淺談擋土灌注樁支護在廣福泵站中的應用

崔 冬

水利工程中基坑支護的結構多種多樣，通過眾多工程實踐檢驗，樁排式支護結構具有較多優勢，適用的地質條件比較寬松，黏性土、砂性土、黃土、軟巖等都可適用，尤其是坑底深部有軟弱淤泥質黏土層時，相對其他加固型的支護結構，有著較好的穩定性和抗變形能力。在諸多樁排支護的類型中，鉆孔灌注樁支護在工程中應用的最為廣泛，其特點是：施工設備簡單、使用靈活、所需作業場地不大、噪聲低、振動小、樁的直徑和抗彎剛度可以做得很大，安全可靠，并且增加一定的止水措施，還可以將分散的樁排連接在一起，形成一道既能支護又能防滲的地下連續墻。

一、工程概況

廣福電力排灌站位于安徽省蕪湖市鏡湖區城北圩廣福磯，距離下游蕪湖長江大橋約800m，泵站排水區主要為城排區，承泄區為長江。該站按照規劃設計流量移址重建，保留并加固現有自排涵，因此重建泵站僅具有抽排功能。泵站設計抽排流量為37.1m3/s，6臺機組，總裝機 3830kW，工程等別為Ⅲ等，中型泵站，主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級，排澇出水涵所在蕪湖市蕪當聯圩長江大堤為1級別堤防，泵站穿堤涵洞為1級建筑物。

擬建站址位于老站和上游自排涵之間，廠區布置范圍內北側有老站副廠房，南側外河存在一處航運管理用建筑物，相應位置處有一條水下過江電纜，泵站前池東側進水口和已規劃的華強小區紅線距離較近，并且與規劃擬建的市政道路中心距離最近處不足15m。

二、工程地質

在勘察深度范圍內擬建站址地基地層上部為第四系全新統沖積層，下部為上更新統沉積層，深孔內揭露有燕山期侵入巖。站址前池處自上而下主要土層分布：人工填土，以中、重粉質壤土為主；①層重粉質壤土；②1層淤泥質重粉質壤土；②2層重粉質壤土；③1層重粉質壤土；③2層輕粉質壤土；③3層重粉質壤土，可塑～硬塑，濕，屬中等壓縮性土層，該層局部鉆孔未鉆穿，已揭露最大層厚5.5m，最深層底高程-16.55m。擬建站址8～18m深度范圍內地基地層屬淤泥質土。

站身及前池底板位于②1層淤泥質重粉質壤土層中，該層具弱～微透水性，抗滲性能好；但該層呈軟塑～流塑狀，屬高壓縮性土層，層厚8.0～14.5m，層底高程-9.97～-4.80m，允許承載力僅為75kPa，不滿足前池擋墻作為天然地基的要求，須采取一定的地基處理措施。

三、前池擋墻設計

1.方案選擇

廣福泵站前池東側擋墻原設計方案為鋼筋混凝土扶壁式擋土墻，基礎設計采用同站身基礎相同的鋼筋混凝土預應力管樁和水泥攪拌樁復合地基，考慮到廣福泵站前池所在東側進水口和已規劃的華強小區、市政道路紅線距離較近，且站址處軟弱土層深厚，鄰近建筑物對地基變形和沉降的敏感性較高，天然地基不能滿足常規擋墻結構對地基承載力的要求，需要采取一定的地基處理措施，并且在施工時沒有足夠的開挖放坡空間，為避免基坑開挖受限對工程進度造成影響，本次設計前池東側擋墻采用擋土灌注樁支護結構，以達到減小墻后開挖范圍、加快工期、控制沉降量的目的。

根據規劃設計條件，前池底板頂面高程-1.00～1.50m，前池頂面填土高程7.50m，前池擋墻最大擋土高度8.50m，擋土高度大，底板位于②1層淤泥質重粉質壤土層中，該層厚度大，承載能力低，根據同類工程設計經驗，必須采用強度與剛度都比較大的樁排結構，此次擋土灌注樁支護結構采用雙排樁設計。

2.雙排樁支護結構

雙排樁設計的指導思想是：它可以在雙排布置的樁頂增加一根剛度較大的橫梁（亦稱冠梁）或整板形成門架式的框架結構，以增加其剛度和支擋能力；利用后排樁抵抗主要部分的土壓力可使前排樁大為減輕負擔，縮小斷面，降低造價。

