連續(xù)墻基礎(chǔ)在錢塘江出江口門應(yīng)用芻議
——以擴大杭嘉湖南排杭州三堡排澇工程前期準(zhǔn)備工程為例

，，

(1.杭州市青山水庫管理處，杭州 311305； 2.杭州市水利規(guī)劃設(shè)計研究院，杭州 310016；3.杭州市水利水電勘測設(shè)計院，杭州 310016)

1 問題的提出

1.1 工程概況

擴大杭嘉湖南排杭州三堡排澇工程屬太湖流域南排工程之一，工程任務(wù)以防洪治澇為主，結(jié)合改善水環(huán)境等綜合利用。直接保護(hù)范圍為杭州市江北地區(qū)999km2，加上間接保護(hù)的杭嘉湖東部平原總面積達(dá)7550km2，設(shè)計排澇流量200m3/s，屬Ⅰ等工程。

按照工程進(jìn)度和投資總體安排，在《擴大杭嘉湖南排杭州三堡排澇工程項目建議書》的基礎(chǔ)上，由杭州市水利規(guī)劃設(shè)計研究院對排澇泵站下游(錢塘江側(cè))排水箱涵及排水口進(jìn)行了補充方案設(shè)計工作，并在2008年4月下旬經(jīng)過有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)和專家咨詢審查后，確定先開展前期準(zhǔn)備工程的相關(guān)工作。

擴大杭嘉湖南排杭州三堡排澇工程前期準(zhǔn)備工程位于三堡二線船閘下游引航道(溝通京杭運河與錢塘江)西側(cè)，由三堡二線船閘引航道西側(cè)的防洪堤、單孔引(排)水箱涵以及引(排)水口等組成，均為1級建筑物，詳見圖1。

圖1 工程平面示意圖

根據(jù)工程設(shè)計方案，長約635m的鋼筋混凝土單孔引(排)水箱涵位于防洪堤迎水面斜坡上，設(shè)計最大引水流量為30m3/s，最大排澇流量為50m3/s。箱涵凈尺寸為7m×6m，頂標(biāo)高6.8m，底標(biāo)高0m，底坡i=0。箱涵橫斷面詳見圖2。

圖2 箱涵橫斷面示意圖

1.2 箱涵穩(wěn)定分析

引(排)水箱涵自重小，而水的浮托力和背水側(cè)水平壓力均較大，對箱涵抗滑和抗浮等安全穩(wěn)定不利。經(jīng)驗算，在檢修工況(引航道水位取多年平均最高潮位6.75m且箱涵內(nèi)無水)下，箱涵抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kf=1.02<1.10，不滿足規(guī)范要求； 對砂質(zhì)粉土，取f=0.3，地基土c=7.8kPa、φ=30.4°，引航道水位取百年一遇設(shè)計低潮位1.35m，且箱涵內(nèi)有水，在兩側(cè)不平衡水土壓力作用下，箱涵抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc=0.73<1.30，不滿足規(guī)范要求。為保證箱涵的安全穩(wěn)定，必須采取相應(yīng)的基礎(chǔ)處理工程措施。

1.3 主要影響因素

箱涵位于京杭運河三堡船閘臨錢塘江側(cè)航道的西側(cè)防洪堤迎水面斜坡上，基礎(chǔ)處理方案受眾多因素影響。

1.3.1 地基土液化沉陷敏感

箱涵為1級水工建筑物，箱涵底置于Ⅱ?qū)由百|(zhì)粉土上，為液化沉陷敏感液化土，存在滲漏和滲透穩(wěn)定問題。此外，下伏Ⅲ層淤泥質(zhì)土(箱涵底板距Ⅲ層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土頂板約10m)性質(zhì)差，對箱涵的變形和沉降起控制性作用。

1.3.2 交叉建筑物眾多

在635m長引(排)水箱涵范圍內(nèi)，有已建建筑物為污水管道和煤氣管道、外江原防沖石塊和砌體、新塘河排澇泵站出水箱涵； 擬建建筑物為污水管道、沿江大道穿運河隧道等，工程布置銜接處理復(fù)雜，不利于基礎(chǔ)處理方案的確定。

1.3.3 施工難度非常大

京杭運河出口段河口段河床底高程約0.82m，兩岸地面高程5.5～7.5m，已建堤防高程約10.0m。箱涵建基面高程約為-1.0，施工開挖邊坡的土體主要為砂質(zhì)粉土，屬中等透水性～弱透水性，且臨近錢塘江，地下水位較高，除自身穩(wěn)定問題外，還存在基坑涌水和發(fā)生流砂的風(fēng)險，需做好施工截滲排水和基坑圍護(hù)等工作。

此外，施工期間需保證三堡二線船閘不停航，增大了施工難度。

2 連續(xù)墻基礎(chǔ)的應(yīng)用

2.1 基礎(chǔ)方案初選

設(shè)計中，先考慮在引(排)水箱涵底板下采用兩排DN80cm C25鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁橫向中心間距7.8m，縱向中心間距2.8m，驗算樁底高程為-15.0m時，箱涵Kf=1.52>1.10，單樁最大水平荷載230.8kN

