临近高速桥梁超深基坑施工安全技术研究

杨焕起

摘 要：阐述在临近高速桥墩进行超大超深工作井施工时，通过超深工作井地下连续墙施工、基坑开挖及内衬施工、施工监测等一系列控制措施，在安全快速完成超深工作井结构施工的条件下，将高速桥梁的沉降与倾斜变形控制在设计允许范围内，以确保既有建筑物的安全。

关键词：超深工作井;近接高速桥梁;安全控制措施

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）34-0-04

Construction of Ultra-Deep Foundation Pit of Adjacent High-Speed Bridge is Safe

YANG Huanqi

（Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.， Changsha Hunan 410004）

Abstract： The paper work in the near the bridge pier for super ultra deep well construction， work from the ultra deep Wells of the underground continuous wall construction， the excavation and lining construction， construction monitoring and a series of control measures， rapidly completed the ultra deep Wells in the security under the condition of the structure of the construction， the settlement of highway bridge and the tilting deformation control in the range of allowable design， ensure the safety of adjacent buildings.

Keywords： ultra-deep working wells;close access to high-speed bridges;safety control measures

城市在建设过程中由于地面建筑物的快速扩张与地下工程规划的相对滞后，往往会导致后续的地下空间开发相对应的工程与既有建构筑物的净距越来越近。如何在保障既有建构筑物安全的情况下加快地下空间的开发是当前地下工程建设的难点。针对珠江三角洲水资源配置工程土建施工LG08#工作井超深工作竖井，在临近高速桥墩条件下，通过采取一系列精细化控制措施，在确保高速桥梁桥墩安全前提下实现工作竖井的快速施工。

1 研究背景

1.1 工程概况

珠江三角洲水资源配置工程LG08#工作井位于广东省佛山市顺德区广进汽车城内，工作井外径35.9 m，内径 30.5 m，开挖深度64.5 m。基坑开挖采用地下连续墙垂直支护，连续墙墙厚1.2 m。LG08#工作井北侧为G1508广州绕城高速顺德高架桥，与高架桥墩最小距离为19.3 m，G1508广州绕城高速顺德高架桥梁总长为2 535.1 m。桥梁分左右两幅，路线为整幅断面总宽度 33.5 m，半幅结构的基本宽度为16.5 m，全线等宽。LG08#工作井临近左幅52#墩，高架桥上部结构为小箱梁，跨径为25 m，桥墩为板式墩，桩基与桥墩之间为6.3 m×2.5 m×2.3 m的承台，承台下为两根直径1.5 m的钻孔灌注桩，桩间距为3.8 m，桩长分别为43.72 m和43.63 m，均为嵌岩桩设计。其相对关系见图1。

1.2 工程难点

本工程工作竖井开挖深度为64.5 m，高速桥桥墩及其下部桩基结构位于工作竖井基坑开挖深度影响范围。伴随着工作竖井基坑开挖深度加大，地下水位发生变化，围护结构受力增大后变形加剧，从而导致地表沉降增加[1]，致使高速桥墩及下部桩基础结构向工作竖井侧发生测斜倾斜。如何保证地下水位超深工作竖井在开挖过程中相对稳定，不因土体大量失水导致地表及周边建构筑物发生沉降是本工程的难点。

2 工作井施工对桥墩影响模型分析

2.1 计算假定

①假定各层土体均为各向同性;②土体的初始应力场只计算自重应力，不考虑温度和构造应力的影响;③假定高架桥桥桩结构为线弹性材料;④假定高架桥桥桩及土体之间符合变形协调原则;⑤采用施工步来模拟整个施工过程，考虑施工过程中空间位移的变化，不考虑时间效应。

2.2 参数选择

表1为土的物理力学参数取值，表2为结构材料参数取值。

2.3 施工模型

考虑到施工过程中的空间效应以及桩基的尺寸，取长239 m、宽240 m、总厚度150 m的土体作为考察。计算模型中土体采用实体单元，不同的土层采用不同的材料模拟，土体本构关系采用修正Mohr-Coulomb 屈服准则，土层、地连墙、桥梁承台、桥墩均采用实体单元，内衬墙采用板单元，桩基采用梁单元加接触模拟。边界条件选取除顶面取为自由边界外，其他面均采取法向约束[2]。图2为工作井三维有限元模型，图3为基坑开挖完成后桥梁承台与桥墩的横、竖向位移云图，图4为基坑开挖完成后桥梁桩基的横、竖向位移云图。

