朝陽溪夾深厚軟弱夾層地基改道河道支護設(shè)計

韋永超，顏 春，黃江濤，吳光航，賀劍輝

(1.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001)

0 引言

朝陽溪是一條貫穿南寧市老城區(qū)的天然洪雨河流，幾十年來隨著城市各個歷史階段的建設(shè)發(fā)展，朝陽溪一度成為納污河道，環(huán)境狀況惡劣，兩岸建筑密集雜亂，與周邊城市建設(shè)不配套，嚴重影響周邊開發(fā)建設(shè)。為全面改善朝陽溪流域的生態(tài)面貌，構(gòu)筑高品質(zhì)的人居空間，加快朝陽溪河道環(huán)境綜合整治是非常必要的和十分緊迫的。通過河道整治，提高河道的行洪能力，滿足朝陽溪防洪排澇要求，對實現(xiàn)南寧市水系河道濱水生態(tài)城市具有重要意義。

因此，本文結(jié)合朝陽溪河道整治工程北湖北路段河道改造工程的關(guān)鍵巖土工程設(shè)計和施工關(guān)鍵問題進行了闡述分析，為今后類似工程設(shè)計和施工提供參考。

1 工程地質(zhì)與重難點

1.1 工程概況

規(guī)劃朝陽溪河道北湖北路段位于改擴建北湖北路西側(cè)人行道外側(cè)，規(guī)劃河道寬為12 m，設(shè)計常水位為70.8 m，50年一遇洪水位74.91～75.28 m，規(guī)劃河道河底標(biāo)高約70 m。朝陽溪東岸改擴建北湖北路設(shè)計道路人行道地面標(biāo)高約76.1～77.2 m，河底與東岸地面高差約為6～7.2 m。因該路段道路拓寬和規(guī)劃朝陽溪河道改道且規(guī)劃河道緊臨道路，河道岸邊無放坡空間。

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)地勘鉆探，該處地層自上而下主要有：填土，粉質(zhì)黏土和圓礫，粉砂質(zhì)泥巖。根據(jù)原位試驗和室內(nèi)試驗，各土層巖土物理力學(xué)參數(shù)如下頁表1所示。

表1 土層巖土物理力學(xué)參數(shù)表

1.3 地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

由上述地層描述可知，該地層形成以軟塑狀粉質(zhì)黏土為中心，向上向下地層土質(zhì)相對越硬，類似“三明治”的層狀結(jié)構(gòu)。圓礫層中含有承壓水，其粉質(zhì)黏土層根據(jù)軟硬情況自上而下可分為硬塑狀、可塑狀、軟塑狀，表現(xiàn)為越靠近含有承壓水的圓礫層土質(zhì)越軟，且地層的物理力學(xué)性質(zhì)越差。這些問題給基坑底標(biāo)高位于軟弱夾層的基坑開挖坑壁邊坡穩(wěn)定性帶來了隱患。

1.4 工程難點分析

根據(jù)拓寬道路和規(guī)劃河道的位置關(guān)系，河道邊線與道路紅線距離約為1.0～8.6 m，河道東岸約660 m長，不具備放坡條件。根據(jù)規(guī)劃河道河底標(biāo)高與地質(zhì)地層標(biāo)高關(guān)系，其地層為上層相對較好，規(guī)劃河道河床接近或位于深厚軟塑狀粉質(zhì)黏土層，改道河道基坑開挖容易造成坑底隆起失穩(wěn)和坑壁滑塌破壞，基坑施工風(fēng)險大。

因施工項目地處鬧市區(qū)，城市地下管線密集，擬建場地規(guī)劃改道河道下方存在多處過河排水管道，管道直徑大，在河床埋藏淺，河道下伏大型管道處護岸結(jié)構(gòu)嵌固深度嚴重不足，甚至沒有嵌固空間，改道河道基坑開挖變形控制要求嚴格，給支護結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工帶來困難和挑戰(zhàn)。

2 改道河道護岸支護設(shè)計

2.1 改道河道河岸支護方案論證

朝陽溪河道北湖北路段河岸長660 m，改道河道基坑開挖深度約為6～7.2 m。為保證北湖北路改擴建空間和保證朝陽溪河道滿足防洪需求的斷面要求，節(jié)省寶貴的城市建設(shè)用地，河岸須采用垂直護岸。

