復(fù)雜情況下航站樓站前高架橋箱梁支架基礎(chǔ)加固施工技術(shù)

袁文俊, 胥 悅

(中國華西企業(yè)股份有限公司第十二建筑工程公司, 四川成都 610000)

機(jī)場、車站、橋梁等大型公共設(shè)施建設(shè)中，地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜、大量新近回填基坑，大面積挖填方，自然地層情況多樣，而現(xiàn)場又無法按規(guī)范要求滿足周期沉降。為確保工程工期、質(zhì)量和高大模板施工的安全，需要對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行必要的加固或改良，以有效提高地基承載力，保證地基的穩(wěn)定，減少上部結(jié)構(gòu)的整體沉降或不均勻沉降，達(dá)到消除黃土濕陷性提高抗液化能力的工程目標(biāo)[1]。目前新的地基基礎(chǔ)加固技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使用情況各不相同，高壓旋噴加固處理技術(shù)較為成熟。在生產(chǎn)過程中具有施工操作方便，可就地取材，勞動(dòng)力投入少，無需大型機(jī)械，施工進(jìn)度快，工期可控，成樁質(zhì)量好等一系列優(yōu)點(diǎn)。高壓旋噴樁是利用高壓射流技術(shù)、噴射化學(xué)漿液來破壞地基原有的土質(zhì)，并將其和化學(xué)漿液混合、固結(jié)在一起，形成具備一定強(qiáng)度的、不透水的加固體[2]。

1 工程概況

天府機(jī)場T2航站樓站前高架橋全長693 m、寬45.5 m、高13 m，為墩柱箱梁結(jié)構(gòu)。箱梁為魚腹箱梁，底部為平板結(jié)構(gòu)兩側(cè)翼緣在6.5 m跨距內(nèi)以14 m半徑圓弧上揚(yáng)，為典型的高大支模體系。同時(shí)高架橋自身重量大，對(duì)地基基礎(chǔ)的承載力要求遠(yuǎn)高于普通橋梁。

根據(jù)現(xiàn)場地勘報(bào)告，站前高架橋所在區(qū)域范圍內(nèi)原場地場貌復(fù)雜，丘陵、魚塘、農(nóng)田、林地各種交替，大面積淤泥層厚度5～11 m不等。除此之外，地下設(shè)施結(jié)構(gòu)多樣且復(fù)雜，高架橋滿堂支架范圍內(nèi)含大面積的綜合管廊、地鐵、高鐵以及雨污管網(wǎng)等基坑開挖回填所形成的填方區(qū)域，回填深度3～18 m，回填完成約半年，土層尚未完成自身固結(jié)沉降，回填區(qū)域無法滿足回填沉降要求。新近回填土填料主要為砂泥巖，具有遇水或暴露易風(fēng)化的特性，回填土物理力學(xué)性質(zhì)分布不均勻。對(duì)此在施工前期根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)18個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行了平板載荷實(shí)驗(yàn)，所得地基承載力特征值140 kPa，壓縮模量6 MPa，確定新近回填土地基承載力不能滿足滿堂支架設(shè)計(jì)要求，需對(duì)地基進(jìn)行規(guī)范的處理。

航站樓站前高架橋施工區(qū)域建筑總面積為2.8萬m2，據(jù)現(xiàn)場情況需處理的面積高達(dá)1.8萬m2，占比達(dá)到64.3%，地基處理技術(shù)的選擇尤為重要。為有效解決新近回填基坑和復(fù)雜軟弱地層地基坍塌及基礎(chǔ)不均勻沉降的問題，在綜合考慮工程工期、質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)等問題的基礎(chǔ)上，采用工藝較為成熟的高壓旋噴樁處理技術(shù)+鋪設(shè)褥墊層確保地基的穩(wěn)固性和整體受力性。

2 技術(shù)原理

高壓旋噴注漿施工技術(shù)主要是借助鉆機(jī)將安裝有噴嘴的注漿管鉆入到設(shè)計(jì)土層位置，再通過高壓泵和注漿泵以20～40 MPa的壓力將漿液從噴嘴中射出，沖擊破壞土體的同時(shí)鉆桿以一定的速度提升，強(qiáng)制拌和漿液和土粒，待漿液固結(jié)后便會(huì)在土層內(nèi)形成固結(jié)體和復(fù)合地基[3]。根據(jù)不同地層情況采用不同的旋噴樁深度和間距，以達(dá)到加固地基基礎(chǔ)的目的。

為有效保證高壓旋噴樁和樁間土成為一個(gè)整體，共同承擔(dān)上部載荷，減少基底的應(yīng)力集中作用，在高壓旋噴樁加固區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)碎石褥墊層。鋪設(shè)前需清除浮漿(裁樁)，虛鋪褥墊層厚度h=0.33 m，夯實(shí)至30 cm，使夯填度達(dá)到0.90。

褥墊層虛鋪由下式確定：

h=H/λ=0.3/0.9=0.33 m(λ取0.9)

材料要求：褥墊層材料采用級(jí)配中粗砂加70%左右的礫石，最大粒徑不宜大于2 cm。褥墊層需在高壓旋噴樁樁體施工完成并達(dá)到70%以上強(qiáng)度后進(jìn)行。

