转体桥主墩深基坑支护及开挖技术探究

转体桥主墩深基坑支护及开挖技术探究

高刚

中铁六局集团路桥建设有限公司，湖南省长沙市410007

1.摘要

随着国家城市规模的飞速发展和扩充，交通成为各个城市发展的先决条件。铁路和公路干线不断增多，导致施工过程中公路和铁路交叉的几率也越来越高。原有的基坑开挖理论已经不能适用于转体桥主墩深大基坑的开挖。上跨铁路干线的转体桥主墩深基坑施工工艺，施工过程的技术、安全控制和作业特点也显得非常关键，也越来越受到施工技术人员重视。

关键词：基坑、京广铁路、高速公路、防护、加固、监测

2.工程概况

周口至南阳高速公路与京广铁路交叉工程，高速公路桥上跨京广铁路对应里程为K854+688.90，23#承台基础为钻孔灌注桩基础，承台为台阶式，分上下两层。上承台高2.8m，顺桥向长11m，横桥向宽11m；下承台为矩形，顺桥向宽16.8m，横桥向19.0m，高5.0m。承台基坑长23m，宽20.8米，深6.3m。

23#承台护桩距离京广铁路上行线最小距离为10.6m。护桩边缘距铁路围墙最近距离为5.08m。

3.总体施工方案

基坑四周均设置钻孔灌注桩对基坑边坡进行防护。基坑防护桩采用钻孔灌注桩，桩径1.2m，间距1.5m，桩长15m。钻孔灌注桩桩顶设置一圈1.2*1.0m的冠梁。开挖过程中，在冠梁位置顺桥向设置4根φ609*16钢支撑加固，桩间设置10cm厚网喷C20混凝土。基坑防水采用钻孔桩外0.5m设置一圈直径0.5m高压旋喷桩止水帷幕+0.5m厚C20混凝土封底，基坑四周设置截水沟防止地表水灌入基坑。基坑开过程中对基坑支护及基坑土体及进监控量测，防止土体及支撑位移过大，以便及时采取加固措施，同时对既有铁路路基进行监测，防止铁路路基沉降。

4.总体施工工艺安排及各工序控制关键点

场地平整→基坑四周钻孔灌注桩→钻孔桩四周旋喷桩止水帷幕→桩顶冠梁→基坑开挖→基底混凝土。

4.1反循环钻孔灌注桩施工工艺及关键工序注意事项

反循环施工工艺：施工准备→场地准备→施工放样→护筒制作及埋设→制备泥浆→钻机就位→钻进→换浆法清孔→检测→吊装钢筋笼→吊装导管→灌注水下混凝土。

钻孔注意事项：①开始钻孔时要控制慢速钻进，且泥浆比重要有保持一个相对稳定的时间，隔30分钟检测一次并根据实际情况进行数据调整；根据钻孔进尺，当钻头到达护筒下端附近时，要注意将钻孔速度控制到最慢且适时调整泥浆比重，使护筒底端泥浆充足，防止护筒底薄弱部位出现坍孔。在钻进过程中要控制钻孔速度，施工时应该保持钻头适当提起，防止让钻头和钻杆的质量全部作用于孔底形成扩孔。

②当平衡架移动至钻架滑道下端时，停止钻盘转动，待泥浆循环2-3分钟后，统继续工作至底渣基本排净，后关泥浆泵，将钻头提起，再接长钻杆。此时要认真检查钻杆接头情况，以避免出现漏气、漏水。

③钻孔过程中不能任意提动钻具，孔壁容易塌孔时提升钻头时必须采取回灌措施，保证水头高度。钻孔过程中经常检查钻机的位置情况，并随时用测量仪器监测钻杆位置及垂直度，始终确保钻杆的竖直度，保证成孔质量。

④在钻孔施工时，始终保证孔内水位高度比地下水位或孔外水位高出约1.0m～1.5m。并控制钻孔速度，及时排渣、排浆，多出的泥浆应该抽至泥浆池循环利用，以防污染环境。