地下連續(xù)墻因集優(yōu)異的擋土止水功能于一體，而被常用為基坑支護結(jié)構(gòu)，但作為一種河岸擋墻結(jié)構(gòu)，施工時需及時排除墻后地下水，防止地下水位積聚升高引起擋墻結(jié)構(gòu)因受水土壓力增大而變形過大或失穩(wěn)。此外，地下連續(xù)墻在河底下伏管道處無法施工。

排樁+預(yù)制擋土板組合形成的樁板式擋墻[1-2]是邊坡工程常用的支護結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)要求支護樁后土具有較好的自穩(wěn)性能。本工程改道河道基坑邊坡土體因含有深厚軟弱夾層而自穩(wěn)能力差，故難以適用該支護結(jié)構(gòu)。

在隧道豎井工程中，為維持井壁穩(wěn)定，常采用倒掛井壁法施工井壁支護結(jié)構(gòu)，即逆作法施工工藝。為此，本工程提出了采用灌注樁結(jié)合逆作法樁間擋土板施工的“灌注樁+逆作法擋土板”懸臂樁板式支擋結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)永久邊坡的直立支護并保證施工期間改道河道基坑坑壁土體的穩(wěn)定。

根據(jù)荷載-結(jié)構(gòu)法原理，懸臂式支護結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性主要取決于嵌固段被動區(qū)土壓力與主動區(qū)土壓力的相互平衡，因此，保證支護結(jié)構(gòu)被動區(qū)土體強度和足夠的嵌固深度，以提供足夠可靠的土反力是關(guān)鍵。研究表明[3]，隨著坑底加固體剛度的增大，整個基坑的地面沉降、坑底隆起、支護樁水平向位移等減小。考慮到本工程河道河底位于深厚軟塑狀粉質(zhì)黏土軟弱夾層，對基坑穩(wěn)定極為不利。攪拌樁地基加固因加固深度深、成樁質(zhì)量較穩(wěn)定、加固體強度較高、止水性好而成為軟土地區(qū)基坑主動區(qū)被動區(qū)土體加固的重要手段。軟土地基坑底加固研究表明[4-6]，當(dāng)只加固坑底寬度范圍的一半時，隨著加固區(qū)土體剛度的增大，坑底隆起、地面沉降、支護樁水平向位移都有所減小，但是另一半未加固區(qū)的坑底隆起受加固區(qū)土體剛度增加的影響非常有限，坑底隆起曲線呈臺階形，未加固區(qū)的坑底隆起遠大于加固區(qū)。因此，本工程采用三軸攪拌樁對被動區(qū)河底地基軟弱土體進行全斷面加固。考慮到支護樁嵌固段幾乎都位于深厚軟塑狀軟弱土層，為保證加固土體垂直方向的整體性，同時方便施工，攪拌樁采用橫向咬合搭接、縱向接觸的滿堂加固方式(見圖1)。根據(jù)工程經(jīng)驗和采用理正深基坑荷載-結(jié)構(gòu)法進行試算，確定支護體系參數(shù)。具體支護如下：

圖1 朝陽溪河岸支護結(jié)構(gòu)平面圖

支護結(jié)構(gòu)采用“懸臂式鉆孔灌注樁+逆作擋土板+樁前土被動區(qū)攪拌樁加固”支護體系。支護樁樁徑為1.5 m，樁間距為2.2～2.5 m，樁前被動區(qū)軟塑狀粉質(zhì)黏土采用φ850 mm@600攪拌樁滿堂加固，支護樁前設(shè)置0.3 cm厚C30鋼筋混凝土擋板。

