大型地下空間內立交橋裸樁開挖回填技術*

孟 錦，駱發江，黎建寧，馬 沖，田 周

(中建三局集團有限公司，陜西 西安 710065)

0 引言

隨著經濟的發展，開發地下空間，鼓勵土地綜合利用，推動老城區地上、地下整體發展，已成為一種趨勢。然而在發展過程中往往伴隨一些問題，大型地下空間建設與已施工立交橋平面、立面上交叉等情況時有發生，在地下空間大斷面開挖時，基坑內存在橋墩樁基產生土體卸載、回填土體堆載、橋墩樁基裸露時雨雪天氣對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構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工程在立交橋處裸樁開挖、回填等施工為例，對立交橋裸樁施工保護工藝進行論述。

1 工程概況

西安市幸福林帶建設工程北起華清路，南至新興南路，東起幸福路，西至萬壽路，規劃長度為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(WS K0+000—WS K1+830)全長1 830m，區段范圍為西影路至共青團路北220m。

E3段西影路至建工路交通疏導線區段內，新興南路立交橋橋墩樁基與地下空間結構部分交叉，新興南路立交橋樁基深40～48m，橋墩承臺頂標高為429.927～431.537m，E3段地下空間開挖底標高為416.750m，故E3段新興南路立交橋下部區域土方開挖時，立交橋樁基隨土方開挖施工需外露約12m。

根據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段地下空間基坑內橋墩共16個，其中4樁橋墩4個、雙樁橋墩12個。立交橋橋墩樁基與地下空間平面位置關系如圖1所示。

圖1 立交橋橋墩樁基與地下空間平面位置關系

2 設計背景

新興南路立交橋與幸福林帶建設工程雖為同基坑施工，但在不同時間設計，由不同監理工程師監管、不同業主管理。通過與立交橋設計單位溝通可知，新興南路立交橋設計未考慮幸福林帶施工，后續幸福林帶施工需開挖土方外露樁基，導致立交橋設計摩擦樁摩擦力減小，不能滿足結構受力要求。通過多次與新興南路相關單位溝通，立交橋設計單位重新進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，通過加長樁長使樁基底部嵌入穩定巖層，以抵抗樁基外露減小的摩擦力，保持結構穩定。

3 土層特點

根據相關研究，樁周土受水浸濕后，樁側摩擦力大幅度減小。樁基本身將上部荷載傳遞至樁側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，樁孔周圍土性質并無改善。

根據地質勘察報告，本工程土質主要為濕陷性黃土，當樁周土產生自重濕陷時，樁側正摩擦力迅速轉變成負摩擦力，因此橋梁設計樁基穿過軟弱黃土層，以較堅實的黏土層作為樁端直接持力層。

進行樁周土開挖摩擦阻力分析時，根據開挖深度及土層特點，確認開挖層土質對樁側摩擦阻力未起到作用，全部開挖樁周土深度<13m時，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)樁基外側土方清理完成后，對橋墩樁基一圈采取掛網素噴支護措施，鋼筋網片規格為φ6.5@150，水平筋繞橋墩樁基一周，加強筋采用φ16@500搭接牢固，不可斷開。噴射混凝土強度等級為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，交替進行，橋墩樁基四周土方需對稱開挖，避免一側土體壓力過大，對橋墩樁基產生影響。

4.2 樁周土回填

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

1)設計方案 ①素土回填 素土回填易發生沉降、坍塌、透水現象，不能較好地保護橋墩樁基及周邊結構，壓實度難以保證，后期維修頻繁；②泡沫混凝土回填 橋墩樁基與地下空間結構采用剛性連接，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，振動允許間隙不能滿足要求，易導致橋梁或墻體受損，施工成本過高。

2)實施方案 1∶7水泥土回填可很好地保護地下空間防水層，消除回填土體濕陷性，壓實度易滿足要求。水泥土為柔性結構，可將橋梁上部荷載更好地傳遞下來，分散應力，保護結構。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、失水嚴重，則須進行灑水，并用小型夯機碾壓，然后進行水泥土施工，現場實測含水量控制在2%～3%，含水量大時翻開晾曬或摻入干土，含水量不足時及時灑水。

回填土施工工藝為：場地內垃圾、雜物清理及基底處理→測量放線→水泥土拌合→水泥土運輸、填土料鋪設→整平→灑水→壓實→養護。

現場用水泥土攪拌機拌料，嚴格按設計配合比1∶7摻料，拌合時現場施工人員要注意檢查拌合料是否均勻，有無水泥團或土團。用小型裝載機將水泥土倒入已測定的回填區，人工將填土大體推平。采用輕型機械夯實，按250mm/層虛鋪。采取自卸汽車取土運輸、三輪拖拉機轉運(不超過頂板允許荷載)、人工和機械回填夯實施工。優先采用基坑中挖出的黏土、粉質黏土或塑性指數>7的黏質粉土，不得含有機雜物，嚴禁采用凍土、膨脹土、鹽漬土；應先過篩后使用，其顆粒粒徑≤15mm，含水率應符合規定。采用P·O42.5水泥。

