鉆孔樁和高壓旋噴樁在城市河道深基坑支護中的應(yīng)用

袁曉淵 司黎晶 王子凱

(鎮(zhèn)江市工程勘測設(shè)計研究院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

近年來，人們對城市水環(huán)境和水景觀的要求日益提高，導(dǎo)致在城市建設(shè)過程中加大了對河道的整治力度。在河道防洪排澇提升、生態(tài)修復(fù)等河道整治項目中，往往涉及一些河道閘站等需要深基坑施工的場合。鑒于城市河道布置緊湊、建筑密集，地質(zhì)條件較差，工程實施過程中尤其需要對基坑支護加以重視，否則深基坑工程一旦出現(xiàn)事故將造成無法挽回的危害和經(jīng)濟損失。本文所選河道深基坑支護工程一側(cè)臨近居民區(qū)，一側(cè)臨近自來水廠，周邊環(huán)境非常復(fù)雜。針對復(fù)雜的工程環(huán)境制定相應(yīng)的支護和止水方案是保證基坑周邊建筑物安全和工程下部結(jié)構(gòu)順利實施的關(guān)鍵。

1 工程概況

曉墟河位于丹陽開發(fā)區(qū)，南北貫穿整個城區(qū)，是境內(nèi)主要骨干河道，主要承瀉上游寧鎮(zhèn)山脈東段余脈洪水，汛期北部山洪下瀉，洪水來勢迅猛，對下游造成威脅；非汛期河道缺乏水位調(diào)控手段，水源無法保障，導(dǎo)致河床裸露，水環(huán)境亟待改善。

丹陽開發(fā)區(qū)水環(huán)境生態(tài)綜合整治工程主要任務(wù)是采取工程措施，實現(xiàn)河道常水位的分級控制功能，改善沿線水環(huán)境。河道長7.56km，沿線新建3座蓄水閘，凈寬分別為40m、20m和12m，閘門采用底軸翻轉(zhuǎn)式鋼閘門。其中，曉墟閘位于下游河口處，閘門凈寬12m。

2 地質(zhì)條件

本次工程場地位于揚子地層區(qū)，從上元古界震旦系至新生界第四系發(fā)育齊全，并有火山巖及侵入巖出露。曉墟河工程地質(zhì)勘察成果如下。

a.場地附近無活動性斷裂分布，區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性較好。場地普遍分布可液化土層，處于對建筑抗震不利地段，需采用適宜的地基處理措施，消除不利影響，才可進行本工程的建設(shè)。

b.本工程曉墟河設(shè)計河底高程為0～3.0m，河岸邊坡主要分布①層素填土、①′層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②層重粉質(zhì)砂壤土以及③層輕粉質(zhì)壤土。②、③層少黏性土，抗沖刷能力差，易產(chǎn)生滲透變形破壞，①′層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，抗沖刷能力差，抗剪強度低，整體穩(wěn)定性差，均不利于坡岸穩(wěn)定。

c.場地①層素填土，土質(zhì)軟硬不均，①′層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土力學(xué)強度低，須將其清除。新建閘底板坐于③層輕粉質(zhì)壤土上，且為可液化土層，能否滿足基礎(chǔ)對地基持力層的強度和變形要求，需經(jīng)設(shè)計驗算后確定。由于③層為少黏性土，抗?jié)B能力差，建議對閘部位地基采取適當?shù)姆罎B處理措施。

3 支護技術(shù)

3.1 懸臂式支護結(jié)構(gòu)

懸臂式支護結(jié)構(gòu)下部伸入土中固定，上部承受側(cè)面推力，結(jié)構(gòu)中無任何其他支撐作用，僅依靠足夠的入土深度和結(jié)構(gòu)的抗彎能力來維持整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)的安全。懸臂式支護結(jié)構(gòu)主要又分為板樁式和排樁式。此支護在基坑之上的結(jié)構(gòu)為懸臂狀態(tài)，所以，其支點的作用力非常小，對基坑開挖深度很敏感，容易產(chǎn)生較大變形，對相鄰的建筑物產(chǎn)生不良影響，因此，此類支護結(jié)構(gòu)適用于土質(zhì)較好開挖深度較淺的基坑工程。

3.2 拉錨式支護結(jié)構(gòu)

