復雜雙排灌注樁斜拋撐深基坑支護結構設計*

邵 卿，張 萍，楊世潮，蘇 朋

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

由于雙排樁支護可提供較大的側向剛度，并能有效控制基坑側向變形，因此，這種結構形式在基坑支護工程中已得到廣泛應用[1-5]。胡偉利等[6]將雙排樁支護結構應用于港區護岸工程，并進行了結構穩定性計算，發現各項指標均滿足規范要求。其他專家學者也對此有過類似研究[7-9]。

1 工程概況

北支江上游水閘、船閘工程主要工程項目包括新建上游水閘、船閘及工程范圍內的堤防工程等。水閘由上游鋼筋混凝土鋪蓋、閘室及下游鋼筋混凝土護坦組成。左岸與防護堤相接，右岸與船閘上閘首相鄰。閘室段為水閘工程的主體，閘室為平底開敞式結構，由閘底板、閘墩、工作閘門等組成。水閘共3孔，每孔凈寬60.0m，閘底板順水流方向長30.0m，閘室總寬225.0m(不含船閘)，閘墩頂高程為6.700m。采用底軸驅動式翻板閘門，閘門尺寸為60.0m×4.9m(寬×高)，最大擋水高程6.000m。

上游水閘、船閘工程布置于上堵壩下游約70m的北支江河道，左岸與正在施工的泵站工程相鄰。因本工程左岸緊鄰配水泵站箱涵，故設計左岸為臨時基坑支護，基坑設計使用年限為2.0年，基坑安全等級為一級，安全重要性系數取1.1。

2 工程地質與水文地質

2.1 工程地質概況

根據勘探揭露的地層情況，上游閘線基巖為燕山期入侵的花崗閃長巖，埋深達30～46m，左側埋深淺、右側深。上部第四系地層以沖海積地層為主，呈上細下粗的二元結構。按地質時代、成因類型及工程特性，自上而下劃分為7個大層：①填土和塘泥 該層主要分布于河道岸側和河道底，工程性能差；②粉細砂 灰黃色，稍密，飽和，含云母，偶夾層狀黏性土，中等壓縮性，工程性能一般；③淤泥質黏土夾粉砂 主要有淤泥質粉質黏土夾粉砂和黏質粉土夾粉砂2個亞層，工程性能差，屬高壓縮性土；④細砂 由粉細砂和含礫細砂2個亞層組成，灰、灰黃色，稍密～中密，飽和，中等偏低壓縮性～中等壓縮性，場區內局部分布，工程性能一般；⑤粉質黏土 有淤泥質粉質黏土、粉質黏土和粉質黏土與粉砂互層3個亞層，灰色，流塑～硬可塑，中等壓縮性～中等偏高壓縮性，局部分布，工程性能一般；⑥含礫/砂粉質黏土 主要由含礫粉質黏土、圓礫、中砂和卵石等4個亞層組成，主要呈現灰色、灰黃色及青灰色，整體工程性能較好；⑦花崗閃長巖 根據風化程度分為全風化、強風化和中風化花崗閃長巖，灰黃～灰白色，巖體結構從上而下完整性增加，節理、裂隙減少，工程性能較好且逐步增加。

2.2 水文地質概況

根據地下水賦存條件，水理性質及水動力特征可將工程區域地下水分為地表水、松散巖類孔隙水、孔隙承壓水及基巖裂隙水4類。

1)地表水 水位隨季節性變化及江水變化較大，勘探期間北支江河道水深1.6～3.3m，相應高程3.202～5.810m。

2)松散巖類孔隙水 孔隙富水性和滲透性均呈現各向異性，水位隨季節變化明顯，地下水埋深0.70～2.70m，相應高程4.930～6.390m。

3)孔隙承壓水 主要分布于下部的⑥4卵石層中。相對隔水層為上部的③淤泥質黏土夾粉砂層及⑤1淤泥質黏土層、⑤2粉質黏土層。根據鉆孔SZK27號水位觀測，其承壓水穩定水位高程為4.260m，表現為層間無壓水性質。由于承壓水壓力小，承壓水對鉆孔灌注樁施工一般無影響。

4)基巖裂隙水 賦存于下部基巖裂隙中，水量貧乏，對本工程影響甚微。

3 基坑支護設計

左岸基坑支護結構采用φ800@1 000/φ800@2 000，φ1 200@2 800/φ1 200@1 400 2排鉆孔灌注樁，水閘底板工程樁φ800@3 000，3排三軸水泥攪拌止水樁及若干三軸水泥攪拌加固樁，并結合坑內4道混凝土結構斜拋撐。鉆孔灌注樁嵌固深度為進入⑥4卵石層≥2m，基坑豎向設4道支撐，每道支撐為800mm×900mm梁，中間設鋼立柱，端部在水閘底板上設置斜拋撐牛腿，水平間距9m，長度25.45m；第2，3道支撐采用φ609×16鋼管，水平間距3m。樁間網噴混凝土，采用φ6.5@250鋼筋網×250鋼筋網，100mm厚C20噴射混凝土。2排灌注樁樁頂設鋼筋混凝土冠梁，截面尺寸1 400mm×900mm，中間連梁截面尺寸800mm×900mm。灌注樁平面布置如圖1所示。