但考慮到箱涵底板下為Ⅱ?qū)由百|(zhì)粉土，屬中等透水性～弱透水性，存在滲漏和滲透穩(wěn)定問題，而鉆孔灌注樁的防滲效果小。根據(jù)類似工程經(jīng)驗，沙土液化地基防滲處理的有效措施主要有高噴防滲墻、混凝土防滲墻或鋼筋混凝土板樁。結(jié)合箱涵結(jié)構(gòu)特點，最后采用80cm厚鋼筋混凝土連續(xù)墻基礎(chǔ)。

2.2 交叉銜接處理

2.2.1 與原有污水管道的銜接

樁號0+024～0+196范圍存在污水管道，該段箱涵不適合采用鋼筋混凝土連續(xù)墻基礎(chǔ)，最后采用DN80cm鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

樁號0+157附近、高程0.44m處，有2根直徑為2m的污水管在立面上與箱涵交叉，設(shè)計中考慮先實施污水管改造，平面位置不變，高程調(diào)整為-2.60m，待改造后再施工引排水箱涵。

2.2.2 與原有煤氣管道的銜接

樁號0+247附近、高程-2.60m處，有1根DN529mm煤氣管，在立面上與引排水箱涵不交叉，且管徑較小，設(shè)計中考慮將箱涵的結(jié)構(gòu)分縫布置在煤氣管上方，并在平面上離開煤氣管一定距離設(shè)置橫向封閉連續(xù)墻。

2.2.3 與規(guī)劃污水管道的銜接

規(guī)劃的2根DN2200mm污水管的埋設(shè)高程為-8.30m，在立面上與箱涵不交叉，但與連續(xù)墻基礎(chǔ)交叉。為此，考慮將樁號0+215～0+230范圍連續(xù)墻底高程調(diào)整為-6.20m，同時，對連續(xù)墻之間高程-6.20m 以上基礎(chǔ)進(jìn)行旋噴樁處理。

2.2.4 與規(guī)劃地下隧道的銜接

規(guī)劃的沿江大道地下隧道設(shè)計頂標(biāo)高約-10m，與箱涵底板相距約9.0m。為此，考慮將樁號0+575～0+625范圍連續(xù)墻底高程調(diào)整為-7.0m，同時，對連續(xù)墻之間高程-7.0m以上基礎(chǔ)進(jìn)行旋噴樁處理。

2.2.5 基礎(chǔ)銜接方案

樁號0+000～0+024，為泵站4孔排水閘與單孔引排水箱涵的銜接段，同樁號0+024～0+196段箱涵一致，采用DN80cm鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁底高程為-19.0m； 樁號0+638以外為與外江灘涂相接的引(排)水口，且與新塘河泵站排水口相臨，有較多歷年留下的防沖石塊或砌體，設(shè)計中考慮在樁號0+638處，設(shè)置橫向封閉連續(xù)墻，并在引(排)水口外緣，采用D1000mm高壓旋噴樁、D80cm C25鋼筋混凝土鉆孔灌注樁和合金鋼網(wǎng)兜石籠防沖槽的聯(lián)合體防沖。

在與各交叉建筑物銜接后，在樁號0+196～0+638段，箱涵采用鋼筋混凝土連續(xù)墻基礎(chǔ)。其中，樁號0+196～0+215、0+229～0+575、0+625～0+646段，箱涵連續(xù)墻底高程為-10.40m； 樁號0+215～0+229段，箱涵連續(xù)墻底高程為-6.20m； 樁號0+575～0+625段，箱涵連續(xù)墻底高程為-7.0m。詳見圖3。

圖3 箱涵基礎(chǔ)銜接示意圖

2.3 安全穩(wěn)定驗算

2.3.1 整體穩(wěn)定驗算

堤頂按一級公路要求考慮，采用瑞典條分法圓弧進(jìn)行穩(wěn)定分析。墻底高程-10.40m時，最不利滑動面的滑動安全系數(shù)為3.901； 墻底高程-7.0m時，最不利滑動面的滑動安全系數(shù)為3.144，墻底高程-6.20m時，最不利滑動面的滑動安全系數(shù)為2.965，均滿足規(guī)范要求。

2.3.2 連續(xù)墻抗剪斷驗算

采用最不利工況(堤防側(cè)地下水位6.0m，河道水位4.50m，綜合內(nèi)摩擦角29°)驗算連續(xù)墻抗剪斷能力：單位長度所受總水平力V=292.8kN，單面連續(xù)墻所受的力V1=V/2=146.4kN，而單位長度連續(xù)墻所能承受最大剪力Vc=0.07fcbh0/rd=510.42kN>V1，滿足規(guī)范要求。