计算荷载考虑两个方面：①高架桥结构自重+车辆荷载;②土体自重。

采用三维有限元程序计算分析基坑开挖对临近桥梁桩基的影响。根据有限元模拟结果得到以下结论：基坑开挖后桥梁桥墩的横向位移最大为0.89 mm，引起桥墩最大竖向位移为-1.76 mm;桩基顶最大橫向位移为

0.6 mm，最大竖向沉降-1.6 mm。根据有限元模拟结果，基坑开挖过程引起的高速桥梁的沉降和水平位移均小于监测预警值3 mm，其影响在可控范围内[3]。

3 工作井围护结构施工控制措施

3.1 地连墙分幅设计

LG08#工作井围护结构设计为1.2 m厚地下连续墙，设计共24幅，其中一序、二序地连墙各12幅。具体设计结构型式见图5、图6。

3.2 地连墙成槽控制措施

在挖槽中通过垂直度检测仪表显示的成槽垂直度情况[4]，及时调整成槽机及双轮铣的垂直度，做到随挖随纠，确保垂直度不大于1/300。成槽时，派专人负责泥浆的放送，视槽内泥浆液面高度情况随时补充槽内泥浆，确保泥浆液面高出地下水位0.5 m以上，同时不能低于导墙底面0.5 m，杜绝泥浆供应不足的情况发生。

终孔验收项目含槽位、槽深、槽宽和槽段垂直度。槽孔宽度不小于1.2 m，槽深不小于设计槽深，槽段垂直度应不大于1/300，接头处相邻两槽段的中心线在任一深度的偏差不大于60 mm。地连墙槽段垂直度检测采用超声波法进行检测[5]。一序槽在三边及两转角共5个检测点处进行垂直度检测，每条边垂直度在此边抓槽结束时进行检测;二序槽在两侧及中间共3个检测点处进行垂直度检测。

3.3 地连墙接缝止水防渗漏控制措施

根据地质资料，工作井井身中上部为人工填土层和冲积层，平均厚度约28.1 m，主要有①人工填土层、②-2淤泥质土、②-3淤质细砂、②-4淤泥质土和②-5泥质细砂，其中砂层为强透水层，存在基坑开挖期间地下水通过地连墙接缝渗漏导致基坑涌水涌砂的风险。

地连墙接缝采用套铣工艺，通过双轮铣将先期施工完成的一序地连墙段浇筑的地连墙混凝土面中的夹渣夹泥块、不密实混凝土块等铣削干净，形成新鲜密实的混凝土接触面。将二序地连墙钢筋笼吊装入槽后快速完成水下混凝土浇筑，使整个地连墙接缝部位混凝土贴合密实。同时，在每道地连墙接缝外侧以接缝为中心线按照“品”字形设计3根三重管高压旋喷桩，旋喷桩桩底进入弱透水层的全风化岩层不少于3 m。旋喷桩在地连墙施工混凝土达到设计强度后开始施工。采用地质钻从地面引孔，钻孔至设计高程后采用自下而上的成孔方式作业，喷浆压强按照24～30 MPa进行控制，水泥浆水灰比为1.0，钻杆提升速度按照不大于12 cm/min控制，经成桩28 d后检测桩体渗透系数不大于1.0×10-5 cm/s。通过地连墙接缝施工质量控制与三重管旋喷桩补强，确保在工作井基坑开挖与内衬期间不因接缝涌水涌砂导致基坑失稳与周边建构筑物沉降变形超限。

4 工作井基坑开挖与内衬结构施工控制措施

4.1 基坑开挖施工控制措施

工作井开挖直径33.5 m，开挖深度64.5 m，采用明挖逆作法施工，单层施工高度4.5 m，自上而下共设计分为16层施工。

工作井基坑上部土层主要采用机械开挖，总体按照快速开挖快速完成单层内衬混凝土施工原则，每层4.5 m高土方分2次开挖完成。工作井内土方按照先开挖中心再开挖四周原则，在井边共设置3个开挖与出土点。开挖过程中保证工作井内土方均匀下降，确保围护结构受力基本平衡，消除对桥梁结构的影响。每个出土点均配置3～4台渣土车，垂直出土设备从基坑内取土并装车后运输至对应渣土消纳场，避免将基坑内土方开挖倒运至基坑周边造成基坑边堆载超限，引发其他安全问题。