拉錨式支護結(jié)構(gòu)由錨固系統(tǒng)和圍護結(jié)構(gòu)兩部分組成，圍護結(jié)構(gòu)通常采用鋼筋混凝土排樁或地下連續(xù)墻。根據(jù)錨固方式的不同又分為錨桿式結(jié)構(gòu)和拉錨式結(jié)構(gòu)兩種，其中，錨桿式結(jié)構(gòu)是在未開挖的土層立壁上鉆孔，孔內(nèi)放入拉桿，灌入水泥砂漿與土層結(jié)合成錨桿，錨桿另一端固定在坑壁支護結(jié)構(gòu)上，將坑壁支護所受土壓力傳至深部的穩(wěn)定土層，適用于較硬土層或破碎巖石中開挖較大較深的基坑；拉錨式結(jié)構(gòu)是將水平擋土板支在柱樁內(nèi)側(cè)，柱樁一端打入土中，另一端用拉桿與錨樁拉緊，在擋土板內(nèi)側(cè)回填土，適于開挖較大型、深度不大的或使用機械挖土不能安設(shè)橫撐的基坑。

3.3 內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)

內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)由擋土墻結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)組成，擋土墻結(jié)構(gòu)能夠抵御基坑在開挖時產(chǎn)生的各類壓力，將壓力傳遞給內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，當存在地下水時，也具有防止地下水滲漏的效果，其能夠起到穩(wěn)定基坑的效果。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性，能夠平衡基坑的壓力，當基坑深度較大，懸臂式擋墻的強度和變形無法滿足要求、坑外錨拉可靠性低時，可選用此種支護方式。內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)適用于各種地基土層，常采用鋼支撐和鋼筋混凝土梁作為內(nèi)支撐。

3.4 重力式擋土支護結(jié)構(gòu)

重力式擋土支護結(jié)構(gòu)是通過加固基坑側(cè)壁形成一定厚度的重力式擋墻，借助自身的重力實現(xiàn)基坑的穩(wěn)定，達到支護的目的，常用的重力式支護結(jié)構(gòu)為水泥攪拌樁。此類支護適用于軟土地基，但基坑的深度不能過大，一般用于4～6m深的基坑。

3.5 土釘墻支護

土釘墻支護結(jié)構(gòu)由土釘、鋼筋混凝土面層和被加固土體組成，其特點為一邊開挖基坑，一邊進行土釘支護，自上而下施工，不施加預(yù)應(yīng)力，全長范圍內(nèi)受力，密度大。這種支護結(jié)構(gòu)成本較低，而且施工簡單，在我國深基坑支護中較為常見，適用于地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、黏性土和弱膠結(jié)砂土的基坑開挖支護，不可用于黏聚力較差的砂土、淤泥質(zhì)軟土和強度較低的地基，對變形要求嚴格的基坑工程同樣不適用。

4 工程支護及防滲方案

4.1 工程技術(shù)難點

曉墟河為城市河道，河口處新建的曉墟閘場地有限，且兩側(cè)布滿建(構(gòu))筑物。河道西側(cè)為居民區(qū)，距離新建閘最近的2座居民樓中位于北邊的居民樓為6層的磚混結(jié)構(gòu)，與新建閘水平最短距離為17m；位于南邊的居民樓為6層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與新建閘水平最短距離為16m。河道東側(cè)為丹陽市自來水廠。新建的曉墟閘平面位置見圖1。

圖1 新建曉墟閘平面位置示意

根據(jù)新建閘址場地情況和地勘資料，為降低本工程對周邊建筑物的影響，尤其是對西北側(cè)的6層磚混結(jié)構(gòu)居民樓的影響，本工程技術(shù)難點主要如下：

a.基坑開挖深度8m，挖深較大，且基坑?xùn)|、西兩側(cè)均臨近建筑物，施工場地受限，整個周邊環(huán)境較復(fù)雜。本工程基坑開挖需嚴格控制圍護結(jié)構(gòu)的變形，減小基坑周圍土體的變形，從而降低對周邊建筑物的影響，尤其是防止基坑開挖造成西側(cè)磚混結(jié)構(gòu)的居民樓破壞。

b.根據(jù)地勘資料，施工期基坑周邊地下水位較高，水位埋深在1.1～3.3m之間，且基坑南邊為九曲河，基坑開挖需充分考慮地下水位的影響，解決好滲水、透水問題。防止基坑周邊地下水下降造成地面沉降，從而影響周邊建筑物；同時注意防范基坑滲水對施工質(zhì)量和施工安全造成影響。

