新机场管廊基坑邻近高速桥梁基础施工技术研究

张 凯

(中铁十二局集团第三工程有限公司 山西太原 030024)

1 前言

近年来，随着我国城市化进程不断加快，城市地下空间被不断开发，综合管廊的重要性越来越被人们认识，国内大中城市掀起一股兴建管廊的热潮。鉴于目前的建设形势，国内大部分地下管廊在城市各项基础设施建设完成后建设，因此不可避免地会受到城市各种基础设施的影响。从地下管廊邻近在建高速公路桥梁基础角度出发，介绍了基坑开挖过程中对高速桥梁基础采用的防护措施及施工监测成果，为以后类似工程施工提供一定参考。

2 工程概况

新机场高速公路地下综合管廊(南四环-新机场)项目位于北京市南部，是北京市城市综合管廊规划网的重要组成部分，规划定位为干线型综合管廊，是连接北京市区与北京新机场的重要市政通道，主要为北京新机场及北京南部地区提供能源供给保障。项目地处北京市南部的大兴区，位于永定河冲洪积扇下游，地形由北向南逐渐降低，自然地面标高在22.32～35.52 m之间。本施工段大部分管廊结构边线距已施工新机场高速公路桥梁承台较近(桥中桥梁承台与管廊净距平均1.2 m)。为减少管廊基坑开挖对桥梁承台的影响，保证桥梁安全，首先对已施工桥梁承台侧土体进行注浆加固[1]，然后再进行管廊结构施工。

3 地层岩性及分布

根据野外钻探、原位测试及室内土工试验成果的综合分析，本次勘察揭露25.0 m深度范围内的地层表层为填土层，其下为新近沉积及第四纪冲洪积成因的黏性土、粉土及砂土，见表1。管廊基坑平均开挖深度为7.3 m，深度范围内土质主要以素填土、粉土、粉质黏土和粉细砂为主，开挖深度范围内无地下水。

表1 地层编号及岩性

4 注浆加固范围及基础变形监测

4.1 注浆加固范围

对承台边缘距管廊结构≤5 m范围的土体进行劈裂注浆加固[2-4]，加固范围为矩形断面，横向为距基坑底外侧3.4 m范围，长度为承台及沿承台纵向各外扩3.0 m，深度为承台底至管廊基坑底以下1.0 m。桥中桥梁承台注浆加固范围横断面见图1。

图1 桥中桥梁承台注浆加固范围横断面(单位：mm)

注浆孔垂直及倾斜布置，其中纵向承台外部采用垂直布孔，承台范围内采用倾斜布孔，倾斜角度按45°布置，注浆孔间距1.2 m×1.5 m，孔深以超出基坑底部1.0 m控制。注浆孔布置平面见图2。

图2 注浆孔布置平面(单位：mm)

4.2 桥梁基础变形监测

在管廊基坑邻近承台开挖至回填完成期间，对受保护承台进行变形监测[5-6]。每承台设水平位移监测点1处，竖向沉降监测点1处，设置在承台顶靠近基坑侧[7-8]，监测频率为1次/d；在注浆加固施工期间，监测频率提至1次/h；在注浆范围的基坑开挖及土钉墙面层施工期间，监测频率提至1次/3 h。桥梁基础变形监测控制值见表2。根据现场新机场高速公路施工进展情况，选择表2中第二组控制值对桥梁变形进行监测。

表2 桥梁基础变形监测控制值

5 施工工艺

钻孔采用ZLJ煤矿用坑道钻机，采用ZBSB-148～23/4-15型煤矿用双液注浆泵注浆。具体施工工艺:测量放线→钻孔→封口(注双液浆)→注水泥浆→拔管转入下一孔位。