⑤钻孔作业开始后必须保证连续进行，并认真记录施工过程，交接班时务必将进度及过程中应该注意的问题交接清楚。

⑥经常对泥浆进行监测，不合规定的要随时调整。要密切注意地质情况，在两种土质交接处要取渣样，试验后登记在记录表上并与地质图核对。

4.2旋喷桩施工工艺及关键工序注意事项

由钻孔桩边缘外0.5m处，四周设置一排直径0.5m的旋喷桩，旋喷桩长8m，相邻旋喷桩相互咬合200mm，形成组合止水帷幕。

旋喷桩施工工艺流程：施工准备→测定孔位→钻机就位→造孔→下喷射管→制浆→喷射提升→回灌→记录。

喷射提升注意事项：当喷射管沉至设计标高，开始送入合格的浆、气，当注浆液溢出孔口的时候，按照喷浆流量大于30L/min,提升速度0.1m/min～0.2m/min按设计要求自下而上提升，直到提至终喷标高的位置。

旋喷过程，技术员要检查各环节的运行状况，并根据现场实际情况采取应对措施：

①接管、卸管、换管要迅速，尽量缩短实际，以防塌孔和堵塞喷嘴；

②喷射时若出现问题，应酌情处理:

a.机械出现故障，要尽力控制中断时间，及早恢复灌浆；

b.若中断超过60分钟的，必须采取补救方法；

c.复喷时，喷管要多深入0.3m，保证桩体的整体性。

4.3冠梁施工工艺

冠梁施工工艺流程：施工准备→基槽开挖→凿除桩头→钢筋加工及安装→模板安装→混凝土浇注。

4.4基坑开挖施工工艺流程及注意事项

冠梁及护桩混凝土达到设计强度后，开挖基坑土方。基坑开挖采用分台阶开挖，遵循“开槽支撑，分层开挖，严禁超挖”的原则。

施工工艺流程：施工准备→开槽支撑→基坑开挖→桩间喷锚→基底平整→凿除桩头→基坑验收

基坑开挖施工注意事项：

在地表面沿基坑四周设置截水沟。基坑内设集水坑，施工时备好抽水泵，随时排出集水井坑的积水。

机械开挖土方时，应按要求严禁基坑周围堆土，严禁掏挖，履带或轮胎应距基坑边保持2m以上的距离。在距基坑边0.5m处设置1.2m高的防护栏杆，栏杆刷红白相间油漆，夜间设置红色警示灯。在明显的位置设安全警示标志及安全标语。槽、坑、沟边2m以内不得放置杂物和机具等。开挖过程中，做好监控点测量，有异常现象，停止开挖。

4.5基底混凝土施工方法

基底混凝土采用0.5m厚C20混凝土，使用泵车推移式连续浇筑。坑底四周设环形排水沟，水沟宽20cm，深20cm，并在基坑中2个角落处设置集水坑。排水沟至集水坑间设1%坡度。有积水时明确专人负责抽排。

5.施工监测

5.1监测范围

在施工开挖及降水期间直至成桥阶段应在立交桥两侧各30m范围内设置共4处路基观测点，进行铁路路基位移、沉降观测。

基坑开挖时对基坑支护结构进行监测，在基坑对称轴冠梁上设置观测点，进行基坑稳定观测（位移、沉降观测）。

5.2监测、测量频率

5.3基准点、监测点的布设方法

选择附近JM4、JM2控制点作为基准点，铁路路基监测点采用混凝土现浇观测墩，截面尺寸为0.15*0.15m，埋深1.0m，上部设置观测标。桩顶冠梁监测标设置在冠梁顶面，钢筋安装时与冠梁钢筋焊接固定。