3 工藝流程

高壓旋噴樁施工流程見圖1。

圖1 高壓旋噴樁施工流程

根據(jù)復(fù)合地基承載力估算確定高壓旋噴樁復(fù)合地基主要參數(shù)有：

(1)樁徑：φ500 mm。

(2)樁體強(qiáng)度：不得低于5 MPa。

(3)樁間土層：壓實(shí)填土(根據(jù)載荷實(shí)驗(yàn)，其地基承載力特征值140 kPa，壓縮模量6 MPa)。

(4)布樁形式：正方形布樁。

(5)褥墊層：褥墊層厚度取300 mm，夯填度(碾壓厚度與虛鋪厚度比)不大于0.90。

(6)注漿材料采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5R級(jí)的普通硅酸鹽水泥，水灰比取1.2∶1，水泥用量約236.5 kg/m。

(7)褥墊層材料，采用級(jí)配中粗砂加70%左右的礫石，最大粒徑不宜大于2 cm。

4 高壓旋噴樁加固施工

4.1 測放樁位

根據(jù)高壓旋噴樁平面布置圖，在現(xiàn)場將各個(gè)樁位點(diǎn)進(jìn)行放樣。為確保旋噴樁放樣點(diǎn)位的正確，應(yīng)隨時(shí)復(fù)核樁位信息，以保證樁位準(zhǔn)確。對(duì)不同區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和下部構(gòu)筑物進(jìn)行區(qū)別設(shè)置旋噴樁布置形式(圖2、圖3)。

圖2 典型斷面一

圖3 典型斷面二

4.2 成孔

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地層情況，用鉆機(jī)引孔至設(shè)計(jì)深度。

4.3 下旋噴管

將高壓旋噴管放入已經(jīng)成好的孔中，在下旋過程中須保證高壓旋噴管的噴嘴不被堵塞以及鉆桿接頭處不松動(dòng)。

4.4 旋噴作業(yè)

采用雙重管法施工，在旋噴管放入設(shè)計(jì)深度后，水泥漿壓力大于25 MPa，氣流壓力大于0.7 MPa，提升速度 0.15～0.20 m/min，旋轉(zhuǎn)速度 18～20 r/min，慢速提升旋噴管至樁頂。為確保復(fù)合地基質(zhì)量，需使用水泥漿復(fù)噴2～4次，另在樁頂1.0 m位置須復(fù)噴1～2次。為保證高壓旋噴質(zhì)量，旋噴作業(yè)完成后須將不斷冒出地面的漿液回灌到樁孔內(nèi)，直到樁孔內(nèi)的漿液面不再下沉為止。樁頂浮漿及保護(hù)樁高度0.2～0.4 m。根據(jù)規(guī)范要求噴射管分段提升的搭接長度不得小于100 mm(圖4)。

圖4 雙管法旋噴注漿示意

4.5 平整場地

旋噴樁施工完成后，平整場地，進(jìn)行表面處理(包括清理樁頭等)，在表面鋪設(shè)一層330 mm厚的級(jí)配良好的卵石并碾壓密實(shí)，為達(dá)到碾壓效果需要保證壓實(shí)后的褥墊層厚度與虛鋪厚度比不得大于0.90。

施工過程中應(yīng)做好施工記錄，施工記錄應(yīng)包含一些內(nèi)容：樁位置、起止時(shí)間、轉(zhuǎn)速速度、水泥漿壓力、流量、氣流壓力、水流壓力、提升速度、樁頂和樁底標(biāo)高等。

4.6 旋噴樁施工關(guān)鍵點(diǎn)控制

(1)嚴(yán)格按照地勘報(bào)告和現(xiàn)場成孔情況，確保樁達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

(2)嚴(yán)格控制噴射壓力及旋噴管的提升速度，對(duì)樁底1.0 m深度范圍內(nèi)及處理層進(jìn)行復(fù)噴。

(3)在噴漿作業(yè)中，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行漿液配比設(shè)置，并做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)的原始資料匯總，每天交接班后由資料員及時(shí)歸檔[4]。

5 預(yù)壓檢查

實(shí)驗(yàn)區(qū)地基處理完成后需進(jìn)行堆載，堆載重量是上部支架及結(jié)構(gòu)總載荷的1.2倍，滿足沉降要求后再進(jìn)行高大模板搭設(shè)(圖5)。

圖5 T2航站樓高架橋高大模板地基基礎(chǔ)承載力實(shí)驗(yàn)

承載力加載方案及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，需選擇地基處理區(qū)域進(jìn)行地基承載力實(shí)驗(yàn)，預(yù)壓區(qū)域橫向21.6 m，順向6 m，載荷達(dá)到箱梁自重120%時(shí)總載荷為400 t，布置3～5個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn)，檢測基礎(chǔ)承載值和不均勻沉降量。根據(jù)JGJ/T194-2009《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》，在全部加載完成后的沉降監(jiān)測過程中，當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)，應(yīng)判定支架預(yù)壓合格：

(1)各監(jiān)測點(diǎn)最初24 h的沉降量平均值小于1 mm。

(2)各監(jiān)測點(diǎn)最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

6 結(jié)論

(1)針對(duì)復(fù)雜情況下航站樓站前高架橋高大支模架施工可能出現(xiàn)地基塌陷、基礎(chǔ)不均勻沉降等問題，采用高壓旋噴+鋪設(shè)褥墊層的處理方式，具有施工流程簡便，工藝成熟可靠的有點(diǎn)。既有效地解決了復(fù)雜軟弱地層地基基礎(chǔ)強(qiáng)度不夠的問題，又使工程進(jìn)度得到了有效的保障，減少了工程后期高架橋下部道路地基基礎(chǔ)的處理費(fèi)用。

(2)通過高壓旋噴樁加固處理+褥墊層鋪設(shè)技術(shù)，使地基基礎(chǔ)承載力達(dá)到驗(yàn)算要求，消除了安全隱患，保障工期的同時(shí)消除后期對(duì)支架及上部結(jié)構(gòu)的修理費(fèi)用，有著良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。