“兩墻合一”基坑支護(hù)技術(shù)在杭州三堡排澇泵站箱涵工程中的應(yīng)用

蔡宏偉 孟金波

（杭州市南排工程建設(shè)管理處 310020）

1 工程概況

杭州三堡排澇工程位于三堡二線船閘（溝通京杭運(yùn)河與錢塘江）以西、之江東路和規(guī)劃運(yùn)河西路以東之間的條帶上，工程主要由排澇泵站、進(jìn)排水箱涵及排水閘等建筑物組成，其中有約450m長單孔排水箱涵布置在三堡二線船閘引航道西側(cè)防洪堤護(hù)坡上。

單孔箱涵凈寬7m，頂板高程6.8m、底板底高程-0.9m（含墊層），箱涵西側(cè)防洪堤堤頂高程10.0m，東側(cè)吹填土圍堰頂高程8.5m，設(shè)計最大開挖深度10.9m。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層結(jié)構(gòu)及特征

根據(jù)本工程地質(zhì)勘察報告，單孔箱涵工程區(qū)屬錢塘江沖海積區(qū)，由于沉積環(huán)境的不斷變遷，土層分布不均勻。勘探孔孔口高程約10m，自上而下主要土層有：①層人工堆積土；②層砂質(zhì)粉土；③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；④層粉質(zhì)粘土。

①層人工堆積土以素填土為主，由粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土等組成，土質(zhì)不均，層厚 6.1～8.9m；防洪堤堤腳及大堤外側(cè)一帶局部拋石，層厚約1.5～2.0m。

②層砂質(zhì)粉土為灰色—灰黃色，以砂質(zhì)粉土、粉砂為主，夾粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土，密實(shí)度一般以稍密—中密為主，中等—低壓縮性，層厚14.9～20.0m。

③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為灰色—青灰色，飽和，流塑—軟塑，高壓縮性，夾少量粉土及粉砂，局部含少量有機(jī)質(zhì)，層厚一般1.8～5.5m（見下表）。

各土層物理力學(xué)指標(biāo)表

2.2 水文地質(zhì)條件

工程區(qū)屬錢塘江河口，受徑流與潮汐共同作用，多年平均年最高潮位6.75m，平均水位3.96m；防洪堤地下水位約4.0m，同時受錢塘江水位漲落影響。

地下水賦存類型主要為第四系松散堆積層孔隙潛水。上部①層人工堆積土及②層砂質(zhì)粉土層屬中等透水性—弱透水性，其下伏的③層淤泥質(zhì)土屬弱透水性。

3 周邊環(huán)境特征

單孔箱涵工程布置在三堡二線船閘下游引航道內(nèi)西側(cè)防洪堤迎水面護(hù)坡上。防洪堤堤頂為施工道路，是混凝土運(yùn)輸?shù)鹊闹饕缆贰５毯笃叫胁贾糜行绿梁优潘谜炯芭潘浜浜鼐€分別有沿江大道穿運(yùn)河隧道（頂高程-9.0m）、D529煤氣管（頂高程-10.2m）、D2000污水干管（頂高程-7.0m）相交。由于船閘通船流量大，箱涵施工期無法斷航，故采用平行于箱涵軸線縱向布置吹填土圍堰臨時擋水，為滿足安全度汛要求，圍堰頂高程為8.5m。周邊環(huán)境情況詳見圖1。

圖1 基坑典型平面布置圖

4 基坑圍護(hù)方案選擇與設(shè)計

4.1 支護(hù)方案選擇

該工程基坑最大開挖深度10.9m，屬一級深基坑，支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇考慮的主要因素如下：

a.箱涵布置在防洪堤與臨時圍堰之間寬約30m的狹長地帶上，施工空間有限。西側(cè)防洪堤屬錢塘江強(qiáng)涌潮地段，由于箱涵工程量大，需要跨汛期施工，為確保度汛安全，不能對防洪堤堤身進(jìn)行大開挖，因此不具備放坡或土釘?shù)绕渌ёo(hù)條件。

b.基坑開挖影響范圍內(nèi)主要以砂質(zhì)粉土為主，滲透系數(shù)大。西側(cè)防洪堤堤身地下水位維持在4.0m左右，東側(cè)圍堰臨水，水位受潮汐影響，基本在4.0～7.0m之間變化，基坑周圍及坑底滲透壓力大，易產(chǎn)生滲透變形。