2.2 改道河道河岸支擋結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

基坑工程實踐表明，不合理的施工工序是造成基坑邊坡失穩(wěn)破壞的重要因素，因此，要結(jié)合支護結(jié)構(gòu)的受力特點，采用合理的工藝和制定合理的施工工序。根據(jù)懸臂式排樁支護結(jié)構(gòu)受力特點和基坑開挖卸荷及樁墻前后主動區(qū)、被動區(qū)土壓力發(fā)揮和傳遞與平衡關(guān)系，樁前地基土攪拌樁加固效果和與支護樁的充分緊密接觸是保證支護樁變形和穩(wěn)定性滿足設(shè)計要求的可靠保證。樁前地基土攪拌樁加固處理施工應(yīng)該在支護樁施工前完成，確保支護樁與樁前攪拌樁密貼。為保證上述效果，應(yīng)在完成被動區(qū)攪拌樁加固后再進行支護樁成孔施工，并利用支護樁成孔切削部分加固土體。同時，針對局部無法密貼處，采用補充注漿加固處理，保證樁前被動區(qū)加固土體與支護樁的密貼接觸。為保證基坑開挖過程中支護樁樁間土體尤其是靠近河底處軟弱土體側(cè)向擠出，采用豎井施工的倒掛井壁法隨著基坑分層開挖自上而下分層澆筑樁前擋土板結(jié)構(gòu)，即采用逆作法施工。根據(jù)上述原則，具體施工步序如下所示：

步序1：進行地下管線的廢除與遷改；施工場地平整、施工圍擋；從地面施工支護樁樁前被動區(qū)地基土深層攪拌樁加固。

步序2：支護樁泥漿護壁鉆孔成孔(鉆孔時切削部分加固土體)后澆筑灌注樁，開挖淺基坑支冠梁底標(biāo)高，施作冠梁及梁上擋墻。

步序3：待擋墻達到設(shè)計強度后，回填擋墻后填土至設(shè)計標(biāo)高。

步序4：分層、分段、對稱開挖河道基坑土方，隨挖隨支，采用逆作法分層施工樁前擋土板；待每層樁前擋土板達到設(shè)計強度后，繼續(xù)分層向下開挖，依次循環(huán)，直至基坑底(設(shè)計河底標(biāo)高)，導(dǎo)流放水蓄水形成新河道。

2.3 下伏大型地下管道河道基坑支護設(shè)計

在基坑工程中，當(dāng)?shù)叵鹿芫€與支護結(jié)構(gòu)沖突時，一般采取避讓或遷改方式進行處理[7]。但為解決城市洪澇災(zāi)害，朝陽溪東岸雨水需經(jīng)管道排至西岸的調(diào)蓄池，在改道朝陽溪河道河底敷設(shè)多條大型排水管道。為解決軟弱土地基河道基坑底下伏大型地下管道給河道基坑開挖支護帶來的支護難題，本工程創(chuàng)造性地提出了采用“局部雙排樁+逆作擋墻+管周土體加固”形成的空間受力結(jié)構(gòu)支護體系，如圖2～4所示。經(jīng)工程實踐證明，該支護體系支護效果良好，很好地保障了下伏管道處的基坑支護安全和管道的安全。

圖2 管線處河道基坑支護結(jié)構(gòu)平面圖

圖3 管線處河道基坑支護結(jié)構(gòu)立面圖

圖4 管線處河道基坑支護結(jié)構(gòu)剖面圖

朝陽溪河道北湖北路段于2019年6月開始施工，于2020年8月基本建成并蓄水3個月，河岸支護結(jié)構(gòu)運行效果良好。

3 結(jié)語

本文介紹了朝陽溪改道河道北湖北路段護岸工程夾深厚軟弱夾層地基改道河道基坑支護體系設(shè)計，經(jīng)工程實踐，可以得出以下結(jié)論：

(1)采用“排樁+逆作法擋板+被動區(qū)攪拌樁加固”的支護體系可有效解決夾有深厚軟塑狀粉質(zhì)黏土層的“三明治”地層的朝陽溪改道河道基坑岸邊穩(wěn)定性問題和河底的隆起穩(wěn)定性破壞問題。

(2)合理的施工工序是保證改道河道基坑開挖岸邊穩(wěn)定的關(guān)鍵工藝技術(shù)。支護結(jié)構(gòu)被動區(qū)攪拌樁先行有效加固保證加固土體與后續(xù)施工的支護樁有效貼合，可以為支護樁嵌固段提供足夠的支撐，而且可以保證基坑開挖至軟土層時不發(fā)生隆起穩(wěn)定破壞，維持基坑內(nèi)外側(cè)土壓力平衡而減少支護結(jié)構(gòu)變形；逆作法擋土板可有效維持樁間土體穩(wěn)定，防止樁間軟弱土體從樁間擠出。

(3)“局部雙排樁+逆作擋墻+管周軟土地基加固”形成的空間受力結(jié)構(gòu)支護體系可以解決河道基坑下伏大型地下管線處的基坑支護難題。