浅析大沙河连续梁临近既有线深基坑支护施工工艺

孙彬

摘要：随着我国高速铁路的飞速发展，深基坑随处可见。基坑支护设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、基坑开挖深度、降排水条件、基坑周边荷载，应做到因地制宜、严格监控。本文结合沈阳至丹东高速铁路客运专线大沙河特大桥（40+64+64+40）m悬臂浇筑连续梁17#主墩承台深基坑临近既有线的特点，介绍了临近道路与既有线的深基坑施工工艺及应用，通过采用钻孔灌注桩围堰的结构设计，解决了因工程场地狭小，周边环境复杂、基坑深的难题，以达到加快工程进度，缩短工期，降低造价，符合绿色发展、降本增效的主题。

关键词：高速铁路；临近既有线；深基坑；支护施工

中图分类号：U238文献标识码： A

1工程概况

图1 大沙河连续梁17#墩深基坑

1.1工程概述

沈丹铁路客运专线正线数目为双线，设计时速250km/h，CRTSⅢ型无砟轨道。大沙河连续梁设计为一联四跨式(40+64+64+40)m预应力混凝土连续梁，同时跨越既有沈丹铁路线和老丹汤公路。该连续梁主墩编号为16#墩、17#墩和18#墩，其中17#墩位于既有铁路线和公路之间，承台平面尺寸为14.6×14.6m，基坑的平面尺寸为17×17m。17#墩距离既有铁路和公路较近，并且基坑开挖深度8.6米，属深基坑。

1.2工程勘察

16#、17#墩分别位于既有铁路线两侧，墩位所处的土质主要为粗圆砾土（厚度3.5~5.5米）、风化等级W4的花岗岩、风化等级W3花岗岩、风化等级W2的花岗岩。最大冻结深度为0.88米。

本文主要以该连续梁17#主墩基坑支护为例浅析临近既有线深基坑支护施工工艺。

1.3工程重点、难点

17#承台边线与铁轨最小净距为12.3m，基坑边线与铁轨最小净距为10.63m，详见图2。在基坑开挖和桥墩施工期间，必须保证路基稳定和行车安全，因此对基坑的开挖和支护要求很高。

图2 基坑与线路关系图

地下水类型为第四系空隙潜水及基岩裂隙水，地下水埋深1.8～6.0m(高程41.26～54.76m)，承台基坑开挖深度8.6m。在基坑开挖过程中应防止地下水渗流，保证既有线路基稳定和既有线行车安全，因此对基坑的开挖和支护要求很高。

针对以上情况，在基坑围护设计和施工时，必须考虑支护墙体背后产生的土压力、动荷载等使基坑变形导致路面及铁路线位移所造成的后果。

2支护方案确定

由于17#墩位于既有线和公路之间，场地不具备放坡条件，地下水埋深1.8~6.0m，因此基坑的支护除要求挡土外，还要挡水。

根据本工程水文条件、现场地形情况及基坑开挖深度本工程基坑支护采用止水帷幕和钻孔灌注桩组合挡土壁的设计方案。由灌注桩挡土护坡，止水帷幕挡水。计算时土压力和水压力完全由灌注桩承担，止水帷幕的作用计算时不考虑，用作安全储备。桩顶用钢筋混凝土冠梁连接。

2.1基坑围护灌注桩

基坑围护结构采用16mφ1000mm的钻孔灌注桩挡土，钻孔桩按一字沿基坑四周分布，桩与桩之间的间距为1.2m。钻孔桩中心离承台外边线距离为1.7m，桩与承台间净尺寸为1.2m作为承台施工的操作面空间。

2.2基坑止水帷幕

基坑止水帷幕采用12mφ400mm的水泥搅拌桩止水，搅拌桩按一字型沿基坑四周满布，搅拌桩之间的间距为300mm，桩与桩之间相互咬合，形成一圈封闭的止水帷幕，达到基坑四周侧壁不渗水的条件。搅拌桩桩中心与钻孔灌注桩桩中心距离为1.5m，使搅拌桩与钻孔桩能同时起维护结构的作用。

图3 基坑支护平面图

图4 基坑支护侧面图

2.3钢筋混凝土冠梁

为了控制基坑顶部的水平位移，在桩顶设冠梁连接。冠梁截面尺寸为1.0×0.8m，(宽度为1.0m，高度为0.8m)。冠梁在高度方向配8根Φ16钢筋，在宽度方向配3根Φ16钢筋，箍筋采用φ10@200mm(4支箍)。冠梁沿基坑四周一圈满布，冠梁的顶标高比现有自然地坪高出30cm，钻孔桩顶露出1m的纵筋锚入冠梁中。

