郴州市人民東路隧道頂高壓電塔基礎(chǔ)加固及托換施工技術(shù)方案研究

文/湯運(yùn)存

1 高壓電塔基礎(chǔ)加固及托換工程簡(jiǎn)述

1.1 主體工程簡(jiǎn)介

郴州市人民東路延伸段地處郴州市東郊，路線走向基本上呈東西走向，以隧道形式兩次穿越山體。本合同段共設(shè)置隧道2 座。其中，人民東路隧道左幅總長(zhǎng)643m，右幅總長(zhǎng)639.5m，人民東路隧道圍巖為IV級(jí)、V 級(jí)、VI 級(jí)，該高壓鐵塔加固工程位于人民東路隧道左線進(jìn)口端洞門頂部邊坡二-三級(jí)坡處。

1.2 加固及托換工程背景

由于人民東路隧道下穿高壓電塔，且電塔南側(cè)基礎(chǔ)平面距離距人民東路隧道左線開(kāi)挖邊界線最近約為1m，鐵塔原有基礎(chǔ)僅為四個(gè)獨(dú)立的階梯型擴(kuò)大基礎(chǔ)，加之隧道擬采用鉆爆法進(jìn)行掘進(jìn)，因此在人民東路延伸段工程人民東路隧道施工過(guò)程極有可能危及高壓電塔的穩(wěn)定。按照原隧道設(shè)計(jì)單位要求，隧道開(kāi)挖前電塔需進(jìn)行移位處理，但考慮到電塔的移位可能導(dǎo)致臨近電塔的位置需要同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，嚴(yán)重影響隧道的建設(shè)工期。綜合經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)可行性考慮，在保證隧道施工過(guò)程中電塔安全的前提下控制隧道施工工期，考慮對(duì)高壓電塔基礎(chǔ)進(jìn)行托換的方案設(shè)計(jì)。

通過(guò)現(xiàn)有隧道設(shè)計(jì)文件分析，隧道施工過(guò)程中的爆破震動(dòng)和隧道挖土將嚴(yán)重威脅高壓電塔的穩(wěn)定。因此，隧道掘進(jìn)施工前必須采取有效措施對(duì)電塔基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。

1.3 地質(zhì)水文情況

高壓電塔附近區(qū)域地下水類型主要為基巖巖溶裂隙水。隧道左線進(jìn)洞50m 內(nèi)左側(cè)區(qū)域圍巖為中風(fēng)化石灰?guī)r，巖體較破碎，較硬質(zhì)巖石，Ⅴ級(jí)圍巖；高壓電塔基礎(chǔ)下伏巖體為灰?guī)r，強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性較好。但高壓電塔南側(cè)基礎(chǔ)距開(kāi)挖邊界線較近，并且由于隧道洞頂?shù)那蟹綍?huì)危及基礎(chǔ)處地基土的穩(wěn)定性。因此，考慮到在隧道工程建設(shè)中，由于邊坡的切方、施工降水、爆破等不良影響，高壓電塔地基存在破壞的隱患，在隧道開(kāi)挖前施工人員必須對(duì)高壓電塔基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，以保證隧道施工過(guò)程中高壓電塔的安全。

2 整體支護(hù)以及托換思路

為了確保隧道施工過(guò)程中高壓電塔的安全，根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、場(chǎng)地周邊環(huán)境條件、場(chǎng)地地形條件，同時(shí)考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和景觀等原則，結(jié)合對(duì)高壓電塔基礎(chǔ)加固要求及特點(diǎn)進(jìn)行論證分析后，整體思路為：首先對(duì)鐵塔的基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，通過(guò)在鐵塔基礎(chǔ)周圍施作支護(hù)樁及鋼筋混凝土面板，再擬加固高壓鐵塔處形成高樁承臺(tái)基礎(chǔ)，將塔基處土體限制在一定區(qū)域內(nèi)，阻止塔基底部土體發(fā)生明顯的側(cè)向變形；其次，通過(guò)植筋方式，采用鋼筋混凝土面板連接高壓電塔四個(gè)階梯形獨(dú)立基礎(chǔ)，使塔基整體受力；最后，由于部分鋼筋植入已有塔基階形梯獨(dú)立基礎(chǔ)，通過(guò)在支護(hù)樁頂部設(shè)置的冠梁，使連接塔基的混凝土面板，即整個(gè)鐵塔的基礎(chǔ)支承在冠梁上，將塔基自重傳遞到隧道底板以下的穩(wěn)定巖層中，完成鐵塔基礎(chǔ)傳遞承載力的路徑轉(zhuǎn)換，以保證在隧道正常施工過(guò)程中整個(gè)鐵塔的穩(wěn)定性。

