城區橋梁錨碇施工工藝探究

李師年 黃忠滿

(中交二航局第五工程分公司 武漢 430012)

1 工程概況

龐公大橋位于襄陽市區，連接樊城與襄城，橫跨漢江。根據現場地形及道路現狀，樊城側錨碇采用分離式重力式結構，布置于炮鋪街兩側，基礎中心距51.813 m。錨碇基礎采用外徑35 m，壁厚1.0 m的圓形地下連續墻加環形鋼筋混凝土內襯支護結構。錨碇基礎由地連墻、帽梁、內襯、底板及填芯混凝土組成。地連墻底部標高+18.0 m，進入不透水的粉質黏土層，實際成槽深度50 m[1]。槽段施工完成后，采用逆作法施工，分層開挖土體、分層施工內襯。錨碇基礎置于圓礫土層，基礎底面高程為+48.0 m，基礎頂面高程為+67.0 m。錨碇結構示意見圖1。

圖1 錨碇結構示意圖(單位：mm)

樊城側錨碇基礎范圍內地勢復雜、位于漢江大道與炮鋪街丁字路口兩側、毗鄰建筑物、距離漢江近，原始地貌為漢江I級階地，場地地層除表層分布有填土(Qml)外，上部土層為第四系全新統沖洪積成因一般黏性土(Q4al+pl)，中部土層為第四系上更新統沖積成因圓礫、細砂及黏性土(Q3al)，下部為第四系中更新統黏性土(Q2al)，底部基巖為新近系(N)鈣質泥巖。圓形地連墻半徑小、深度深，成槽及開挖難度大。樊城側錨碇實景見圖2。

圖2 樊城側錨碇實景圖

2 地下連續墻成槽施工要點

2.1 成槽方案的優化確定

樊城側左幅錨碇地連墻距離高層建筑物僅13 m，受征地拆遷的影響，取消了止水帷幕的施工(止水帷幕距離建筑物約6 m)。為保證基坑開挖地下連續墻不滲漏和錨碇周圍土體不沉降，地連墻需深入或穿過不透水層，現場根據地連墻槽段劃分，進行逐槽段地質勘察。逐槽段補勘探明施工區域的地質情況，確定各槽段的終孔標高。因此，根據地質情況將地連墻的成槽工藝由銑槽機變更為液壓抓斗，硬度較高的鈣質砂巖層使用沖擊鉆配合施工，加快了成槽效率。

工程中使用的主要成槽設備為金泰SG60B液壓抓斗，根據項目實際成槽記錄，液壓抓斗不同地質平均進尺統計表見表1。

表1 液壓抓斗不同地質平均進尺統計表

針對硬度較大的鈣質膠結層，采用JK4型沖擊鉆配合液壓抓斗成槽工藝[2]，平均進尺由0.2 m/h提升至0.6 m/h，彌補了液壓抓斗在鈣質膠結層進尺速率的不足，成槽時間縮短約12 h。

2.2 成槽工藝

圓形地連墻每個槽段長5.83 m，采用三抓成槽，以直代曲工藝，即先抓兩邊單元，再抓中間單元的方式。

槽孔開孔時，上部淤泥質土層承載力低，含水率較高，極易發生塌孔現象，在槽孔內外側進行2圈水泥攪拌樁施工，攪拌樁穿過淤泥質土層2 m，每根樁咬合10 cm，樁徑400 mm，淤泥質土層槽壁加固見圖3。

圖3 淤泥質土層槽壁加固圖

抓槽過程中，遇堅硬的鈣質膠結層，采用沖擊鉆機沖砸，然后抓斗抓取的方法。經沖擊鉆沖砸后，鈣質膠結層已經被沖擊成散塊，更適合液壓抓斗施工，且其施工速率也增加。沖擊鉆使用前、后液壓抓斗鉆渣比對見圖4。

圖4 沖擊鉆使用前、后液壓抓斗鉆渣比對圖

成槽精度由機載傾斜計和TS-K100QC超聲成孔成槽檢測儀控制，孔斜率不大于2.5‰，且相鄰兩槽段中心線在任一深度的偏差均不大于60 mm[3]。超聲波檢槽見圖5。