圖1 灌注樁平面布置

4 基坑支護施工

4.1 施工平臺填筑

在汛期影響下，河水位為5.700～5.800m，為滿足三軸水泥攪拌樁及鉆孔灌注樁安全施工作業條件，作業平臺至少高于地下水位1.5m，綜合考慮，三軸水泥攪拌樁施工作業平臺高程需達到7.000m標高。本基坑支護施工平臺填筑前應對原狀回填塊石、障礙物及相鄰標段圍堰遺留淤泥等進行挖除，吹填外側加固樁臨江側填筑邊線≥20m，為增加軟土地基承載力，故全部采用充砂管袋填筑防滲，管袋棱體外側按1∶3 進行放坡，施工平臺上游填筑與堵壩相接，確保吹填質量。

4.2 三軸水泥攪拌樁施工

本工程三軸水泥攪拌樁設計要求采用“二噴二攪”施工工藝，止水帷幕采用套接一孔法施工，坑內加固相鄰樁搭接250mm。攪拌樁采用P·O42.5水泥，水泥摻量為20%，水灰比為1.5。

三軸水泥攪拌樁施工分為止水樁和坑內加固樁，如圖2所示，其中陰影部分為重復套鉆，保證墻體的連續性和接頭的施工質量，三軸水泥攪拌樁的搭接及施工設備的垂直度補正依靠重復套鉆來保證，以達到止水目的。

圖2 三軸水泥攪拌樁施工順序

4.3 鉆孔灌注樁施工

本工程采用雙排鉆孔灌注樁，閘閥室位置結合一道鋼筋混凝土斜拋撐方案。典型支護剖面如圖3所示。左岸基坑支護分為基坑支護鉆孔灌注樁和施工平臺閘室范圍內鉆孔灌注樁。三軸水泥攪拌樁施工完成后，即進行鉆孔灌注樁施工。

圖3 典型支護剖面

左岸基坑支護φ800鉆孔灌注樁共99根，樁長15.1m；φ1 200鉆孔灌注樁共45根，樁長24.6m。施工平臺閘室底板范圍內φ800鉆孔灌注樁共90根，樁長18m。根據地質資料，鉆孔灌注樁施工采用GPS-20型鉆機造孔，水下直升導管法澆筑混凝土。鉆孔灌注樁施工要求如下。

1)根據鉆孔灌注樁直徑、樁數、中心間距、樁頂/底標高、配筋等參數施工，樁頂嵌入冠梁深度100mm。

2)鉆孔灌注排樁應采用跳打法施工，相鄰兩樁最小施工間隔時間≥36h。

3)樁位偏差軸線和垂直軸線方向均≤50mm；垂直度偏差≤0.5%。樁徑允許偏差±50mm，充盈系數≥1.0。孔底沉渣厚度≤100mm。

4)成孔施工應一次不間斷完成，成孔完畢至灌注混凝土的時間間隔≤24h。

5)鋼筋籠可整段或分段制作，視鋼筋籠的長度、整體剛度、起吊設備等確定。

6)鋼筋籠主筋間距允許偏差±10mm，箍筋間距允許偏差±20mm，鋼筋籠直徑允許偏差0～10mm，鋼筋籠保護層允許偏差±20mm，鋼筋籠制作長度及安裝深度允許偏差±100mm。

7)支護樁采用C30水下灌注混凝土。水下混凝土必須具有良好的和易性，水灰比宜為0.5～0.55，坍落度可取180～220mm。水下混凝土必須連續灌注，每根樁的灌注時間按初盤混凝土的初凝時間控制。

8)支護樁超灌高度取800mm。冠梁施工前，應將支護樁樁頂浮漿鑿除，并將殘渣、浮土和積水清理干凈，鑿除浮漿后必須保證暴露的樁頂混凝土達到強度設計值，鑿樁不得破壞樁身質量。

9)支護樁施工前應做好試樁工作，確定灌注樁的成樁工藝、泥漿配合比等參數后方可進行正式施工。

4.4 鋼立柱施工

鋼支撐采取場內制作，支撐柱均采用460mm×460mm十字型鋼柱。

鋼立柱與水閘基坑工程樁相結合，鋼立柱底端插入灌注樁≥3m，延伸至底板，在底板中設置鋼桁架止水片，單根立柱采用4根∟140×14，四面均采用-420×200×10鋼板進行焊接，間距50cm。鋼立柱深入支撐梁40cm。立柱成孔垂直度≤L/150，立柱樁沉渣厚度≤50mm，立柱及立柱樁定位偏差≤20mm，立柱垂直度≤L/200。