图5 冠梁配筋图

2.4基坑封底

基坑封底是确保基坑安全的一个重要环节，不可小视，必须及时、迅速。17#墩基坑封底采用10cm级配碎石垫层和70cm厚C30混凝土。

2.5沉降及位移观测设置

在基坑周围土体、钻孔桩围护结构、既有铁路线路基及铁轨、公路路基及路面上设置沉降及位移观测点。以此对基坑施工的整个过程进行跟踪，做好变形及沉降监测工作，及时反应基坑施工中所造成的任何影响。

图6 观测点布置图

3施工工艺流程

3.1钻孔灌注桩施工方法

3.1.1工程测量

根据桩位控制轴线，基准点按设计图所示尺寸逐一放桩位，桩位之间尺寸应仔细复核以防出错。

3.1.2护筒埋设

根据桩位的定点，做好护筒埋设，护筒采用内径为Φ1300mm～Φ1350mm，护筒埋设应埋入原土50cm，护筒中心线与桩位中心线的允许偏差≤20mm，护筒埋设应垂直四周回填密实。

3.1.3成孔施工

根据不同的地质特点，合理控制钻进参数（钻压、钻进速度要求），成孔过程中，泥浆循环沟应经常疏通，泥浆池应定期清理废浆及时外运。

3.1.4清孔

清孔采用换浆清孔(二次清孔)。

3.1.5钢筋笼制作

钢筋笼采用分节制作，并预留一定搭接长度。

表1 钢筋笼制作标准

为控制保护层厚度，在钢筋笼主筋上，每隔3米设置一道定位块，沿钢筋笼周围对称布置4只。在焊接过程中应及时清渣。钢筋笼主筋联接按设计要求进行，主筋接头间距≥35d，在同一截面上接头不大于50％。

表2 焊缝要求

3.1.6钢筋笼安放

钢筋笼分节形成，必须由钢筋工班长自检，安放前会同监理进行验收，并当场进行隐蔽工程验收签证，未经验收的钢筋笼不得下放。钢筋笼堆放场地应平整，堆放层数不得超过二层，并分别挂牌做好标志。为保证钢筋笼的标高，由测量工测定钻机平面标高，由施工员测定焊接吊筋长度。

表3 钢筋笼吊放后允许的偏差

3.1.7水下混凝土施工

施工采用工区拌合站自行生产的混凝土，坍落度应控制在190±30mm。本工程使用Φ250mm导管浇筑水下混凝土，导管接头无漏水，密封圈完好无损。混凝土浇筑前安放好隔水塞和漏斗，导管底口离孔底30～50cm，待灌满混凝土，剪断悬挂混凝土隔水塞的铁丝，漏斗中的混凝土开始灌下时，立刻向漏斗中继续输送混凝土，以确保混凝土浇灌的连续性，从而保证第一灌混凝土的浇灌量。始灌时间与完孔时间间隔≤24小时，与二次清孔验收时间间隔≤0.5小时。混凝土开浇时，初灌量满足规范要求。浇灌混凝土过程中，导管埋入混凝土深度必须保持在2-6m之间，严禁将导管提出混凝土面或埋入过深，测量混凝土面上升高度由班长负责。混凝土应连续浇注，完桩浇注时间≤8小时。混凝土浇灌过程中，导管埋入混凝土深度保持在3～10m，一般尽量控制2～6m，最小埋入深度不得小于2m。导管应勤提勤拆，一次提管宜控制在3m左右，并应控制混凝土液面上开高度，一般浇灌一车混凝土检测2次左右，如遇异样，应勤测深度。混凝土浇注前应使泥浆池留存足够的贮浆量，并能及时外运，以保证混凝土能连续浇灌并防止泥浆外溢。

工程开工前由工程部对项目体施工员以上人员进行技术交底，明确每道工序质量要求和质量标准，以及可能发生的质量事故预防措施，然后由施工员向全体施工人员进行第二次施工交底。

3.2双轴搅拌桩止水帷幕施工步骤

搅拌桩施工施工前，应进行成桩工艺及水泥掺入量或水泥浆的配合比试验，以确定相应的水泥掺入比或水泥浆水灰比。施工时严格按设计要求和规范规定施工。

图7 施工程序框图

图8 施工工艺流程图

3.2.1就位对中

移动双轴搅拌机到达指定桩位、对中，对中误差不大于2cm，搅拌轴达到设计深度后，再将双轴搅拌机边搅拌边提升，垂直度偏差不大于0.5%L。

3.2.2预搅下沉

待双轴搅拌机的冷却水循环正常后，启动双轴搅拌机，使双轴搅拌机沿导向架搅拌下沉，下沉速度由电气控制装置的电流监测表控制，工作电流不大于额定电流，如果下沉速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。

