北京大兴国际机场航站楼核心区超大平面基坑工程施工技术
1 工程概况
北京大兴国际机场旅客航站楼及综合换乘中心 (核心区) 基坑工程由航站楼中心轨道区及两侧的非轨道区组成，轨道区地下2层，非轨道区地下1层。核心区基础形式为:轨道区采用桩筏基础，筏板厚2.5m，板顶标高-18.250m;非轨道区采用桩基独立承台+抗水板基础，承台厚1.5～2.8m，板顶标高-11.000～-4.000m，工程场地平均标高为-2.500m。航站楼核心区基坑开挖范围达513m×411m，基础桩8 000多根，全部为现浇钢筋混凝土灌注桩，并进行桩端、桩侧复式注浆，最大桩径1.0m，最大有效桩长40m。航站楼核心区基坑工程模型如图1所示。
图1 航站楼核心区基坑工程模型
Fig.1 Foundation excavation engineering model of the core area of terminal building
北京大兴国际机场场区位于永定河冲洪积扇扇缘地带，施工场区地貌简单，地面较平整。场区最大探孔120m范围揭露在桩基施工深度内分布有多层粉细砂层，且在轨道区开挖范围内连续不均匀分布泥炭质软弱土层;桩基施工深度内有3层地下水:上层滞水 (一) 、层间潜水 (二) 、承压水 (三) (见图2) ，其中层间潜水 (二) 分布在轨道区开挖范围内。
图2 地下水分布
Fig.2 Groundwater distribution
2 基坑降水
航站楼核心区上层滞水 (一) 为局部赋存，土层开挖停滞一段时间后会有少量水析出，可不做处理;承压水 (三) 在开挖范围以下，对基坑开挖、支护无影响;基坑降水主要针对层间潜水 (二) ，降水作业范围为轨道区及非轨道区的局部管廊加深区域。层间潜水 (二) 在轨道区开挖深度内且普遍分布，含水层主要为 (4) 砂质粉土层、 (4) 2细砂层及 (5) 细砂粉砂层，透水性较好，水位埋深为14.200～16.700m，静止水位标高为5.880～8.390m。
2.1 降水工艺选择
根据地质条件、含水层特点选用管井降水。
2.2 降水方案分析
按经济适用原则，降水井应布置在深槽轨道区基坑支护外侧，轨道区外侧为非轨道区，轨道区与非轨道区均为混凝土灌注桩基础。如降水井就近布置在深槽轨道区边缘，则存在以下问题。
1) 浅区基础桩后压浆对降水效果影响的不确定性
浅区邻近轨道区柱下多为4～10桩承台，基础桩全部为现浇混凝土灌注桩，并进行桩端、桩侧复试注浆。每根基础桩桩端设2根注浆管，每根注浆管注浆量为1t水泥;桩侧每10m设置1根注浆管，注浆量为0.8t水泥。注浆位置基本处于粉细砂层，浅区基础桩上端的第1道注浆环管处于层间潜水 (二) 的含水层位置。基础桩注浆时，水泥浆在压力作用下向桩身外侧呈放射性扩散，形成团状水泥和砂土混合物，增加桩侧阻力，提高基础桩承载力。在层间潜水 (二) 分布的砂层内，因基础桩后压浆施工将影响地下水向降水井渗流路径，对降水效果的影响具有不确定性。
2) 工序安排问题
深槽轨道区基础桩超过整个工程基础桩工程量的70%，为实现工程总体目标需尽快形成深槽轨道区作业面进行桩基施工，降水作业必须提前形成降水能力。如在场地平整后先进行降水井施工，一方面在后续的周边基础桩施工时，后压浆作业可能渗透至降水井位置阻塞井管壁，另一方面后续的土方开挖对成品保护也存在一定影响;如在基础桩后压浆完成后再进行降水井施工，时间上无法按基础桩施工要求形成深槽轨道区作业面;另外，基坑支护护坡桩工序在降水井施工后，锚杆施工对降水井也造成一定破坏。
3) 地下结构施工期间降水维护问题
降水施工需持续至地下结构完成并回填完毕，如降水井布置在邻近深槽轨道区浅基础位置，在浅基础底板开工后，给降水井、集水管的保护和运行维护带来很大难度。
2.3 降水施工方案