c.根據(jù)地勘資料，新建閘底板位于③層輕粉質(zhì)壤土夾砂壤土上，為可液化土層，基坑支護和止水帷幕方案需充分考慮地質(zhì)問題。

4.2 工程支護及防滲方案

本工程基坑深8m，基坑支護采用技術(shù)成熟的鉆孔灌注樁+鋼筋混凝土內(nèi)支撐方案，止水采用高壓旋噴樁止水帷幕。具體支護方案為：基坑西側(cè)(臨近居民區(qū)側(cè))采用雙排鉆孔灌注樁，樁徑1m，樁間距1.2m，樁長23m，樁頂冠梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，梁寬3.2m，梁高0.8m；基坑?xùn)|側(cè)(臨近自來水廠側(cè))單排鉆孔灌注樁，樁徑1m，樁間距1.2m，樁長23m，樁頂冠梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，梁寬1.4m，梁高0.8m。基坑支護水平內(nèi)支撐采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置于支護頂端。內(nèi)支撐平面布置見圖2。

止水采用高壓旋噴樁止水帷幕，沿基坑四周施打雙排高壓旋噴樁，形成一圈止水帷幕，樁徑0.6m，搭接長度0.2m，樁長13.5m，樁端進入不透水層⑥號黏土層不小于1m。為降低西側(cè)(臨近居民區(qū)側(cè))滲水風(fēng)險，基坑開挖后在基坑內(nèi)側(cè)布置寬4.8m、長3m的止水帷幕。鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁平面布置見圖3。

4.3 高壓旋噴+鉆孔灌注樁基坑支護優(yōu)點

在城市建設(shè)過程中，深基坑支護隨處可見，但城市河道泵閘深基坑支護與城市中常見的高層建筑物、下穿式地道、地下廣場支護相比，其施工環(huán)境又具有一定的特殊性，其除了保護周邊建筑物安全外還具有施工場地狹窄、基坑內(nèi)低水位干法施工、基坑周邊地下水位較高、地基多為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等特殊性。

本工程選用的高壓旋噴+鉆孔灌注樁支護方案在城市河道深基坑支護中具有其獨特優(yōu)勢。首先選用鉆孔灌注樁+橫支撐支護方案，不僅能減少基坑的橫向開挖面，從而保證工程的順利實施，還具有施工設(shè)備簡單，占地少，施工時無振動、噪聲小、無擠土現(xiàn)象，支護強度大，支護整體穩(wěn)定性好等優(yōu)點，可有效控制基坑周邊土體變形，保護基坑西側(cè)(臨居民區(qū)側(cè))建筑物的安全。其次，選用高壓旋噴樁止水帷幕具有施工設(shè)備體積小，施工占地少，樁體成型可塑性強等優(yōu)點，在此基坑圍護中止水效果尤為凸出。本工程待鉆孔灌注樁施工后再施打高壓旋噴樁，采用此施工順序，高壓漿液將填滿空隙，與灌注樁壁緊密貼合，整體性好，可防止灌注樁外側(cè)形成不規(guī)則塌孔等情況，尤其適用于軟土地基。采用高壓旋噴樁止水帷幕的基坑，土方開挖至設(shè)計標高時，基底干燥，止水效果好，可有效防止因滲水、透水造成的基坑周邊土體變形。基坑西側(cè)(臨居民區(qū)側(cè))采用兩道止水帷幕，可進一步降低周邊建筑物破壞風(fēng)險。

圖2 內(nèi)支撐平面布置

圖3 鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁平面布置

5 工程效果

城市河道閘站深基坑支護與城市中常見的深基坑支護相比，其除了保護周邊建筑物安全外還具有施工場地狹窄、基坑內(nèi)低水位干法施工、基坑周邊地下水位較高、地基多為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等特殊性。丹陽開發(fā)區(qū)水環(huán)境生態(tài)綜合整治工程采用高壓旋噴+鉆孔灌注樁支護和止水方案，具有施工設(shè)備簡單，占地少，支護強度大，整體穩(wěn)定性好等優(yōu)點，高壓旋噴樁緊貼灌注樁設(shè)置，止水效果好，尤其適用于軟土地基。工程施工前對東側(cè)臨近的磚混結(jié)構(gòu)居民樓進行了主體結(jié)構(gòu)安全性檢測，工程施工過程及施工后均進行實時監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明，本次工程的實施未引起基坑周邊土體的任何變形，臨近基坑的磚混結(jié)構(gòu)樓房均未受到任何影響，施工期間基坑內(nèi)無滲水，工程效果良好，可為類似工程設(shè)計提供借鑒。