(1)测量放线

施工前进行场地平整，采用全站仪按要求测放出注浆孔位，并沿孔位开挖沟槽和集水坑[9]79。

(2)钻孔

注浆孔采用ZLJ煤矿用坑道钻机钻孔，成孔直径为50 mm，孔深以超出管廊基坑底部1.0 m控制。

(3)封口

钻至设计位置后，采用注浆泵抽取双液浆(水泥浆＋水玻璃)[10]至钻杆中封口，待孔口封闭后，改用单液浆(水泥浆)注浆。

(4)注浆

①浆液选用普通硅酸盐水泥[9]80，水灰比采用1.0。

②注浆顺序为先外围后中间，隔排跳孔进行施工[9]80。

③采用后退式注浆[11-12]，边拔钻杆边注浆的方式。

④在注浆前，以0.6～0.8 MPa的高压风疏通孔道，注浆后有利于注浆体和土体的结合，即注浆体和土体互相镶嵌而成一整体。

⑤注浆压力应按照试验参数选用，注浆过程中如果出现压力达不到设计要求或跑浆、串浆等严重的问题，可采取换孔作业，待浆液初凝后再补注。

⑥注浆过程中应密切注意监测及反馈注浆部位周边情况变化。

(5)注浆完毕后，应立即用清水冲洗注浆机钻杆，转入下一孔位施工。

6 注浆试验及变形监测结果分析

根据现场实际施工情况，在新机场高速公路M442、M443及N442 3个承台进行注浆试验。承台基础底至管廊基坑底1.0 m注浆范围内土层为粉细砂、粉质黏土、黏土及细砂，以试验数据确定最终施工参数。

6.1 注浆试验过程

(1)M442承台

2018年4月18日，在M442承台开始注浆试验，注浆压力选用0.3 MPa，注浆量选用0.25，则该承台设计注浆量为54.83 m3。截止至2018年4月19日注浆完成，现场实际注浆量为55 m3。

(2)M443承台

2018年4月20日，在M443承台开始注浆试验，注浆压力选用0.4 MPa，注浆量选用0.3，则该承台设计注浆量为65.79 m3。截止至2018年4月21日注浆完成，现场实际注浆量为66 m3。

(3)N442承台

2018年4月24日，在N442承台开始注浆试验，注浆压力选用0.5 MPa，注浆量选用0.4，则该承台设计注浆量为87.72 m3。截止至2018年4月25日注浆完成，现场实际注浆量为88 m3。

6.2 桥梁基础变形监测

(1)注浆过程中承台变形监测

注浆过程对承台变形进行监测，其中M442～M444承台编号为CT-1～CT-3，N442～N443承台编号为CT-4～CT-5。监测内容包括纵向相邻基础相对沉降差(≤3 mm)、基础水平变位(≤3 mm)，监测频率为1次/h。具体监测结果见表3～表4。

表3 注浆过程中承台基础水平变位观测结果

表4 注浆过程中承台基础沉降观测结果

对监测数据进行分析，注浆加固过程中承台基础水平变位最大为1.8 mm(M442承台)，纵向相邻基础相对沉降差最大为M442与M443承台的-0.7 mm，变形值均在允许范围内。

(2)基坑开挖过程中承台变形监测

2018年4月27日至4月30日对承台注浆试验加固区域进行开挖，现场注浆效果见图3。

基坑开挖过程中对承台进行监测，监测内容包括纵向相邻基础相对沉降差(≤3 mm)、基础水平变位(≤3 mm)，监测频率为1次/3 h。具体监测结果见表5～表6。

图3 现场注浆

表5 基坑开挖过程中承台基础水平变位观测结果

表6 基坑开挖过程中承台基础沉降观测结果

对监测数据进行分析，基坑开挖过程中承台基础水平变位最大为-1.8 mm(N442承台)，纵向相邻基础相对沉降差最大为M443与M444承台的-2.4 mm，变形均在允许范围内。

6.3 试验结果分析与最优参数确定

通过对桥梁承台基础变形监测结果进行分析，上述3个注浆参数均满足桥梁变形要求；注浆加固后的地层开挖轮廓线清晰，没有明显超挖现象，表面土体稳定性良好，可见清晰的加固浆脉。综合经济要素，采用第一组注浆参数(注浆压力0.3 MPa，注浆量0.25)施工即可满足要求。

7 结束语

采用第一组注浆参数施工，后期共对新机场高速公路地下综合管廊2标邻近高速公路156个承台基础进行注浆加固，其水平变位及相对沉降差均满足要求，但在施工过程中有以下4点需重视:

(1)基坑开挖至注浆加固土体范围顶部时需预留至少1 m土体，避免在注浆时周围土体冒浆而无法达到设计注浆压力。

(2)注浆开始时要做好孔口封闭，防止孔口冒浆致使注浆压力不足，影响注浆加固效果。

(3)注浆过程一定要控制好注浆压力。注浆压力达到终压而注浆量未达到设计注浆量时应停止注浆，防止因注浆压力过大造成桥梁承台基础变形。

(4)注浆孔符合设计孔深，注浆压力未能达到终压而注浆量达到设计注浆量且无漏浆现象时亦可停止注浆。