圖5 超聲波檢槽圖

2.3 固壁泥漿的優化

槽孔中部為深度超過20 m的卵礫層，抓槽過程中易塌孔且該層的含沙量較大，黏粒和砂粒混入泥漿后，難以凈化，泥漿的密度和含沙量急劇增加，影響抓槽作業，需大量棄漿。解決的方法：①研制了一套泥漿回收、再生處理和循環使用的流程。泥漿回收、再生處理和循環使用的流程見圖6；②對泥漿配比進行調整優化，每1 t膨潤土造漿10～12 m3，適量添加CMC等外加劑；③采用清孔換漿的新方法，終孔驗收合格后先用泥漿分離器清孔(泥漿分離器清孔見圖7)，在清理廢渣的同時向槽內添加少量新制泥漿和CMC外加劑，將槽內漿液調至清孔換漿合格標準。混凝土澆筑前泥漿控制指標見表2。

圖6 泥漿回收、再生處理和循環使用的流程圖

圖7 泥漿分離器清孔圖

表2 混凝土澆筑前泥漿控制標準指標表

上述方法不僅提高了成槽效率和質量，泥漿用量也比計劃量大為減少，同時也相應節約了制漿及廢漿處理的費用。泥漿的回收再生利用減少了對環境的污染，在城市施工中意義重大。

2.4 墻段連接

地連墻墻段連接采用工字鋼接頭法[4]。即首開幅兩側均設工字鋼接頭，連接幅單側設工字鋼接頭，閉合幅不設工字鋼接頭。工字鋼接頭示意見圖8。

圖8 工字鋼接頭示意圖

為防止地連墻混凝土澆筑時發生繞流現象，造成相鄰槽段開挖困難，可采用如下解決方法 。①在工字鋼后設置3 mm白鐵皮作為防繞流板(防繞流鐵皮實物見圖9)；②在I期槽段造孔成槽時，在兩側接頭部位超挖45 cm的部位填裝沙袋并采用方錘夯擊密實，作為防繞流措施。

圖9 防繞流鐵皮實物圖

II期槽端孔施工時，抓斗斗體緊貼工字鋼接頭，將回填的砂袋清除；成槽后，在抓斗斗體上安裝30 cm長特制鋼絲刷子(鋼絲刷實物見圖10)，將I期槽工字鋼接頭內的雜物、泥皮等刷洗干凈。

地連墻建成后，基坑開挖施工內襯時，對高近20 m的地連墻體進行了直觀檢查，墻段間的接縫連接完好，泥皮很薄，無貫穿性泥砂夾層。工字鋼接頭施工效果見圖11。

圖11 工字鋼接頭施工效果圖

3 錨碇基坑開挖施工要點

3.1 抽水試驗

基坑開挖前進行抽水試驗檢驗地連墻封水性能，當地連墻封水達到要求后進行基坑開挖。錨碇基坑共布置降水井8口，深度為29 m，基坑開挖深度19.5 m，地下水位需降至深埋20 m。錨碇左、右幅基坑各選1個觀測井，安裝自動監測水位儀，其余6口井安裝額定抽水量為10 m3/h的水泵，抽水試驗數據見表3。

表3 抽水試驗數據一覽表

由表3可見，停抽24 h后水位僅上升0.1～0.17 m，回升極其緩慢，地連墻的止水效果較好。因混凝土地連墻質量良好，在取消了外圍擋水帷幕施工的情況下，墻底高壓注漿和接縫高噴注漿也未進行施工。地連墻底部進入含水層下部的粉質黏土層，實際上隔斷了含水層坑內、外水力聯系，現場實現了基坑開挖干施工的目標。錨碇基坑開挖實況見圖12。

圖12 錨碇基坑開挖實況圖

3.2 基坑開挖施工工藝

基坑開挖主要分為基坑的取土及內襯施工兩部分，土體的開挖采用島式法施工，先對稱開挖坑內周邊土體，后開挖中間土體；內襯采用逆作法施工，即開挖一層土體施工一層內襯，當同一層內襯混凝土強度達到80%后開挖下一層土體，分7層進行開挖。基坑開挖過程中對地連墻、基坑、周邊土體、建造物進行監控，確保施工安全。

3.3 內襯施工

圓形地連墻內襯壁為從上到下不等厚的鋼筋混凝土環形結構，內襯施工前，人工用風鎬對地連墻鑿毛，并對上段內襯底面進行清理，以保證地連墻與內襯及內襯上、下段間的較好連接，鑿除時注意加強對預埋接駁器進行保護。

