既有公路桥下方隧道深基坑综合施工技术

邱永钦

（广州市第三市政工程有限公司 广州 510006）

0 引言

基坑工程主要包括基坑支护体系和土方开挖，是一项综合性很强的系统工程，基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性，保护相邻建（构）筑物和市政设施的安全是基坑工程施工的关键。特别是需在既有桥梁桩基间下穿通过的隧道施工，施工空间受限，且施工范围内存在既有桥的墩柱。在此有限空间作业条件下，不仅需要提高基坑工程的安全施工系数，而且必须采取有效措施防止施工车辆、挖机等机械设备碰撞桥梁墩柱和上部空心板等桥梁结构，保证既有桥梁的结构安全和正常运营［1］。

1 工程概况

广州某道路隧道西侧敞口段下穿运营中的广清高速公路（16+20+16）m 的三跨简支空心板桥，作业空间有限。现有路面距广清高速桥底高度为4.5 m。施工范围内有既有桥桩基础、墩柱、空心板梁等。

该道路隧道下穿广清高速敞口段基坑开挖深度约为2.9～6.6 m，开挖宽度约31.5 m，采用明挖法施工，围护结构采用φ800 mm@850 mm 钻孔灌注桩+五排双重管高压旋喷桩+内支撑方式，桩顶设置冠梁（冠梁尺寸为1 200 mm×800 mm），冠梁处设置一道600 mm×800 mm 的C30 混凝土支撑，横向与格构柱连成一体。基坑外侧采用两排φ60 cm 高压旋喷桩加固止水，咬合长度为20 cm，其中外侧两排为止水帷幕，长20 m，原则上进入不透水层1.0 m［2］。因敞口段砂层较厚，为确保钻孔桩施工质量，内侧设置三排13.0 m 长旋喷桩对土体进行加固［3］。

2 技术特点

通过自主研发在下穿桥梁基坑支护的基础上，与既有桥梁下部结构加固钢支撑及隧道底板以下加固土体形成一体化支撑支护施工［4］，对既有桥梁桩基周围土体采用低扰动加固，在施工空间受限的条件下采取对称开挖传递出土，施工过程安全可靠，提高施工效率，节约施工成本，保证既有桥梁结构安全。

3 适用范围

本技术适用于空间受限条件下的既有桥体加固、深基坑支护与土方开挖施工。特别是对于安全施工空间较狭小、要求最大限度保证既有桥梁结构和周边建（构）筑物安全的基坑工程效果尤为显著。

4 技术原理

4.1 桥下深基坑支护与加固后既有桥梁形成一体化支撑

桥下深基坑支护与加固后既有桥梁形成一体化支撑，确保既有桥梁施工期间正常运营。在下穿桥梁基坑支护的基础上与既有桥梁下部结构加固钢支撑、隧道底板以下加固土体形成一体化支撑施工技术，提高结构整体性和安全系数，如图1所示。

图1 既有桥梁下深基坑一体化支撑施工效果Fig.1 Construction Renderings of Integrated Support for Deep Foundation Pits under Existing Bridges

⑴隧道底板以下土体及桥台基础进行加固处理，提高土体的压缩性和承载力，减少地基不均匀沉降［5］。

底板以下土体主要采用高压旋喷桩分区分时段注浆加固，减小注浆对桩基影响。加固宽度为既有桥梁桩外2.0 m范围内，如图2所示。加固深度为隧道结构底板以下4.5 m。在加固过程中加强对桥梁的实时监测，并根据实际情况调整加固范围与加固深度。桥台基础及挡墙基底均采用袖阀管注浆加固［6］，加固深度为3.0 m，达到固化砂层的目的。

图2 既有桥桩桩基加固大样Fig.2 Existing Bridge Pile Foundation Reinforcement Large Sample （mm）

⑵对既有桥体进行加固。主要在桥墩盖梁和桥台上部盖梁之间、桥墩盖梁之间设置钢管支撑，抵消桥上部水平力［7］。钢管支撑端部设置Z型钢板挂件与垫块加固防止脱落，如图3所示。