2.3.3 箱涵抗傾覆驗算

采用單寬計算法，未考慮連續(xù)墻與周圍土體的側(cè)摩擦力。墻底高程為-10.40m時，計算得抗傾覆力矩=3798.9kN·m，傾覆力矩=2011.37kN·m，抗傾覆安全系數(shù)Kt=1.889>1.60； 墻底高程為-7.0m時，計算得抗傾覆力矩=3248.1kN·m，傾覆力矩=2011.37kN·m，抗傾覆安全系數(shù)Kt=1.615>1.60，墻底高程為-6.20m時，計算得抗傾覆力矩=3118.5kN·m，傾覆力矩=2011.37kN·m，抗傾覆安全系數(shù)Kt=1.550>1.60,不滿足規(guī)范要求。

設(shè)計當(dāng)中考慮在箱涵背側(cè)高程0.30～6.30m范圍內(nèi)，采用原狀土加土工格柵回填以減少土壓力，從而滿足工程規(guī)范要求。

2.4 有關(guān)技術(shù)要求

除要求連續(xù)墻基礎(chǔ)滿足《水電水利工程混凝土防滲墻施工規(guī)范》(DL/T 5199—2004)的各項規(guī)定外，還作了如下幾點要求：

a.連續(xù)墻采用C25W4混凝土，墻厚800mm，分段長度不大于8m，鋼筋保護(hù)層厚度為100mm。

b.連續(xù)墻分槽段施工，一期槽段混凝土澆筑時，應(yīng)在混凝土初凝前經(jīng)常轉(zhuǎn)動埋設(shè)的D790mm鋼管。

c.連續(xù)墻施工時超灌80cm至5.30m高程，并在澆筑箱涵頂板混凝土前鑿除至4.50m高程，鑿除混凝土?xí)r應(yīng)保留該部分鋼筋并做好同箱涵鋼筋的連接。

d.連續(xù)墻槽段寬8m，14.90m長連續(xù)墻每槽段設(shè)3根Q235φ420mm×4mm鋼管支撐，11.50m長連續(xù)墻每槽段設(shè)3根Q235φ420mm×6mm鋼管支撐并在中間加一道連桿，待箱涵頂板澆好并達(dá)到設(shè)計強度后切除支撐鋼管，并用C25混凝土填充孔口。

2.5 施工處理方案

針對施工期三堡船閘不能停航的情況，提出了連續(xù)墻和箱涵邊墻“兩墻合一+臨時鋼支撐”的施工方案，即：鋼筋混凝土連續(xù)墻采用施工平臺法施工，考慮施工平臺和施工圍堰(頂高程為7.50m)相結(jié)合，并對連續(xù)墻和箱涵邊墻進(jìn)行兩墻合一施工，墻頂高程為4.50m，并在3.80m高程架設(shè)臨時鋼結(jié)構(gòu)支撐以保證施工期安全，詳見圖4。

圖4 “兩墻合一+臨時鋼支撐” 橫斷面示意圖

2.6 其他保障措施

2.6.1 鋪設(shè)土工格柵

為減少引排水箱涵背側(cè)土壓力，設(shè)計中考慮在箱涵背側(cè)高程0.30～6.30m范圍內(nèi)采用原狀土加土工格柵回填，格柵寬度按3～9m漸變，相臨格柵豎向間距為0.5m。明確靠箱涵側(cè)采用包裹式結(jié)構(gòu)，碳黑含量不小于2.0%，50年時的蠕變強度為30kN/m。

2.6.2 接頭防沖處理

為避免連續(xù)墻接頭處受錢塘江河口涌潮、三堡船閘通航和三堡排澇站汛期排澇等因素長期影響出現(xiàn)基礎(chǔ)泥沙淘空現(xiàn)象，考慮在引航道底部設(shè)置30cm厚C20模袋混凝土和樁徑1.50m旋噴樁防沖，樁底高程為-4.14m，頂高程為-0.14m，詳見圖4。

2.6.3 加強后續(xù)施工觀測

規(guī)劃的污水管和地下隧道在箱涵實施后進(jìn)行施工，為減少后續(xù)施工對箱涵地基的擾動，設(shè)計中除對相應(yīng)范圍內(nèi)的箱涵地基，采用水泥攪拌樁處理外，強調(diào)加強后續(xù)施工觀測并采取有效措施減少對周圍土體的擾動，確保施工完成后箱涵的沉降及沉降差在有關(guān)規(guī)定容許范圍內(nèi)。

3 結(jié) 語

連續(xù)墻基礎(chǔ)在擴大杭嘉湖南排杭州三堡排澇前期準(zhǔn)備工程單孔引(排)水箱涵中的應(yīng)用是一個成功案例，根據(jù)安全穩(wěn)定需要初選基礎(chǔ)處理措施后，根據(jù)工程特點進(jìn)行了方案優(yōu)化，其設(shè)計思路對錢塘江河口淤泥質(zhì)、粉砂質(zhì)類地基的工程建設(shè)具有較大參考作用，對出江口門附近存在諸多建筑物，尤其是存在不同年代埋設(shè)的地下管線的工程建設(shè)具有極大的借鑒價值。