鉆孔灌注樁在城市河道整治工程的應用研究

吳榮清

摘 要對鉆孔灌注樁的基本概念進行了介紹，在前人研究成果的基礎上，通過建立有限元模型，并結合河道工程實例詳細介紹了利用鉆孔灌注樁的設計過程，并對其效果進行了分析，解決了河道整治過程中對合流污水箱涵的影響問題。

關鍵詞河道整治;鉆孔灌注樁;有限元模型

隨著城市的發展，人們對河道的防洪、排澇、排污以及環境治理等要求的提高，城市地區的河道整治工程不斷開展，這種河道開挖建設過程中不可避免地會碰到其他建筑物，比如各種地下管道（線）、箱涵、隧道等[1]。河道整治工程中護岸樁基一般采用預制樁，這種錘擊沉樁的施工方法對現有地下的箱（管）涵、地鐵隧道等建筑物產生不良影響。為了降低這種影響，引進一種已趨于穩定、成熟的灌注樁技術，這種樁基礎結構本身存在著無振動、無擠土、無噪音的施工優勢，已廣泛地應用在各類工程項目中[2]。本文結合工程實例詳細介紹灌注樁在上海某河道整治工程中的應用，并利用有限元軟件計算分析其效果，結果可為其他類似工程提供參考。

1 鉆孔灌注樁簡介

二十世紀六十年代，灌注樁技術引入我國，隨著時間的推移，該技術已經在現代化建設的各個領域得到普及[2]。據統計，鉆孔灌注樁已在各類工程建設中都得到比較廣泛的應用。如：楊占山[1]等介紹鉆孔灌注樁在水利工程中的應用現狀;吳睿[4]等介紹了懸臂灌注樁在張家塘泵閘工程中的應用;汪艷濤[5]在水利施工中分析了鉆孔灌注樁技術應用及質量控制等。

一般灌注樁主要是指通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中鉆挖一個圓筒形的孔洞，然后在孔洞中放置鋼筋籠，灌入混凝土而制成的樁。依照成孔方法不同，灌注樁又可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類，鉆孔灌注樁是按成樁方法分類而定義的一種樁型[2]。

2 鉆孔灌注樁在河道整治工程中的應用

2.1 工程概況

本工程位于上海浦東新區唐鎮1號動遷基地地塊內，項目范圍為華東路—龍東大道—顧家浜—東橫港合圍區域。工程范圍內有一段約630m長的合流污水箱涵位于龍東大道與王家浜河道之間。本工程新開挖河道王家浜位于龍東大道北側，華東路東側，其中有長約400m的王家浜河道藍線（南側）位于污水箱涵20m保護范圍內，此段河道藍線距合流污水箱涵外邊線最窄處僅3.7m。此段河道現狀已經開挖，開挖長度約210m，現狀為土坡，口寬為16～23m。現狀地面標高為4.0～5.0m，河道樁基工程及土方開挖卸載施工可能對合流污水箱涵產生一定的影響。

2.2 保護方案設計

根據上海市相關管理條例、管理辦法及技術標準要求，在污水輸送干線管道、直徑八百毫米以上的排水管道或者雨水、污水泵站外側二十米內進行打樁施工的，在合流污水管道中心線兩側各50米以內進行打樁施工，應當事先提供樁基設計、打樁工藝程序及控制打樁土體位移措施的有關方案;在保護和控制范圍內進行工程建設，必須嚴格控制附加變形量，渠道伸縮縫兩側結構的差異沉降≤5mm;在控制范圍內，樁基不得采用實心擠土樁[6-8]。

綜上所述，為了減小開挖王家浜造成對合流污水箱涵的影響，通過優化設計河口線、護岸樁基類型、護岸結構型式等方法來降低影響。本次王家浜河道整治工程大多數河段對合流污水二期（中線）箱涵無影響，局部河段位于箱涵20m保護區域。具體設計方案簡述如下。