图3 钢支撑挂件大样Fig.3 Large Sample of Steel Support Pendant

4.2 对既有桥梁桩基周围土体采用低扰动加固，做到无扰动施工

开挖前，先对既有桥梁高压旋喷桩加固处理，再沿两侧土体对称性进行格栅式加固，并严控施工顺序、桩底标高及注浆压力等重要指标，提高既有桥墩周边土体的固结、止水质量，减小对桥墩及桩基础的偏压影响，做到无扰动或低扰动施工，为基坑安全施工和既有桥梁安全运营创造条件。

4.3 在下穿桥底下施工空间受限条件下，采用对称开挖传递出土

隧道基坑土方采用对称开挖传递出土方式，一方面可平衡基坑开挖过程中左右线基坑的变形位移，减小偏压，将基坑开挖过程中对桥梁墩桥台的影响减少到最小；另一方面还可以在立体空间上形成多层次的施工工作面，施工布局更加合理，在保证施工安全和质量的前提下加快施工进度，同时减少基坑暴露时间，降低基坑安全风险［8］。

5 施工流程及操作要点

5.1 施工流程

具体施工工艺流程如图4所示。

图4 施工工艺流程Fig.4 Construction Process Flow Chart

5.2 施工操作要点

5.2.1 测量放线

按照施工图及相关施工规范、标准的要求进行现场的测量放线。

5.2.2 场地降土及平整

对桥梁下方的原地面进行降土，以满足施工机械的施工高度（施工机械应根据现场情况进行适当改装），并对场地进行平整压实。

5.2.3 土体加固施工

⑴隧道底板以下土体采用高压旋喷桩进行注浆加固，如图5所示。采用对称打桩的顺序，严格控制桩底标高、桩位、垂直度及注浆压力等指标，提高既有桥墩周边土体的固结、止水质量，并减小桥墩及桩基础的偏压影响，为基坑安全施工和桥梁安全运营创造条件［9］。

图5 高压旋喷桩加固大样Fig.5 Large Sample of High-pressure Jetting Pile Reinforcement （mm）

⑵为减小注浆对桩基的影响，桩基加固宜采用分区域分时段进行注浆加固，加固次序依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，如图6 所示，且加固时段应选择上部桥梁交通量小的时段进行施工［10］。

图6 高压旋喷桩加固顺序Fig.6 Reinforcing Sequence of High Pressure Jetting Pile

⑶施工时，严格控制旋喷注浆的压力，注浆压力大小控制在20～30 MPa。为减小对既有桥墩周围土体的扰动及避免在注浆过程中对桥墩及基础产生较大的侧压力，影响桥梁安全和正常运行，靠近既有桥墩基础的注浆压力采用较低值即20 MPa 控制，离桥墩基础较远的注浆压力可采用20～30 MPa。同时加强对施工过程中桥墩基础及周边土体位移变化的监测。

⑷对既有桥桩加固前，应做原位试验桩试验，确定设计的加固形式、加固范围满足要求后方能对桩基进行加固施工［11］。基坑开挖之前，应对加固后的土体进行土工试验，满足设计要求后方可进行基坑开挖施工。

5.2.4 桥台基底加固施工

⑴在围护桩施工前对桥梁桥台基础及挡墙基底采用袖阀管注浆。先对挡墙位置进行复核，注浆量、注浆半径、注浆压力等参数根据现场试验进行确定，同时施工过程中加强对桥台及挡墙位移变化的监测［12］，如图7所示。

图7 挡墙基底袖阀管注浆加固大样Fig.7 Large Sample of Grouting Reinforcement ofRetaining Wall Base Sleeve Valve Pipe （mm）

⑵袖阀管注浆参数如表1 所示，平面布置如图8所示。

表1 袖阀管注浆参数一览Tab.1 Sleeve Valve Grouting Parameter List

图8 袖阀管注浆平面布置示意图Fig.8 Schematic Diagram of Grouting Plane Layout of Sleeve Valve Pipe （mm）