3 施工工藝

3.1 支護(hù)樁的施工

為了減少因施工造成的周圍地層擾動(dòng)，支護(hù)樁采用人工挖孔樁形式成孔。由于樁基下部巖層較為堅(jiān)硬，無(wú)法采用正常風(fēng)鎬施工；同時(shí)，在無(wú)法采用爆破鉆進(jìn)，還需減少對(duì)鐵塔基礎(chǔ)的擾動(dòng)的前提下，采用一種成孔規(guī)則，不挑地形、無(wú)需爆破，對(duì)孔壁擾動(dòng)小的施工方式-水磨鉆施工，支護(hù)樁的施工采用“跳挖”的方式分開(kāi)兩序開(kāi)挖，同時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行施工。需要注意的是，高壓塔周圍設(shè)置支護(hù)樁，擬將高壓塔自重傳遞至下覆穩(wěn)定巖體中，樁底標(biāo)高以進(jìn)入隧道底板下完整灰?guī)r2m 控制，樁群中有一根樁位置剛好穿過(guò)隧道邊界線，其荷載傳遞形式由端承型樁改為采用摩擦型樁，其樁底標(biāo)高以隧道頂板以上6m 控制。

3.2 支護(hù)樁（水磨鉆）施工工藝

鉆取四周巖石，樁基橫斷面上劃分為兩類孔，周邊孔沿樁基外徑布置，共布置32 個(gè)孔位。周邊孔完成鉆孔后，則在樁基巖石周邊創(chuàng)造了臨空面，使之成了“孤島式”的樁芯巖；再將樁芯巖分成六等份，按六等分線布孔，共49 個(gè)孔位，將“孤島式”的樁芯巖再分成六個(gè)區(qū)。

水磨鉆機(jī)鉆孔是依靠電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鉆芯筒高速旋轉(zhuǎn)切割成一個(gè)個(gè)圓柱形的小巖芯。第一批鉆孔為周邊孔，待周邊32 個(gè)小巖芯全部取出后，則所有的孔位串通，對(duì)樁基巖體與基巖形成了分離，進(jìn)而使樁基巖體周邊形成了臨空面。周邊孔完成鉆孔后，即進(jìn)行分區(qū)鉆孔。沿樁基橫斷面上孔的六等分線進(jìn)行鉆孔，鉆孔工藝與周邊孔一致。

人工鑿巖，修整分裂面：完成鉆孔后，將轉(zhuǎn)盤式水磨鉆機(jī)移出孔外。工人用手持鑿巖機(jī)（即風(fēng)鎬）對(duì)各分區(qū)的分裂面進(jìn)行修整，使分裂面孔位完全貫通，形成兩側(cè)為鋸齒形的分裂槽；同時(shí)，將圓柱形的樁芯巖整體分成了六塊近似三角形六個(gè)區(qū)。

裂巖：將鋼楔插入修整的分裂槽內(nèi)，用大錘敲打鋼楔，使鋼楔對(duì)分裂槽兩側(cè)的三角形巖體施加水平?jīng)_擊力，并在錘擊的作用下水平?jīng)_擊力逐漸加大，最后使各個(gè)區(qū)域的三角形巖體底部與底基巖剪切斷裂分離，并用同樣的方法使六個(gè)區(qū)的三角巖體全部斷裂分離。

樁孔修正及下一循環(huán)的施工：由于水磨鉆鉆芯后樁基孔壁成鋸齒狀，為保證有效樁徑，需要工人用手持鑿巖機(jī)鑿掉侵占樁基空間的巖石鋸齒。通過(guò)鎖口護(hù)樁在樁孔內(nèi)標(biāo)出設(shè)計(jì)樁中心，檢查樁基底部偏位情況并及時(shí)糾偏，同時(shí)標(biāo)出下一個(gè)循環(huán)外周水鉆鉆孔取芯位置，進(jìn)入下一循環(huán)的挖孔樁施工。