4.5 冠梁、連梁、支撐梁施工

左岸基坑支護冠梁、連梁分為4種規格： ①1 200mm×900mm,長106.9m； ②1 400mm×800mm,長87.7m； ③800mm×800mm,長174.8m； ④800mm×900mm,長122.0m。灌注樁施工并檢測完成后，對7.00m施工平臺開挖至4.100m標高，鑿除樁頭、整平并進行冠梁施工，冠梁施工時應預留支撐梁鋼筋。

采用4道鋼筋混凝土支撐，截面尺寸為800mm×900mm，兩側間距9m，第2道與第3道間距為6m，斜支撐坡度為1∶11，其頂面與冠梁頂面持平。混凝土斜拋撐牛腿設置在水閘閘室底板上，底板施工時應預留插筋，待底板施工完成后進行4個牛腿施工，牛腿底寬為2 500mm×1 000mm。

4.6 自流深井施工

本工程左岸基坑支護止水帷幕范圍內設置15口自流深井，有效降低支撐荷載，間距10m，管井直徑300mm，PVC管上打φ14@50梅花形孔，外包70目鋼絲網和塑料絲網3層，并用6目鉛絲網綁扎，基坑內外深井井底高程均為-7.000m或進入 ⑤1淤泥質粉質黏土1.0m，孔內回填級配砂，孔底內置潛水泵。

施工工藝流程為：泥漿池砌筑→井點測量定位→鉆機定位→鉆孔→清孔→回填砂礫底層→吊放降水管→回填砂礫過濾層→封口→管井降水。

4.7 混凝土支撐梁拆除

結合本工程實際情況，因水閘底板為異形面，不具備機械拆除條件，故采用人工拆除方案，人工拆除前應搭設作業腳手架，并在支撐梁施工范圍內滿鋪2層木模板+1層30cm厚砂袋，對底板面層進行有效保護，以防止破碎支撐梁混凝土施工時混凝土塊體自由下落，對底面層造成沖擊破壞。

腳手架寬度為2 500mm，立桿間距1 500mm，支撐底水平桿距梁底200mm，水平桿間距1 500mm，為防止支撐斷裂時沖擊水平桿，在梁底水平桿中間部位增設1根立桿，間距1 500mm，操作臺上滿鋪腳手片，板下滿掛密目安全網，外立桿必須搭設剪刀撐，以確保腳手架底部均勻受力及穩定。在距地面200mm處應設置掃地桿，在腳手架操作平臺立管下墊方木或槽鋼。支撐架結構如圖4所示。

圖4 支撐架結構示意

4.8 樁間網噴混凝土

樁間土采用掛設φ6.5@250×250鋼筋網并噴射C20混凝土進行支護，厚100mm。

樁間噴射混凝土采用濕噴工藝。噴射混凝土骨料在施工場地內集中拌合，用小推車運至混凝土噴射機附近進行噴射作業。土方開挖一段后，應立即掛網并噴射混凝土。鋼筋籠加工時，在支護樁背水側預留φ12@600插筋，基坑開挖后將其鑿出，并將鋼筋網片與預埋插筋焊接，以確保鋼筋網片與支護樁可靠連接。鋼筋網片隨初噴面的起伏鋪設，網片搭接長度為1～2個網格，然后再噴射混凝土至設計厚度。噴射混凝土施工工藝如圖5所示。

圖5 噴射混凝土施工工藝

5 基坑監測

沉降監測采用C20混凝土澆筑250mm×250mm×500mm矩形結構，埋入測量標。一項或一個區域的沉降點應連成閉合水準路線，利用三等水準測量。按GB 12898—2009 《國家三、四等水準測量規范》進行檢定。支護結構水平位移監測按每組間距20m控制，水平位移與沉降監測點使用同一點，并與相應的結構水平位移位置對應，各測點頂部刻上標記。土體水平位移采用腳手架鋼管夯實進入穩定土層1.2m，保證鋼管垂直于土體，且鋼管上口采用鋼鋸條進行測量標記。水平位移監測采用極坐標法或視準線法，基坑開挖前1周建立各監測點的初始坐標，基坑開挖后將每次測量值與初始值對比得到該點的位移量，利用極坐標法進行數據處理，得到最終位移量。

6 結語

雙排灌注樁斜拋撐支護結構應用于北支江上游水閘、船閘深基坑工程，通過嚴控設計與施工過程，取得良好的應用效果，為復雜雙排灌注樁斜拋撐支護結構在水閘、船閘深基坑工程中的應用提供了新的思路。