根據(jù)基坑周邊環(huán)境、開挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、施工作業(yè)設(shè)備和施工季節(jié)等條件，遵循“安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便”原則，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定基坑支護(hù)方案為：4.5m高程以上利用原防洪堤和圍堰邊坡按放坡支護(hù)考慮，4.5m高程以下采用兩側(cè)地下連續(xù)墻與箱涵側(cè)墻“兩墻合一”結(jié)合坑內(nèi)臨時支撐系統(tǒng)，坑內(nèi)外布置輕型井點(diǎn)和深井降水。

4.2 支護(hù)設(shè)計

4.2.1 “兩墻合一”墻體設(shè)計

“兩墻合一”地下連續(xù)墻的設(shè)計需同時滿足基坑開挖和永久使用兩個階段的受力要求。該工程采用復(fù)合墻的結(jié)合方式，主體結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻采用C25水下混凝土，墻厚80cm，槽段長5～8m不等，槽段間為半圓形鎖口管接頭，墻內(nèi)側(cè)鑿毛后襯30cm鋼筋混凝土，與連續(xù)墻形成整體，共同受力。連續(xù)墻入土深度按不少于3倍開挖深度考慮取14.9m，作為箱涵基礎(chǔ)承受水平和豎向荷載。

4.2.2 水平支撐及節(jié)點(diǎn)連接

坑內(nèi)在3.8m處布置橫向圍檀，并設(shè)φ420×6鋼管支撐，支撐鋼管中心線高程3.8m，間距2.7m。連續(xù)墻采用植筋方式與底板相連接，通過插筋與底板連接。

基坑剖面布置如圖2所示。

5 施工工藝

5.1 連續(xù)墻施工

圖2 基坑典型剖面圖

在對原防洪堤護(hù)坡和地下塊石挖除后將工程區(qū)地面吹填至5.3m，對吹填土進(jìn)行振沖擠密處理，澆筑混凝土導(dǎo)墻和路面，作為連續(xù)墻施工平臺，采用上海金泰SG35液壓抓斗成槽，50t履帶式吊機(jī)吊放鋼筋籠入槽，商品混凝土澆筑成墻。

5.2 土方開挖及支撐施工

基坑開挖在地下連續(xù)墻施工完成并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后進(jìn)行。施工步驟如下：

a.進(jìn)行連續(xù)墻施工平臺及導(dǎo)墻拆除，采用反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行開挖。連續(xù)墻內(nèi)開挖至3.5m高程，墻兩外側(cè)開挖至4.3m高程。

b.鑿除連續(xù)墻超澆混凝土，安裝墻內(nèi)φ420×6鋼管支撐，支撐鋼管中心線高程3.8m，間距2.7m，鋼管與連續(xù)墻之間設(shè)橫向圍檁。

c.墻內(nèi)基坑采用水力開挖。高壓水泵沖刷，污水泵排除，開挖至-0.5m高程。

d.布設(shè)輕型井點(diǎn)降水，將地下水位降至-1.5m(開挖面以下0.6m)。井點(diǎn)降水至墊層澆筑完成后拆除。

e.降水后，預(yù)留40cm保護(hù)層人工開挖至建基面。

5.3 箱涵結(jié)構(gòu)施工

a.土方開挖至建基面后，連續(xù)墻內(nèi)側(cè)鑿毛處理，在底板連接高程處植筋作為連續(xù)墻與底板的錨固筋，澆筑底板混凝土及內(nèi)襯側(cè)墻至0.85m高程，抗壓強(qiáng)度達(dá)到80%設(shè)計強(qiáng)度后拆除臨時鋼管支撐。

b.連續(xù)墻內(nèi)側(cè)30cm襯護(hù)層澆筑至4.5m高程。采用自制鋼模臺車作為模板支撐系統(tǒng)，用槽鋼制作而成，四周用伸縮式牛腿固定模板，底部用槽鋼做滑道，可沿箱涵軸線邊澆邊移動，提高施工效率。