經過現場試驗，并經設計方、監理方同意。采用1∶7水泥土在質量、成本及結構安全上有明顯優勢，施工效果更好。

5 施工監控測量

為確保施工期間橋墩樁基周圍環境及橋墩自身結構安全，由專職人員組成監控量測組，負責測點設置、日常量測和數據處理、信息反饋工作，進行信息化施工，確保工程施工安全。

1)監測項目 橋墩樁基沉降、橋墩樁基位移、素噴支護觀察。

2)測點布置和監測精度 每個樁基沿橋墩側面設置1組沉降及位移監測點。

根據DBJ61/T 132—2017《濕陷性黃土地區變形監測規范》要求，基坑土方開挖前進行首次觀測取得初始值，開挖期間每開挖1層觀測應≥1次，觀測間隔應≥4d；基坑開挖完成第1個月內每周觀測2次；第2個月至基坑回填完成，觀測間隔應≤7d；出現險情時，應24h不間斷監測。

為保證監測結果、加快信息反饋速度，全部監測數據均由計算機管理，繪制位移隨時間或空間的變化曲線。將量測情況及時報告駐地監理、設計單位。橋墩開挖、回填過程監測曲線如圖3所示。

圖3 橋墩開挖、回填過程監測曲線

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,未超過預警值；沉降位移變化速率最大為2.2mm/d,未超過預警值。其他各監測點數據正常，均未超過預警值。

建立一種能較好反映監測數據變化規律和趨勢的函數關系式，對下一階段的監測物理量進行預測，如預測最終位移值，預測結構物安全性，并據此確定工程技術措施等。因此，對于每個測點的監測結果，要根據管理基準和位移變化速率等綜合判斷結構和建筑物的安全狀況，并編寫周、月匯總報表，及時反饋指導施工，調整施工參數，達到安全、快速、高效的施工目的。

6 安全、質量保證措施

6.1 土方開挖施工防護措施

1)所有施工機械按規定進場并經有關部門組織驗收確認合格，保存記錄。

2)機械挖土與人工挖土配合操作時，人員不得進入挖土機作業半徑內，挖土機停止作業后，人員方可進行人工清理、找平等作業。

3)挖土機作業位置的土質及支護條件須滿足機械作業的荷載要求，且應預留機械旋轉的工作面。

4)挖土機駕駛員屬特種作業人員，應經專門培訓考試合格，取得操作證。

5)上層噴射混凝土面層達到設計強度的70%后方可開挖下層及進行下層支護結構施工。

6)土方需分層開挖、分層支護，每層開挖深度≤2m，橋墩樁基四周土方需對稱開挖，避免一側土體壓力過大，對橋墩樁基產生影響。

6.2 主體結構施工防護措施

1)樁基處結構施工時，禁止斜撐及其他扣件頂在樁基上，對樁基產生水平荷載。

2)樁基處結構施工，使用起重機等起重機械時，提前對作業人員進行安全教育及技術交底，并指派專人看管作業，禁止吊物觸碰樁基。

6.3 混凝土工程質量保證措施

噴射混凝土應進行抗壓強度試驗，試塊數量為每500m2或每一工作日取2組，每組試塊≥3個，采用直接噴射混凝土為標準混凝土試塊的方法制作。

噴射混凝土厚度可采用鉆孔檢測，檢測數量為每500m2取1組，每組≥3個點，其合格條件為：全部檢測孔處厚度平均值大于設計值，最小厚度不小于設計厚度的80%。

6.4 土方施工質量保證措施

1)挖掘機駕駛員要按所放灰線開挖，測量員要保證隨挖隨測，避免超挖、錯挖。

2)挖土過程中機械嚴禁碰撞立交橋樁基、支護樁等結構，施工時現場要派專人指揮及看護，對樁基施工要重點保護，采用機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，避免對橋墩樁基造成破壞。

4)回填土原材料須檢驗合格，現場施工時在最佳含水率附近；分層攤鋪、分層碾壓。

7 結語

本工程大型地下空間內立交橋裸樁開挖、回填保護施工工藝，基于施工監測結果與施工經驗得出，該施工技術工藝成熟、安全系數高、質量有保證、工期大幅度縮短，可為類似地下空間基坑內橋梁裸樁的開挖、回填工程施工提供借鑒。