組合支護技術在河堤護岸工程中的應用

段 玫

（昆明市水利水電勘測設計院 云南昆明 650231)

1 項目概況

寶象分洪河防洪整治工程位于昆明主城東南片區，為滇池入湖河道之一。50年一遇設計流量131.0m3/s，河堤高度4.2m，河寬 20m。河道兩岸民房密集，多為3～4層村民自建僅1～2年的新搬遷房，離河道邊最近距離僅 5.0m，右岸緊鄰官小路。為達到保留兩岸民房以降低拆遷難度、投資及右岸現有官小路通行的目的，需尋求一個能使河堤直壁式開挖施工且能確保周邊建筑物及基礎設施安全的護堤結構設計和施工方案。

2 河堤護岸設計

2.1 地質條件

本工程場地地形平坦，屬于昆明湖積盆地湖積相沉積地貌，河道地基土根據鉆探揭露地層及各層土物理力學指標見表1。

河堤基礎處于③黏土、粉質黏土、有機質黏土層中，兩岸民房基礎為毛石或鋼筋混凝土淺基，埋深 1.5m左右，且施工前民房突擊加層后大大增加了軟土地基的附加荷載。勘察期間為旱季，穩定地下水埋深 2.85～3.30m。根據地勘報告判別結果，工程區內⑥層粉細砂、粉土不會產生液化。

表1 各層土物理力學指標表

2.2 河堤護岸方案比選

在認真分析河道地質條件及周邊環境受到很大限制的情況下，分析研究了現有國內外各種圍護技術和工程實例，提出了河堤外打鋼板樁或深攪樁支護后再開挖護砌河堤，混凝土預制樁或灌注排樁支護加樁間板等方案進行比較。經分析計算，采用單一處理技術難以滿足堤岸的穩定和變形要求，且不經濟。而灌注排樁加深層攪拌樁和樁間板多種工程措施組合方案，可以做到臨時支護與永久護岸相結合，節省投資，且縮短了工期。該方案建安工程費比預制樁方案減少 373.4萬元。

2.3 組合支護技術設計

2.3.1 組合護岸技術的選用

灌注排樁與深層攪拌樁支護組合技術作為一種成熟、安全可靠的工程措施，廣泛運用于深基坑支護的設計與施工中。通過排樁支護與深層攪拌樁共同承擔水土壓力,形成穩定封閉的基坑圍護結構。但此圍護大多只作為深基坑開挖和永久地下構筑物施工過程中的臨時支護結構,較少作為永久建筑物。在認真分析地勘資料的基礎上,針對該河段兩岸民房密集且施工前突擊加蓋使得地面荷載和被動土壓力增大，同時由于該河道屬季節性河流,枯期水量極少,汛期洪量大且匯集較快,易造成河道內水位短期變幅較大,引起河堤內外側水土壓力經常性的調整,以及施工場地受限需考慮臨時支護與永久護岸相結合的實際，在常規排樁支護與深層攪拌樁組合技術的基礎上增加樁間深攪樁及樁前深攪樁。樁間深攪樁形成樁間連續墻，可使單獨的灌注排樁擋土的整體能力大為增加，并為后期樁間板形成永久性護堤提供了基面。為提高排樁的抗剪、抗滑能力和穩定性，增強河床抗隆起能力，于灌注樁前河堤內增加深層攪拌樁加固被動區土體，最后通過樁間板的連接，使樁與樁間板形成連續墻式護堤。該組合方案中各種工程處理措施發揮其各自作用，共同形成穩固的圍護結構及連續墻式護堤，做到臨時支護與永久護岸相結合，確保了河堤直壁式開挖施工和周邊建筑物的安全。其平面布置見圖1，組合護岸技術施工順序見圖2。

圖1 組合技術平面布置圖

2.3.2 組合結構各部分設計

（1)灌注排樁。灌注排樁剛度大，抗彎能力強，變形相對較小，有利于保護周圍建筑物。在河堤開挖中按支護樁使用作為擋土圍護設施，開挖后可作為河岸堤防的永久組成結構。該設計中灌注排樁為主要受力支護結構。作為支護樁其抗滑、抗傾覆、抗隆起的計算，按照懸臂式支護結構，采用彈性力學法計算。經分別對樁徑φ 1000mm（樁中心距 3.0m)和φ1200mm（樁中心距3.6m)、樁長12m和15m以及根據周邊建筑物距河道邊的遠近，分4段進行不同工況組合，分層取地基物理力學參數，采用《深基坑支護結構設計》計算軟件計算。計算結果表明：在樁徑φ 1000mm和φ1200mm、樁長 12m和房屋距樁最近5.0m最不利工況下，均滿足結構安全要求，設計允許地表沉降在 50mm以內。考慮到φ1200mm樁與樁間板的連接面較大，可使樁與樁間板的連接更加牢固，且能加快施工進度，河堤采用φ 1200mm灌注樁支護，樁間距為3.6m，樁長12m。

1)整體穩定驗算。河堤圍護結構整體穩定驗算采用瑞典條分法，土條寬度取 0.4m，按總應力法計算，考慮堤內外有地下水位差情況，經計算，整體穩定安全系數Ks=1.84，滿足要求。