雙排樁根據前、后排樁的樁間距大小，布樁形式可以分為連續布置形式和非連續布置兩類。連續布置形式中前、后排樁間距相同，典型的形式為矩形格構式；非連續布置形式中通常后排樁間距比前排大，典型形式如丁字式。樁排之間的土還可以進一步采用高壓旋噴法或攪拌樁加固，形成支擋能力更好的組合形式。

雙排樁結構在沒有內支撐的情況下，能夠靠基坑以下樁前土的被動抗力和前樁抗壓、后樁抗拔所形成的力偶來共同抵抗傾覆力矩，這種結構發揮了雙排樁的整體剛度和樁土協同作用，可以有效地限制圍護結構的側向變形。樁排距、樁間距、樁徑及樁長可根據荷載條件及開挖深度通過計算確定。

3.灌注樁擋墻設計

根據基坑深度、土質、荷載以及環境條件等因素結合雙排樁設計指導思想，廣福泵站前池東側擋墻采用雙排樁和攪拌樁的組合式排樁支護結構，其中雙排樁采用非連續布置形式，即設置灌注樁兩排，排距5.0m，前池側樁間距1.5m，后排樁間距3.0m，樁徑1.2m，每排樁頂設置冠梁，前后排樁頂間設置連系梁，梁截面：1.2×1.0（寬×高）m，梁頂高程6.00m。雙排樁計算參考《建筑基坑支護規程》（JGJ120-2012）相關公式進行，經計算，嵌固深度取17.0m，即設計樁長24.0m，樁底高程-18.00m，其嵌固穩定性、抗傾覆安全系數及整體穩定驗算安全系數均滿足規范要求，理論最大沉降量23mm。

為防止水土流失，在前排灌注樁兩兩之間設水泥攪拌樁兩根，并排布置，樁徑 0.6m，樁長 5.0～7.5m，樁底高程 -2.50～0.00m，樁身水泥（質量）摻入比為18%。在前池側樁前設置前墻鋼筋混凝土掛板，板厚0.3～0.5m，掛板與前排樁之間采用錨筋連接，錨筋采用直徑16mmHRB400級鋼筋，錨固劑采用高強環氧A級植筋膠，每根樁面設兩列錨筋，列寬500mm，梅花型布置，行間距250mm。掛板內設直徑14mmHRB400級雙層雙向構造鋼筋網，同樁身錨筋一起整體澆筑后形成完整的垂直墻面，掛板底部同前池底板相連并設置橡膠止水一道。冠梁頂部回填土至7.50m高程，并根據廠區綠化要求進行綠化，前池灌注樁擋墻具體結構布置形式見圖1。

圖1 前池灌注樁擋墻結構布置圖

4.運行效果

目前，廣福泵站已基本建成投入試運行，泵站前池已經經過汛期運行與檢修期檢修，東側擋墻外觀情況穩定，無明顯變形變位，實測點累計沉降值均小于理論計算值。通過實際運行情況來看，前池灌注樁支護擋墻方案設計效果顯著，安全可靠，運行情況良好。

四、結語

灌注樁擋墻作為擋土灌注樁支護的一種型式，當場地開挖有限且附近地基不允許出現較大下沉位移時，是一種較為安全可靠的設計方案，且能起到節省經濟投資的效果。

在工程實踐中，擋土灌注樁排支護與水泥攪拌樁組合是一種較為常用的組合形式，兩者各司其職，各盡其能，灌注樁排是支護的主體，而水泥土攪拌樁是防止樁間水土流失的主體，這樣的結構形式較為經濟，阻水效果好，該形式在具體設計時應該根據基坑深度、土質、荷載以及環境條件等因素綜合考慮，當基坑深度較淺，坑壁擋土的土質以砂性土為主，地下水位又高時，則應以擋水為主要任務，必須采取厚水泥土擋墻形式；反之，若擋土以軟弱黏性土為主，不透水，基坑深度較大，則以擋土為主，必須采用強度與剛度都比較大的樁排結構，而水泥土墻壁可適當減薄。

值得注意的是，采用水泥攪拌樁作為防滲墻時，因施工原因，不可能將水泥土樁體緊貼支護樁排，其間會留有一定的間隙，因此，實際工程運用中要警惕坑外高水頭的承壓水或上層滯水有可能通過攪拌樁底部沿著上述間隙向坑內壁底部或坑底邊緣處沖向坑內，發生管涌或流土