工作井围护结构与内衬结构通过在地下连续墙钢筋笼预埋钢筋套筒连接后形成叠合墙整体受力。每一层土方开挖完成后需要对地下连续墙基面进行凿毛处理。凿毛选择PC60型小型挖机带振动锤实施，避免振动过大引发高架桥桩基周围土体松动而导致桥梁桩基础发生倾斜位移。

4.2 内衬结构施工控制措施

针对每个单元层高4.5 m段施工，对周边桥梁结构最不利阶段为该层土方开挖完成后至内衬混凝土未达到既定强度前，此时围护结构受力变形最大。土方开挖过早将导致上一层内衬混凝土强度不足，从而使内衬与地下连续墙的叠合墙与开挖的土方之间的高度加大，对应的地连墙受力也处于最不利工况。在项目工期压力大的情况下，快速提高单元循环的内衬结构混凝土早期强度，形成完整的叠合受力体系，是保障基坑及桥梁结构安全的关键。

4.3 保持地下水位相对稳定相关措施

地下水流失造成地层中的铝、铁、胶结物质等有机成分不同程度的流失，从而造成岩土含水量孔隙变大、土质变松软、岩土承载能力下降等诸多不良现象，造成周边建筑物沉降或倾斜。为确保将本工程对周边地层地下水影响降到最低，工作井围护结构采用落地式帷幕形式，将基坑外部地下水通过地下连续墙进行隔断。通过前文所述的对地下连续墙接缝部位采用的旋喷加固措施，进一步防止地下水通过地下连续墙接缝渗入基坑内而导致地下水流失。工作井基坑内及外部不设置降水井对周边进行降水作业，减少对周边水位的扰动。在工作井基坑开挖及内衬结构施工过程中，发现的围护结构漏水点在每4.5 m单元层内衬结构混凝土施工完成后即采取堵漏措施，同时在距离工作井地连墙5 m外沿圆周设置4口12 m深的回灌井，根据监测的地下水位变化情况，及时采取回灌措施。

5 施工监测措施

施工监测包括工作井基坑安全监测控制及周边建构筑物监测控制，如桥墩/墩台沉降和水平位移、桥墩/墩台倾斜度、地表沉降、水位监测、基坑深层水平位移及墙体内力。在主要影响区的每个高架桥桥墩上各布置2个沉降测点和2个倾斜测点，采用倾角计对倾斜实现自动化观测，共计14个沉降测点和14个倾斜测点。

所有监测仪器在工作井基坑开挖前完成布设并采集好初始值。监测频次随基坑开挖深度加大而逐步加密，开挖深度大于10 m时按照每天2次进行，并根据数据变化情况动态调整。从2020年4月15日工作井基坑開挖至2020年11月25日内衬结构完成，高速桥梁沉降及倾斜变形均在数据模型范围内。

6 结语

在本工程实施案例中，224 d完成了64.5 m深度的超深基坑开挖与内衬施工，同时保证了近接高速桥梁墩柱及其基础的变形未超过设计允许范围，达到了预期效果。这些超深基坑施工时对近距离建构筑物的保障措施，可为今后同类型工程提供一定的参考和借鉴。

参考文献：

[1]芦巍.临近高速公路桥梁深基坑开挖防护方案探讨[J].铁道建筑技术，2011（2）：140-142.

[2]杨敏，周洪波，杨桦.基坑开挖与临近桩基相互作用分析[J].土木工程学报，2005（4）：91-96.

[3]王恒.基坑开挖对邻近桥梁桩基的影响分析[D].福州：福州大学，2014：39.

[4]葛方方.明挖法隧道深基坑支护的施工质量控制探讨[J].江西建材，2015（16）：167.

[5]刘志勇.路桥深基坑工程施工技术[J].工程建设与设计，2020（24）：151-152.