2)抗傾覆穩定驗算。經計算，抗傾覆穩定安全系數Ks=2.02＞1.2，滿足規范要求。

圖2 組合護岸技術施工順序

3)基底抗隆起穩定驗算。因河堤外的荷載及由于土方開挖造成的河堤內外的壓差，使支護樁端以下土體從河道內向上涌土，可按下式和圖3進行驗算。

圖3 基底抗隆起穩定性驗算

經計算 γD= 2.93＞1.4，滿足規范要求。

（2)深層攪拌樁。深層攪拌樁體穩定性按擋墻設計方法計算，其內力及位移按彈性抗力法計算.經對攪拌樁滑動穩定性、傾覆穩定性、地基強度和內力及位移驗算，計算結果均滿足規范要求。

本工程中在堤岸邊共設置兩層攪拌樁。1)灌注排樁后設置一排深層攪拌樁，該排深層攪拌樁為先期施工工程，一方面起防滲帷幕作用，另一方面，利用攪拌體本身強度起一定的支護作用，使土體對灌注排樁作用力位置降低，使其受力更趨合理，可減少岸邊土體及超載對護岸的壓力。2)排樁間設置深層攪拌樁，除進一步加強止水作用外，同時與灌注樁聯成一體，共同承擔水土壓力。所形成的樁間連續墻，使其具有塊體構件性質，整體擋土能力比單獨灌注排樁大為增加。灌注樁除主要利用其抗拉、抗彎能力外，由于它均勻分布于深層攪拌樁群體中，對水泥土樁的變形裂縫開展有著良好的約束作用，使水泥土的止水作用提高。這樣，將兩種性能特點不同的樁體組合成整體后，使擋土和止水能力均有明顯提高。技術合理，材盡其用，同時支護排樁與樁間深層攪拌樁形成的連續墻式結構，可作為后期現澆鋼筋混凝土樁間板的內模。

灌注樁加攪拌樁組合形成以灌注樁為支座，由深層攪拌樁排列成多跨連續墻進行擋土防滲的墻式支護結構。該結構將垂直于河堤的水土壓力傳遞給灌注樁，經對灌注樁各工況計算后知，其剪力值在基底即河床面處取得最大值。因河堤地基土層較軟，地面荷載較大，為提高排樁的抗剪、抗滑能力，增強河床抗隆起能力，控制排樁位移，使多跨連續墻的整體穩定性得到加強，在灌注樁前被動區，沿垂直于墻體的方向增加3排深層攪拌樁，間距500mm，范圍5.0m。

（3)其他結構。由于地質條件比較差，樁周土體彈性抗力系數小，因此灌注排樁墻樁頂位移較大。為控制排樁擋墻墻頂位移，同時提高支護樁整體抗傾作用，在樁頂做1200mm×500mm的連續臥梁，構成自立式支護體系。

由于河岸道路、房屋及施工場地所限的實際，需采用臨時支護與永久護岸相結合一次完成河堤護岸。考慮支護排樁與樁間板連接的可靠性及施工難度，進行了樁內預埋鋼筋和預留鋼管比較。因樁內預留的鋼管剝離較容易，樁間連續墻的鋼筋可穿過鋼管與樁間板鋼筋相連。鋼筋連續，可使樁間荷載傳至支護樁，河堤整體性較好。因此，采用通過在灌注樁內預留鋼管穿鋼筋與樁間連續墻鋼筋連接現澆混凝土，形成整體樁間板護堤立面。可減小河道糙率，有利行洪。

3 河堤護岸組合技術應用

該方案利用灌注樁剛度大，能抵抗較大的側向土壓力的特點，形成支護主體。通過設置樁頂連續臥梁以提高排樁整體抗傾性能并控制排樁擋墻墻頂位移。為提高排樁水平抗力和降低排樁埋置部分樁身彎矩值，在樁前加設深層攪拌樁以局部加固地基，提高排樁的穩定性和抗隆起能力。加之在排樁間及樁后設置的深層攪拌樁形成防滲及擋土，較好的發揮了各種措施的效果。有效控制了河堤開挖過程中圍護結構的變形位移，防止了由此引起的地面沉降，確保了河堤直壁式開挖施工和周邊建筑物的安全。同時，通過排樁內鋼筋與樁間鋼筋連接現澆混凝土形成連續墻式護堤，實現臨時支護與永久護岸相結合。

在施工過程中使用了旋挖鉆直接取土造孔，不僅成樁垂直度好，工期較快，而且避免了常規鉆孔灌注樁泥漿護壁帶來的環境污染。支護排樁施工偏差及變形小于 10cm，確保了護岸線型的外觀要求，保留了河堤兩岸建筑物，并確保了施工期河岸交通正常通行，節省投資5000余萬元。經檢測河堤最大水平位移36mm，最大不均勻沉降 31mm，其沉降、變形小于設計允許值。，同時由第三方云南省建筑質量監督檢驗站對河堤兩岸民房進行了檢測，房屋均未出現裂縫。現已經過5年枯、汛期運行檢驗，工程安全。

4 結語

官渡古鎮段河堤采用了灌注排樁加深層攪拌樁支護和樁間板多種工程措施組合的河堤護岸技術，較好的發揮了各種措施的長處，做到臨時支護與永久護岸相結合。成功解決了在河堤兩岸建筑物密集、地基條件復雜、采用單一處理方案難以滿足穩定和變形要求的情況下，確保河堤直壁式開挖施工和周邊建筑物安全的設計、施工難題。為基礎較軟河道以及兩岸民房密集區進行河堤護岸等同類工程提供了成功的借鑒經驗。

1 賀艷.鉆孔灌注排樁加攪拌樁在基坑支護工程中的設計應用.科協論壇，2008（6)（下)：24-25.

2 李巨文，史三元.深層攪拌樁一鉆孔灌注樁組合支護結構設計施工.建筑結構,1999（5)：15-17.