3.2.3制备水泥浆

双轴搅拌机预搅下沉的同时，后台按设计确定配合比拌制水泥浆液，搅拌桩采用P.S.A32.5矿渣硅酸盐水泥，掺量为95kg/m，水灰比为0.55，每次投料后拌合时间不得少于3min，待压浆前将浆液倒入集料斗中。

3.2.4喷浆、搅拌、提升

双轴搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵，待浆液到达喷浆口，严格按设计确定的提升速度边喷浆边提升双轴搅拌机。

3.2.5重复搅拌

双轴搅拌机喷浆提升至设计顶面标高时，关闭灰浆泵，集料斗中的浆液正好排空，为使软土和浆液搅拌均匀，再次将双轴搅拌机边搅拌边下沉，至出地面。

3.2.6清洗机具、管路

向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。

3.2.7移位

重复上述步骤进行下一根桩的施工。

4基坑施工变形监测

4.1监测的主要目的

在基坑的施工过程中跟踪整个施工活动的进展，对基坑周围地层位移和既有铁路线以及公路等保护对象的变形及沉降进行监测，所取得数据与计算预测值进行比较，能可靠的反应基坑施工中所造成的影响，较准确的以量的形式反应这种影响的程度。

4.2监测主要对象

基坑周围土体的位移及沉降；钻孔桩围护结构的位移及沉降；既有铁路线路基的位移及沉降；既有铁路线铁轨的位移及沉降；公路路基的位移及沉降；公路路面的位移及沉降。

4.3测点布置

基坑观测点应布设在全面反映基坑变形特征及附近既有线变形特征的地方，根据这一原则方案制定的测点布置计划如下：

在现场布设3个平面基准点和3个水准基准点。布设位置根据现场实际情况而定。布设位置应考虑在建筑物变形区外、不受施工破坏的稳固地方。优先考虑利用设计单位提供的基准控制点。

在钻孔桩围护结构上设置8个测点，分别设置在4个角桩顶部冠梁上和基坑4个边冠梁的中点位置；在既有铁路线路肩上靠近基坑20m范围内设置5个测点，测点按5m的间距均匀布置；在既有铁路线铁轨上布置6个测点(左轨面3个，右轨面3个)，分别位于离基坑最近的区域，按间距5m均匀布置；在公路现有路基边线上布置5个测点，测点按5m间距均匀布置；在公路现有路面上布置5个测点，测点按5m间距均匀布置。

4.4监测方法

自基坑开挖始测第一次，土方每整体下挖一层观测至少一次，开挖完成后4天内，每天均进行变形观测，如情况正常后，每4天观测一次。发现异常，应加密观测周期。观测的结果应如实记录于监测记录表中，并及时进行位移及沉降的数据分析，根据分析的结果对现场的施工过程进行及时的调整。

5基坑回填

混凝土达到设计强度60％后，可放松承台模板的对拉丝杆，然后拆除模板。拆模过程中严禁对承台表面造成损坏。待模板拆除完成后应立即对基坑进行回填。回填材料使用基坑挖出的原土并夯实。余土外运至指定地点。

6结束语

采用钻孔灌注桩及止水帷幕进行基坑支护，在施工过程中，对施工的地质情况、施工情况等信息要实行动态监测。

基坑开挖时未出现向基坑内流砂、漏水等现象，表明用双轴水泥土搅拌机插花套接止水帷幕施工方法大大提高了支护的挡水效果。

在基坑开挖和基础施工过程中，没有对既有铁路和公路造成任何影响，所有变形在受控范围内，证明采取灌注桩加止水帷幕基坑支护施工方法能有效的保证深基坑施工和基坑周围的稳定及安全。

参考文献：

【1】《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)

【2】《铁路工程桩基无损检验规程》（TB10218-99）

【3】《铁路营业线施工安全管理办法》铁道部 [2008]190号文件

【4】《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424-2010）

【5】《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GBJ 50202-2002)

【6】《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB 50204-2002)

【7】《地下工程防水技术规范》(GB 50108-2008)

【8】现场踏勘调查所获得的工程地质、水文地质、当地资源、交通状况及施工环境等调查资料