根据基础桩施工工艺特点，结合工程工期总体部署，核心区基坑降水井布置在基坑外侧，每8m布置1口管井，在深槽轨道区内设置疏干井，截断地下水外侧补给，轨道区内布置疏干井。将基坑布置在外侧，可在场地平整后即开始降水管井施工，尽快形成降水能力，且基本不受基础桩后压浆影响，也避免受护坡桩预应力锚杆施工影响。
3 基坑支护施工及监测
航站楼核心区轨道区地下2层，浅区地下1层，浅区基础梁及底板与轨道区地下1层结构梁板贯通连接无变形缝。对于基坑支护设计方案，结合不同部位和结构标高采用不同支护形式。
3.1 基坑支护设计
1) 浅区开挖深度较小，采用土钉墙支护。
2) 北侧轨道区为后续标段的开挖区域，采用大放坡进行简易喷锚支护。
3) 南侧轨道接口采用复合土钉墙支护。
4) 深槽轨道区两侧及两端部分区域采用护坡桩+挡土墙支护 (见图3) 。在深、浅区交界位置，护坡桩冠梁顶低于浅区基础梁20cm，冠梁上砌筑370mm厚砖挡墙或土钉支护，在浅区基础梁、底板施工时可避免剔凿护坡桩及冠梁。
图3 支护节点
Fig.3 Supporting joints
3.2 泥炭质土层锚杆施工
基坑开挖范围内的地表下4～16m连续不均匀分布 (3) 有机质-泥炭质黏土-重粉质黏土层，即泥炭质土层，土质呈灰黑、黑灰、深灰等，很湿，可塑～软塑，含云母、植物根、螺壳和有机质，夹粉土、粉砂薄层，土质不均;分布较连续，但厚度和深度变化较大。
轨道区护坡桩根据浅区底板高度的不同，设3～4道预应力锚杆，由于泥炭质土层分布深度变化较大且连续分布，各支护形式桩、锚杆均有锚固在泥炭质土层内的情况。泥炭质土层对锚杆握裹力较差，采用二次压力注浆的方式提高锚杆承载力。
锚杆正式施工前，现场安排多组试验，一方面验证锚杆拉拔力，另一方面验证不同施工工艺对锚杆拉拔力的影响。现场选取不同支护剖面做法，在提前开挖的基坑内进行试验，部分数据如表1所示。
剖面2—1第1排锚杆内力设计值为480kN，由表1可知，一次注浆无法满足设计要求，而二次压力注浆工艺可满足设计要求。另外，现场还调整了锚杆角度进行对比试验，微调穿越泥炭质土层锚杆角度，倾角由15°调整至20° (见图4) ，减少锚杆在泥炭质土层内的锚固长度，可有效调高锚杆拉拔力。
3.3 基坑监测
在深、浅区基坑边缘均布置监测点，监测重点在轨道区护坡桩。非轨道区采用混凝土灌注桩基础，柱下承台群桩形成簇状“挡土墩柱”，对轨道区基坑的安全具有积极作用。施工过程中对桩顶水平及垂直位移、桩体深层水平位移、地表沉降、锚杆拉力等进行监测，基坑工程在施工期间变形满足设计的控制限值要求。
4 基础桩施工
图4 穿越泥炭质土层锚杆角度调整示意
Fig.4 Angle adjustment of bolts passing through peaty soil
航站楼核心区工程基础桩分为4种桩型:A, B, C, D，其中A, B型桩分布在深槽轨道区，C, D型桩分布在非轨道区，轨道区桩基超过桩基总数的70%。各类桩型参数如表2所示。
表2 各类桩型参数
Table 2 Various pile type parameters
4.1 桩基施工特点
1) 地质条件复杂施工场区属于永定河冲洪积扇扇缘地带，各土层总体呈层状连续不均匀分布，且有多层的粉细砂层，场区周边无类似工程可供借鉴。
2) 轨道区施工交通组织难度大轨道区面积约10万m2，基础桩约6 000根，30多台旋挖钻机、100多辆配套车辆需在基坑内同时作业，施工交通组织难度大。
3) 工期安排紧凑工程竣工时不仅要完成桩基施工，而且要完成检测工作，桩基检测需与部分桩基作业穿插，需采取有效施工措施保证检测时间。
4.2 桩基成桩技术
航站楼核心区工程基础桩以摩擦受力为主，端部持力层选择砂层。桩孔内沉渣厚度的控制是成桩质量的控制重点，现场从泥浆护壁、钢筋笼吊装2个方面调整部分工艺，加快成桩速度，提高成桩质量。