3.3 高壓電塔基礎(chǔ)處的冠梁、暗梁以及混凝土面板施工

3.3.1 暗梁、冠梁以及混凝土面板施工工藝

在結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁施工完成，并經(jīng)過(guò)低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)合格后，開(kāi)始圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂冠梁施工。施工時(shí)，樁頂伸入冠梁80cm，將鉆孔樁頂部鑿毛、整平至設(shè)計(jì)標(biāo)高，用高壓風(fēng)清洗干凈后，對(duì)冠梁中線進(jìn)行定位測(cè)量，經(jīng)檢查無(wú)誤后，再進(jìn)行鋼筋綁扎、模板支設(shè)施工。為了進(jìn)一步提高高壓電塔的整體性，對(duì)高塔電塔基礎(chǔ)采用鑿毛處理，并通過(guò)植筋的方式用四道暗梁連接原高壓電塔基礎(chǔ)。最后，在冠梁頂設(shè)混凝土蓋板，使高樁承臺(tái)基礎(chǔ)成為一個(gè)完整的整體。

3.3.2 冠梁鋼筋的綁扎、焊接、預(yù)留

結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁樁頂冠梁的鋼筋采取搭接焊的方式，鋼筋搭接焊滿足縱向相鄰鋼筋的搭接接頭相互錯(cuò)開(kāi)，鋼筋橫向凈距不小于鋼筋直徑，且不小于25mm 的施工要求，綁扎冠梁鋼筋時(shí)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行擋土墻鋼筋預(yù)埋，待冠梁施工完成后進(jìn)行擋墻施工[1]。另外，樁頂冠梁縱向受力鋼筋采用焊接接頭，接頭的設(shè)置應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)定。

3.4 隧道洞門頂部放坡切方以及支護(hù)樁頂冠梁施工

根據(jù)隧道進(jìn)口段地質(zhì)勘查報(bào)告，黏土質(zhì)、中風(fēng)化灰?guī)r邊仰坡采用不同坡比進(jìn)行切方施工，并進(jìn)行拱形骨架支護(hù)，仰坡后緣設(shè)置截水溝。由于隧道進(jìn)口段洞口頂圍巖厚度較薄，為中風(fēng)化石灰?guī)r，巖體較破碎，仰坡放坡較高且左側(cè)有高壓電塔需進(jìn)行保護(hù)。為確保施工及運(yùn)營(yíng)階段安全，施工前先采用地表鋼花管注漿加固，按照施工圖紙位置布設(shè)，漿液采用水泥-水玻璃雙漿液，注漿管需穿越不良土體，深入穩(wěn)定基巖5m，并距隧道輪廓不得小于0.5m，如基巖埋深較深，則需深入隧道開(kāi)挖底面3～5m。注漿加固完成后，進(jìn)行隧道洞門頂部放坡切方施工，按照設(shè)計(jì)坡比，邊切坡邊施工支護(hù)樁頂冠梁。至此，整個(gè)鐵塔基礎(chǔ)的加固以及托換完成。

3.5 施工監(jiān)測(cè)

為了掌握高壓電塔基礎(chǔ)在加固工程施工及隧道施工過(guò)程中的沉降變形情況，判斷高壓電塔的穩(wěn)定狀態(tài)，保證隧道施工及高壓電塔安全，并反饋設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)加固效果，指導(dǎo)施工，優(yōu)化設(shè)計(jì)，掌握工程實(shí)施后高壓電塔基礎(chǔ)沉降變化特征，施工人員應(yīng)對(duì)高壓電塔進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)、水平位移監(jiān)測(cè)、支護(hù)樁身應(yīng)力、土體深部位移及地下水監(jiān)測(cè)。

在基礎(chǔ)加固及隧道施工期間，監(jiān)測(cè)成果作為判斷高壓電塔穩(wěn)定狀態(tài)、指導(dǎo)施工、反饋設(shè)計(jì)和防治效果檢驗(yàn)的重要依據(jù)，若現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)地面、支護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，高壓電塔基礎(chǔ)有明顯沉降等情況，則應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)點(diǎn)，并及時(shí)匯報(bào)[2]。

4 結(jié)語(yǔ)

為了緩解交通壓力，完善城市交通網(wǎng)絡(luò)，拓展城市發(fā)展空間，該工程在保證安全質(zhì)量的前提下快速完工顯得尤為重要。在不影響總工期的前提下，實(shí)地調(diào)研水文地質(zhì)情況，構(gòu)建整體支護(hù)以及托換思路，通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合，靈活地對(duì)該高壓電塔基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)防性的永久托換。同時(shí)，為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電塔基礎(chǔ)加固及托換施工技術(shù)的研究，從支護(hù)樁施工技術(shù)、冠梁、暗梁以及混凝土面板施工等方面進(jìn)行深入探索，以確保隧道施工能如期安全、順利開(kāi)展。