內襯與地連墻鋼筋采用預埋在墻體內的接駁器連接，內襯上、下段間豎向鋼筋連接采用直螺紋機械接頭，環向鋼筋采用搭接或機械接頭連接并按規范要求將接頭錯開布置。

內襯混凝土配制時必須緩凝、早強，要求3 d內須達80%設計強度，以保證施工進度。每側基坑內襯混凝土分6段進行施工，每段澆注長度均在18 m以內，內襯上下層接縫錯開2 m。

3.4 基坑監控

在基坑的施工中嚴格執行信息化施工管理。每一層內襯的開挖，由監控技術人員根據監測信息并結合基坑結構受力、封水等情況進行系統分析后，出具監控指令，確認是否滿足下一層開挖的要求。

3.4.1地連墻的水平位移和測斜

地連墻的水平位移是指墻身每一豎向截面上不同深度的變形，通過測斜來計算地連墻的水平位移。單側錨碇預先在地連墻鋼筋籠內埋置4組測斜管，采用JMQJ-7140Y測斜探頭監測數據[5]，當傾斜產生的累計水平位移大于50 mm、連續2 d傾斜產生的水平位移均大于3 mm時發出預警。

3.4.2地連墻帽梁的監測

帽梁的水平與豎向位移能有效地反映地連墻整體的沉降和變形，因此在帽梁上設置觀測點測量帽梁的變形與沉降。帽梁的沉降采用水準測量進行監測，單個錨碇8個槽段的帽梁上布置沉降觀測點，帽梁沉降預警值為10 mm。本項目施工中帽梁沉降最大值為6 mm。出現在左幅錨碇第三層內襯開挖，靠建筑物一側。

3.4.3地下水位監測

在基坑開挖過程中，為防止地連墻滲水從而保持基坑內相對干燥，需對地下水位進行監測。地連墻地下水位的監測采用鉆孔埋設水位管的方式進行監測。坑內水位管在基坑中央設置1根，埋深與降水井深度相同，坑外水位管沿基坑周邊距地連墻約8 m處均勻布設8根。水位觀測井深度應在最低設計水位或最低允許地下水位之下3～5 m。

3.4.4地連墻應力監測

由于地下連續墻不同位置所受到的地基土壓力不同，地連墻各截面所受到的軸力和彎矩也不相同。在錨碇地連墻周圍布置環力和豎向應力傳感器，對連續墻的受力狀態進行監測和分析。單側錨碇在地連墻周圍均勻分布4個測點，測點位置與測斜管一一對應。應變計選用JMZX-215HA智能弦式應變傳感器，數據采集選用JMZX-7000智能型多功能檢測儀。經檢測，左幅內襯第三層開挖時，在帽梁底面以下20 m處豎向內側出現最大拉應力為0.44 MPa，是設計強度的34%，支護應力狀態處于安全水平[6-7]。

4 結語

開展深基坑工程施工在城市中會面臨施工擾民、施工場地狹小、地質條件和周圍環境復雜等諸多干擾因素，必須通過大量的工程實踐信息來檢驗、修正和優化，以提高深基坑的安全性。襄陽龐公大橋懸索橋錨碇施工技術在沖擊鉆配合液壓抓斗成槽施工技術、不良地質及槽段接頭的處理、清孔換漿方法優化、基坑開挖信息化監控等方面取得理想的效果。

1) 針對橋位地質條件特點，開發一整套沖擊鉆配合液壓抓斗地下連續墻成槽標準施工工藝；

2) 提高小直徑錨碇地下連續墻在含有鈣質膠結層的小直徑卵石層地質情況下使用沖擊鉆配合液壓抓斗施工的成槽效率，其效率提高了50%；

3) 對不良地質處理、槽段接頭處理、清孔換漿方法等施工技術創新優化，提高了成槽效率和質量，同時也取得了高水位、臨江地區50 m、臨高層建筑物13 m、無坑外擋水帷幕條件下深基坑周邊無沉降的良好效果；

4) 深入研究城區毗鄰建筑物深基坑開挖監測技術，及時對基坑施工提出有效的指導意見，保證了基坑的安全施工。