c.4.5m高程以上側(cè)墻和頂板一次性澆筑完成，頂板底模采用滿堂架做支撐。

上述箱涵結(jié)構(gòu)混凝土均采用跳倉施工。

6 基坑降水

a.防洪堤側(cè)降水。采用輕型井點(diǎn)，井點(diǎn)管底高程-0.5m，間距1.0m。先進(jìn)行降水再進(jìn)行墻內(nèi)基坑開挖。

b.圍堰側(cè)降水。采用管井降水，井點(diǎn)管底高程-6.0m，間距8.0m。先進(jìn)行降水再進(jìn)行墻內(nèi)基坑開挖。

c.基坑降水。在基坑開挖到-0.5m高程后在箱涵中心線上布設(shè)輕型井點(diǎn)降水，降水管間距1.0m，井點(diǎn)管長度5.0m，將地下水位降至-1.6m（開挖面以下0.6m），以保證基底開挖到設(shè)計高程后基坑無滲水。降水在底板混凝土墊層澆筑完成后拆除。

7 基坑監(jiān)測

在基坑開挖過程中委托第三方進(jìn)行基坑監(jiān)測，主要監(jiān)測項(xiàng)目有：連續(xù)墻水平位移、沉降、傾斜監(jiān)測，鋼筋應(yīng)力及鋼管支撐軸力監(jiān)測；防洪堤表面位移監(jiān)測；圍堰表面及深層位移監(jiān)測；地下水位監(jiān)測等。開挖期主要監(jiān)測項(xiàng)目連續(xù)墻水平位移實(shí)際監(jiān)測最大值9.6mm，小于30mm警戒值；鋼筋應(yīng)力實(shí)際監(jiān)測最大值75MPa，小于警戒值240MPa；鋼管支撐軸力實(shí)際監(jiān)測最大值826kN，小于警戒值850kN；圍堰水平位移實(shí)際監(jiān)測最大值15.7mm，小于警戒值50mm；西側(cè)防洪堤基本不受開挖影響。監(jiān)測結(jié)果表明：該基坑是整體安全穩(wěn)定的。

8 結(jié)語

該工程施工期間未發(fā)生任何事故和險情，“兩墻合一”基坑支護(hù)方式順利通過了施工實(shí)踐的考驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期目的，保證了箱涵結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和安全。通過該支護(hù)方式的設(shè)計與施工實(shí)踐，筆者有如下體會：

a.對于工程區(qū)域周邊狀況苛刻、對環(huán)境要求高，且施工作業(yè)空間小的基坑，采用“兩墻合一”進(jìn)行基坑支護(hù)，能充分發(fā)揮地下連續(xù)墻剛度大、整體性好、變形小、抗?jié)B能力強(qiáng)的特點(diǎn)，基坑開挖安全性高，對周邊環(huán)境影響小。

b.砂性土地基在降水或局部降水后，力學(xué)指標(biāo)有一定程度提高，基坑開挖前對連續(xù)墻外側(cè)土體先行降水，有利于減小對連續(xù)墻的水土壓力，實(shí)測墻體位移、應(yīng)力、支撐軸力等均小于計算值。

c.由于地下連續(xù)墻與地下原狀土體粘結(jié)較好，其與土體之間的粘結(jié)力和摩擦力不僅可利用來承受垂直荷載，還可利用來承受水平力和地震作用所產(chǎn)生的水平剪力和傾覆力矩，提高抗震能力。

d.“兩墻合一”地下連續(xù)墻與臨時圍護(hù)地下連續(xù)墻施工相比，在垂直度、平整度、接頭防滲等方面的要求更高。當(dāng)墻深范圍內(nèi)地層中有較厚的砂土或粉性土?xí)r，成槽前采取振沖擠密等預(yù)加固措施對保證成槽槽體穩(wěn)定、墻體質(zhì)量、墻體豎向平整度有較好的效果。

e.通過基坑位移、連續(xù)墻鋼筋應(yīng)力、支撐軸力等監(jiān)測，分析掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀況和變化情況，可使整個施工過程處于可控狀態(tài)，可為優(yōu)化施工方案、加快施工進(jìn)度提供科學(xué)依據(jù)。