5.4监测方案

①桩顶冠梁的监测

在基础开挖前，测量仪器对京广铁路上行侧观测点数据进行采集并记录。施工时，要每天对测量3次，将测量数据和最初采集的原数据进行对比，以确定桩的水平位移及沉降量。

②既有铁路基水平位移及沉降监测

23#墩承台施工期间对京广铁路上行侧路基进行监测，对监测点进行坐标和高程原始数据的积累分析，结合CAD绘图工具对测点水平位移和沉降进行实时分析、监控。

③监控量测预警指标

出现以下情况时应立即采取卸载、回填等措施，同时对线路采取限速或封锁的措施，确保铁路运营安全：

a、基坑靠近京广铁铁路一侧一天位移达2～3mm且不收敛或累计位移达10mm时；

b、当基坑其它面位移达4～5mm且不收敛或累计位移达30mm时；

c、粉砂土质基坑出现涌水、漏砂、涌砂时。

④观测记录及整理：

a、观测记录要体现出观测序次、时间、标高(位移)差、变化量、变化速度等要素，用来指导施工现场控制。观测发现超出规定值时要及时通知现场负责人。

b、施工期间，每天要将对京广铁路路基观测记录进行统计和分析，以保证京广铁路运营安全。

⑤监测要求

a、对基坑四周也要进行环境检测，在围护桩施工前进行，且将检测数据及周围情况进行登记；

b、开挖和施工期间严格按照监测频率的要求进行监测，如果遇到沉降、位移数据较大时，要增加观测频次；

c、把每天的测量数据绘制成曲线变化图，根据曲线变化图分析整个基坑及周围的稳定情况，确保及时掌握最新动态以及时采取处理措施；

d、所有测量仪器在使用前均应经过校核。

⑥监测过程中出现险情时的对策

为了保证基坑和周围环境的安全，确保施工顺利进行，对有可能出现的情况做如下应对措施：

a、在基坑开挖期间，现场成立安全应急协调小组，发现问题有关人员需在半小时内赶赴现场；

b、土方开挖时若遇雨天要设指定专人随时检查基坑稳定情况，及时分析监测资料，发现问题及时处理。如果坡顶出现裂缝，则应立即停止开挖，坑内填土、坑外卸载；

c、如上部杂填土中水量较大，可在坑壁打入带孔钢管设置排水孔将水引出，减小压力。坡面漏水则用导管引流后，用高强度素混凝土和钢丝网喷射混凝土浇平封堵，水流量较大时，采取前面方法外，再结合坑外压密注浆等措施；

d、在基坑施工时，如发现水平位移超过红线值，及时通知有关各方，同时采用坡顶卸载、减缓放坡角度，施工预应力锚杆等方法处理；

e、当土体出现滑移趋势时，及时回填土，并通知各方研究对策；

f、现场准备一部分抢险物资，如钢管、型钢、编织袋、雨布等，作临时应急使用用，做到人员、物资、设备三到位；

g、在采取措施的同时，要尽快铺筑基底砼垫层，来加强基坑抵抗土体变形力。

6、安全保证措施

6.1开工前，对所有参建员工进行岗前安全培训，提高安全意识和自我保护能力，所有职民工必须持证上岗。

6.2严格按与铁路各设备部门签订的安全协议和安全界限施工，严禁私自扩大施工范围，严禁黑施工。

6.3特种设备、特种设备操作人员必须经过专门的安全培训和考试，持特种证件上岗，做到一证一人。

6.4制定专项安全措施，例如：用电、特种设备及操作、邻近既有线等专项安全措施等。

7.结束语

经实践，本工程通过对深大基坑支护、开挖过程施工工艺和关键环节的技术控制以及施工全过程的测量监测和安全卡控措施进行了全面系统的阐述和总结，为保证深基坑开挖自身施工安全和京广铁路的稳定和运营安全提供了依据，得到了武汉铁路局的认可。为后续同类施工起到较大的的借鉴作用。

参考文献：

1.《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63—2007)

2.《铁路桥涵地基和基础设计规范》(GB50300—2013)

3.《中国铁路武汉局集团有限公司建设工程安全风险管理实施办法》(武铁建[2018]278号)

4.陈忠汉，黄书秩，程丽萍．深基坑工程(第二版)[M]．北   京：机械工业出版社，2003．