

(5)插管：插管是将喷射注浆管(三重管)插入地层预定的深度。插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，采取边射水、边插管的方法，水压力控制不超过1 MPa，防止因压力过高造成孔壁射塌。

(6)制备固化剂浆液：在旋喷桩贯入注浆管的同时，严格按设计要求配置水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。旋喷注浆的材料用42.5号普通硅酸盐水泥，根据需要可加入适量的外加剂，水泥浆液的水灰比取1.0。

(7)旋喷注浆：①当喷射注浆管插入预定深度后，由下而上进行喷射注浆。②注浆管分段提升的搭接长度不小于100 mm。③施工过程中，视实际情况对需要扩大加固范围或提高强度的部分采取重复喷射的方法，并使实际桩顶标高高于设计标高0.3～0.5 m。④对旋喷桩施工的结合部位及桩身咬合比较薄弱的环节，根据现场实际情况和工程师的要求，采取在原桩位的周围进行补桩的措施。⑤浆液搅拌后4 h内用完，当超过时间时，通过试验证明其性能符合要求后方可使用。⑥喷射注浆过程中，安排值班人员时刻检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并做好记录，绘制作业过程曲线。

(8)冒浆处理：喷浆过程中，冒浆量超过20 %或完全不冒浆时，查明原因，并采取相应处理措施。冒浆量过大的主要原因是有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超出喷浆固结所需浆量所致。减少冒浆量的措施为：提高喷射压力；适当缩小喷嘴孔径；加快提升和旋转速度。为确保旋喷桩质量，对冒出地面的浆液不再利用。不冒浆采取措施为：在浆液中掺入适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固；在地层空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常喷浆。

3.4 钻孔桩施工

二号基坑蓄冷水罐基础保护采用了直径800 mm间距1 000 mm的钻孔隔离桩，以减少连续墙施工及基坑开挖对蓄冷水罐基础的影响。

(1)钻孔灌注桩护筒设置： 护筒采用6 mm厚的钢板加工制作，高度1.5～2 m，护筒内径比钻头大200 mm。护筒要根据设计桩位中心线埋设，埋设深度1.2～1.5 m，然后复核校正，其平面中心偏差应不大于50 mm。护筒的顶部开设1～2个溢浆口，并高出地面，使溢流泥浆流入储浆池，沉碴后循环利用，废弃泥浆用罐车拉至场外妥善处理，减少污染场地，保证文明施工。

(2)钻孔灌注桩泥浆制拌：护壁使用的泥浆用优质粘土制作。泥浆比重的控制：一般地质采用1.03～1.25，在松散易坍的地层采用1.3～1.5；泥浆粘度在一般地质为17～20 s，松散易坍地层为19～28 s；泥浆含砂率不大于2 %；胶体率大于96 %。施工中经常测定泥浆比重、粘度、含砂率和胶体率。

(3)钻孔灌注桩钢筋笼制作：钢筋笼按设计图纸加工制作，加劲箍设置在主筋外面，主筋不设弯钩，以免妨碍导管抽拔。钢筋笼加工前先调直主筋，焊接时，主筋的搭接应互相错开35 d，且不小于500 mm区段范围内，要做到同一根主筋上不得有两处驳接接头，同区段内接头数不得超过钢筋总数的50 %。钢筋笼在现场制作，在放置和制作钢筋笼过程中要注意对钢筋和钢筋笼的保护，使用枕木作为足够的保护垫层。

(4)钻孔灌注桩水下混凝土灌注：钢筋笼到位后，把扁担横梁固定在井沿上(以防止在浇筑混凝土过程中钢筋笼向上浮起)，接着进行混凝土灌注，采用直升导管法浇筑混凝土，严禁在孔口抛铲或倒车卸入。混凝土应垂直灌入桩孔内，严禁混凝土导管斜向冲击主筋，使主筋局部扭曲。混凝土采用连续浇灌。桩顶混凝土应比桩顶理论标高高出60～100 cm，待桩身强度达到5～8 MPa时凿除桩顶浮浆。浇筑桩体混凝土时，相邻10 m范围内的桩孔内不得作业，以免发生危险。

4 施工监测及分析

监测项目包括：地表沉降；裂缝监测；罐体沉降、倾斜监测。监测等级为特级。蓄冷水罐布设3个水准点BM1、BM2、BM3，同时也是导线点的位置，基点距离基坑边30 m以外稳定的位置。蓄冷水罐沉降监测点位于蓄冷水罐之间和两端部位，垂直于基坑布设5排，每排5个测点，间距为10 m，共25个测点。具体在基坑边缘50 cm左右的地方采用20 mm，长200～300 mm的钢筋打入地下，地面露出20 mm左右并用水泥加固，使钢筋头露出水泥面1～1.5 cm写好观测点点号。每组蓄冷水罐沉降监测布设沿蓄冷水罐基础周边位置对称布设8组点，4组蓄冷水罐共32组点。罐体沉降监测在土方开挖期间的报警指标要求：累计不均匀沉降达到78 mm,变化速率1 mm/d。现场检测数据见表1。

表1 沉降监控统计表

地基基础沉降主要与基础低地层土的物理结构性等有关，对土体的扰动必然改变土体的结构性。蓄冷水罐沉降值达到45.12 mm，表明隔离桩施工对4号蓄冷水罐沉降影响较大；蓄冷水罐累计不均匀沉降最大达到了34.96 mm，蓄冷水罐出现了向基坑方向的轻微倾斜。不同位置的隔离桩施工引起沉降量的变化也不同，说明蓄冷水罐底部水平位移变化不大，水平位移变化基本随沉降量变化而变化。从1号罐到4号罐，累计不均匀沉降和累计最大沉降都在增加，这也对应了基坑开挖的方向，因此在注浆加固和旋喷桩施工期，可以适当加大在3、4号蓄水罐区间的强度。

5 结论

深圳机场高铁站基坑近接高度敏感的建(构)筑物，地连墙距超重蓄冷水罐最小距离3.4 m。临近高度敏感的建(构)筑物的深基坑开挖产生不均匀沉降，将会影响临近建筑物的安全。施工过程中进行的实时监测表明，采用论文提供的加固方案，穿越填海地区砂卵层的深基坑施工引起的临近基坑的变形控制满足设计要求，确保了临近高敏感建(构)筑的运营安全。

[1] 俞鑫风,王健.地铁隧道近接施工相互影响研究现状及其思考[J].北京建筑工程学院学报,2008(3):30-34.

[2] 王哲宇. 轻轨车站复杂交错空间近接施工影响及施工优化研究[D].湖南科技大学,2016.

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[6] 汪尧清,童绥保.浅谈现代建筑物加固技术[J].山西建筑,2004(20):37-38.