根據地勘報告，樁號王S S0+000.0～王S S0+058.4范圍內采用鋼筋砼掛板擋墻+灌注樁，調整南側設計河口線距箱涵外邊線的距離，調整后設計河口線與箱涵外邊線相距4.6～11.4m;樁號王S S0+058.4～王S S0+406.2范圍內采用漿切塊石擋墻+灌注樁，設計河口線按照河道藍線設計，設計河口線與箱涵外邊線相距8.0～20.0m。

選取最不利斷面C—C進行模型計算，具體平面位置和剖面關系詳見上圖1、圖2。

經統計，與合流污水二期（中線）箱涵距離最近的護岸基礎見下表1：

2.3 河道開挖對合流污水箱涵的影響分析

對王家浜挖河進行有限元分析，因河道與污水箱涵相對位置恒定，故計算采用巖土專用有限元分析軟件Plaxis進行三維有限元模型的平面計算，數值計算中充分考慮了河道開挖的影響范圍建立計算模型[9]。目的在于通過有限元分析，對王家浜按規劃挖河過程中對污水箱涵結構影響進行分析評估。分析過程中將計算值與污水箱涵工程位移控制標準進行比較，從而為判斷本工程對污水箱涵結構的影響程度提供理論依據，并對設計及施工方案提出建議。

為了較準確地反映河道開挖施工時填土卸荷對污水箱涵的附加變形影響，計算采用彈塑性有限元分析方法，準確考慮各結構的空間位置和剛度大小，按實際施工工序，精確模擬河道開挖對污水箱涵的影響。數值計算中，土體采用實體單元進行模擬;箱涵采用板單元模擬，并根據截面進行剛度換算[10]。其中，土體采用莫爾-庫侖模型模擬;圍護結構材料考慮為彈性受力階段，設為彈性材料[11]。計算中考慮地下水的滲流影響，以及初始固結沉降和初始應力的影響，并通過施工階段來模擬施工工況。

由圖7可知，施工期間，河道開挖至設計口寬為最不利工況，此時河底最大變形值1.62mm，污水箱涵最大變形值為1.05mm。根據上述分析結果，對照相關條例、標準并結合已有的工程經驗可知，本工程實施過程中能滿足污水箱涵正常運行的要求。

3 結論

通過三維有限元模型計算，鉆孔灌注樁能夠降低河道開挖對箱涵附近土體的擾動，減小土體位移，從而控制箱涵變形。此外通過后續對污水箱涵水平及豎向位移監測、分層沉降監測，以及實際使用效果，證明了采用鉆孔灌注樁對保證污水箱涵安全穩定運行是切實可行的，從而解決河道開挖對污水箱涵的影響問題。鉆孔灌注樁可滿足承載力及地基變形要求，施工簡便，非擠土樁，不會對附近結構造成不良影響，可以為其他類似工程提供參考。

參考文獻

[1]楊占山，張傳才.鉆孔灌注樁在水利工程中的應用現狀[J].水利科技與經濟，2008（01）：70-72.

[2]王昕.鉆孔灌注樁在水利工程中的應用技術[J].現代農業科技，2011（18）：284-285+287.

[3]李淵.鉆孔灌注樁在水利工程中的應用[J].水科學與工程技術，2017（04）：66-68.

[4]汪艷濤.水利施工中的鉆孔灌注樁技術應用及質量控制分析[J].建筑技術開發，2019，46（14）：142-143.

[5]吳睿，陳峰.懸臂灌注樁在張家塘泵閘工程中的應用[J].上海水利，2000（01）：27-29+45.

[6]《上海市排水管理條例》.

[7]《上海市合流污水治理設施管理辦法》.

[8]《上海市原水引水管渠保護技術標準》.

[9]李志剛，王福強，王婷婷.PLAXIS數值模擬在分離卸荷式鋼管板樁碼頭計算中的應用[J].港工技術，2017，54（06）：43-48.

[10]湯子揚，牛志國，陳春燕.Plaxis在板樁碼頭分析中的應用[J].水利水運工程學報，2013（01）：81-85.

[11]張建標，吳力平，馮楊.鉆孔灌注樁支護結構技術分析與研究[J].消費導刊，2009（20）：209-211.