表1 剖面2—1第1排锚杆位置试验数据
Table 1 Test data of row 1 bolt position for section 2—1
4.2.1 聚合物泥浆应用及工艺调整
聚合物泥浆是将造浆粉剂溶于水得到的絮状溶液，可在桩孔投料，制备简单。根据成桩深度内分布有多层粉细砂的特点，成孔过程中，在即将到达孔底设计标高位置预留1～2钻的深度，停滞约1h，使絮结在聚合物泥浆内的泥砂沉淀，然后再钻孔至设计深度，在成孔后下钢筋笼、下导管时间内，桩孔内沉渣厚度得到很好控制。聚合物泥浆密度略大于水，在成孔静置时间内，泥浆内泥砂基本沉淀，在桩身混凝土灌注过程中，不会因泥浆密度过大影响混凝土浇筑造成堵管等问题，无须在混凝土灌注时持续进行泥浆置换，简化工艺流程。
4.2.2 钢筋笼整体吊装
核心区基础桩有效桩长>32m的占比约78%，有效桩长40m的A型桩占比约50%，在孔口进行钢筋笼接笼约占成桩时间的20%，接笼时间延长了桩孔搁置时间，桩孔长时间放置不可避免地会发生孔壁的土层散落甚至局部坍塌等情况，不利于沉渣控制。航站楼核心区采用40m有效桩长钢筋笼整体吊装工艺，将钢筋笼加劲箍筋由20@2 000调整至
22@1 500，并采用双机抬吊的方式吊装钢筋笼，有效缩短成桩时间，有利于桩身成桩质量控制。
4.3 基坑作业面及交通组织
根据工程总体部署，将深槽轨道区划分为9个施工区段，组织30多台旋挖钻机同时施工，配套的吊装机械、混凝土罐车等>100台，有效进行现场组织、保证材料运输，是确保工程实施的关键。现场采取多种措施。
1) 轨道区基坑内设置钢筋笼加工场
浅区非轨道区基础桩施工时，桩基施工作业面开挖深度为1.5～3.5m，钢筋笼加工场设置在基坑外侧。轨道区桩基施工作业面在标高-18.000m，开挖深度14.5m，钢筋笼从基坑外侧运抵作业面需在加工场、作业面2处均设置吊车，且工效较低。为缓解基坑坡道运输压力，提高机械设备作业效率，在轨道区北侧向外拓出80m，将后续标段土方提前开挖，在基坑内形成3处钢筋笼加工场，提高施工效率。
2) 利用基坑内非轨道未开挖区域设置钢筋笼加工场
轨道区基坑南侧不具备外拓条件，轨道区两侧浅区基础桩在轨道区开挖至作业面具备成桩作业时已施工完成，浅区邻近轨道区的部分暂缓开挖桩头，布置钢筋笼加工场，提高工作效率。
3) 优化施工顺序、布置基坑内道路
轨道区成桩作业时，装载机、履带式起重机、汽车式起重机、混凝土罐车等与旋挖钻机配套形成作业班组，基坑内几十个旋挖钻机作业班组的施工运输有效组织是施工效率的重要保障。
轨道区内的B型桩与A型桩交错布置，现场各施工区段优先选择1列南北向的B型桩，从而形成后续施工通道，且禁止占用，形成基坑内交通网络。
4.4 检测桩及桩头加固一体化施工技术
航站楼核心区桩基检测采用锚桩法，利用工程桩作为反力桩，按第三方检测要求，静载抗压检测桩桩头需进行剔凿和加固。基础桩处于冬期施工，成桩后养护至设计强度后再剔凿、加固，需较长施工周期，为有效缩短成桩至检测的周期，对静载抗压检测桩加固进行技术处理，将加固钢板套筒固定在钢筋笼上，加大超灌高度，在桩身养护至设计强度后，剔凿钢板护筒上部超灌部分，即可进行静载检测，可有效缩短检测周期2～3周。
5 结语
航站楼核心区基坑降水综合考虑后压浆基础桩的外扩围降方案、护坡桩锚杆在复杂土层条件下采用二次压力注浆工艺、40m钢筋笼整体吊装、检测桩及桩头加固一体化施工技术均为在充分结合工程特点后的优选方案和创新应用，并取得很好的实施效果，为工程顺利实施提供方案保证，并取得很好的经济效果。
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