5.2.5 既有桥体加固

⑴对既有桥体进行加固。主要在桥墩盖梁和桥台上部盖梁之间、桥墩盖梁之间设置钢管支撑，抵消桥上部水平力。钢管支撑端部设置Z 型钢板挂件与垫块加固防止脱落。

⑵钢支撑的钢管、钢板挂件均按照设计图纸委托加工，现场仅进行局部修整及安装，安装采用挖掘机配合人工辅助进行吊装。安装时，钢支撑端头各轴线要在同一平面上，钢支撑就位时，应缓慢放在钢板挂件上，不得有冲击现象。

5.2.6 基坑土方对称开挖传递出土

⑴基坑土方采用对称开挖传递出土方式，开挖方式采用纵向放坡后退式分层分段开挖，整个基坑分段进行开挖，由小里程向大里程方向后退开挖，每个开挖段均采用分层开挖，与支撑体系交替施工，直至开挖至基底以上30 cm 采用人工清底，具体分层开挖顺序如图9～图11 所示。清底后及时浇筑混凝土垫层，并进行主体结构施工。

图9 第一层土方开挖（第一道混凝土支撑以上土层）Fig.9 The First Layer of Earthwork Excavation（the Soil Layer above the First Concrete Support）

图10 第二层土方开挖纵断面顺序图（第一道至第二道支撑之间土方开挖）Fig.10 The Second Layer of Earth ExcavationLongitudinal Section Sequence Figure（Earth Excavation between the First and Second Supports）（m）

图11 第二层土方开挖横断面顺序（第一道至第二道支撑之间土方开挖）Fig.11 The Second Layer of Earth ExcavationCross-sectional Sequence Figure（Earth Excavation be⁃tween the First and Second Supports） （m）

⑵挖土前做好测量工作，取得基坑监测原始数据，观察毗邻建筑物是否有陈旧裂缝，邻近道路也相应做好变形、标高等记录。土方开挖遵循“时空效应”理论，严格按照“分段分层，分块对称开挖，边开挖边支护”的原则组织施工。

⑶因既有桥梁影响挖掘机施工，开挖时出土车直接进入基坑内进行开挖出土，由两边向中间形成三级阶梯，如图12 所示，后退式开挖，出土便道坡度小于15°，宽度保证车辆正常行驶（5 m左右），出土便道两侧土方需分层放坡，分层厚度不大于2 m，每层按1∶1.5～1∶2.0 放坡。坡道底端设有平台，以便挖土机械及出土车的依靠及回转，并设安全员进行安全指挥。边开挖边施做支撑，钢支撑处开挖到钢围檩以下1 m（施做钢围檩及其支架）。基坑内采用PC200挖掘机、PC120挖掘机配合基坑外侧伸缩臂挖机开挖出土并清底。

图12 土方开挖垂直运输示意图Fig.12 Schematic Diagram of Vertical Transportation of Earthwork Excavation

6 结语

经广州某道路隧道下穿广清高速敞口段基坑开挖施工实践后，得出以下结论。

⑴自主研发在下穿桥梁基坑支护的基础上与既有桥梁下部结构加固钢支撑及隧道底板以下加固土体形成一体化支撑施工技术，提高结构整体性和安全系数，确保既有桥梁施工期间安全正常运行。

⑵对既有高速桥梁桩基周围土体采用低扰动加固，尽量做到无扰动施工。隧道基坑土方开挖前，对桥桩进行高压旋喷桩加固处理，再沿两侧对称进行土体格栅式加固处理，并按设计要求严格控制施工顺序与桩底标高、桩位、垂直度及注浆压力等指标，提高高速桥墩周边土体的固结、止水质量，并减少打桩施工过程中对高速桥墩及桩基础的偏压影响。

⑶在下穿高速桥底施工空间受限条件下，采用对称开挖传递出土，平衡基础开挖过程中左右线基坑的变形位移，减少偏压，将基坑开挖过程中对高速桥墩桥台的影响减少到最小，取得良好的经济效益及社会效益，对类似深基坑的施工具有指导和借鉴意义。