樁排式圍堰在卵石地質深基坑中的應用

周東坡，劉金峰，李志武

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450004）

1 工程概況

蘭州市元通黃河大橋，主橋全長310 m，為（80+150+80）m連續梁-拱組合橋。主橋兩個主墩（Pm09、Pm10）位于黃河河道內，承臺長25.5 m，寬13.8 m，厚4 m，承臺采用C30混凝土；河道水位高程約1 513.5 m，河床高程約1 510 m，承臺底高程為1 503.5 m；承臺圍堰設計封底1 m厚的C20混凝土。

根據勘探資料，主墩位置地質情況為：

（1）卵石，層厚約2.3 m～6.2 m，青灰色，一般粒徑3 cm～8 cm，最大粒徑40 cm，大于2 cm的顆粒占質量的60%。

（2）強風化含礫砂巖，層厚3.4 m～20 m，桔紅色，礫石含量15%～20%，粒徑0.5 cm～2 cm，最大粒徑40 cm。

（3）中風化含礫砂巖，勘探揭露最大層厚64.2m，桔紅色，礫石含量15%～20%，粒徑0.5 cm～2 cm，最大粒徑40 cm。

水文情況為：

工程地址河道寬度210m，常水位標高1 512.5m，09#墩處水深2 m，10#墩處水深3.3 m，河水流速3 m/s左右，流量為1 006 m3/s。

根據工地現場特點，樁基礎施工采用土石混合料筑島作為鉆孔平臺。

2 承臺基坑圍堰方案比選

由于主橋墩施工跨越洪水期（為了保證防洪，水利管理部門要求必須于5月1號之前拆除筑島平臺），且承臺設置位置低于河床10 m，屬于深水基礎。根據施工現場地質及以往施工經驗和鄰近橋梁施工情況，初步考慮以下三種施工方案進行比選。

2.1 鋼板樁圍堰

鋼板樁圍堰施工速度快，但是該項目地質持力層為中風化巖層，鋼板樁施工入巖難度比較大，要穿越卵石層，破損率高，止水效果難以保證。且蘭州本地鋼板樁稀缺，需遠途調運。

2.2 混凝土沉井

沉井施工需要待主墩樁基全部施工完畢之后再整體制作下沉，沉井高度十多米，需要經過3次接高下沉。對模板要求高，每節混凝土施工和養生時間較長。經了解鄰近橋梁的施工經驗，比較順利的下沉時間為2個月，若不順利時可能要延長到3～4個月，下沉過程長，特別是穿越卵石層時涌水量巨大，水下作業工程量很大。

2.3 樁排式地下連續墻

地下連續墻有壁板式和樁排式兩種。

壁板式施工需要專業大型機械，該工程量較少，場地有限，不予考慮。

樁排式地下連續墻，使用常規樁機即可施工，工藝簡單，可操作性強，最為主要的是：通過合理調配，可以與主橋樁基交叉施工，縮短整體工期。具體方法是：主墩樁基優先施工外側樁基，承臺每邊樁基施工完畢后即可安排連續墻樁基的施工，待圍護樁施工完畢后，即可對圍堰土石方進行開挖外運，承臺基坑與之平行施工。

與沉井方案相比，可以大大縮短整體工期，既能滿足總體施工進度和質量要求，又能滿足防洪部門5月1日前拆除筑島平臺的要求。

綜上所述，選用樁排式地下連續墻做為承臺施工圍堰。

3 樁排式地下連續墻承臺基坑圍堰

3.1 半梅花相切樁排圍護布置型式選用

目前，主要的圍護布置型式可以分為三大類：拉列式、連續式、組合式。其中，拉列式應用于陸地基坑圍護，或無水、少地下水基坑圍護使用，深水基坑中無法使用；組合式樁排圍護主要是采用鉆（挖）孔灌注樁與水泥防滲墻組合使用型式，該工程無法進行水泥防滲墻施工，不能采用。

連續式樁排布置形式，其組合形式大體可分為半梅花切布置，單排連續式布置兩種，該工程基坑深度達10 m以上，不僅需要樁排圍堰有一定穩定性，其自身穩定性也要達到一定的效果，兩種布置形式相比較，半梅花相切式布置更為穩定安全，另一特點是可以采用常規鉆機施工，最適用于該工程，所以采用半梅花相切式樁排布置型式（見圖1）。

圖1 半梅花相切樁排布置示意圖

3.2 樁排式地下連續墻圍堰樁徑的選用

該工程基坑地層范圍多為卵石層，承臺圍堰尺寸：25.5 m×13.8 m采用沖擊成孔工藝，常規樁徑有1 m、1.2 m、1.5 m，按圍堰尺寸分別需要88根、72根、60根樁。三種類型樁徑安裝工期及工程量對比優化見圖2、圖3所示。

圖2 樁數（樁徑）變化趨勢圖

圖3 樁徑與積值關系圖

樁的數量代表工期，因為不同樁徑的樁成孔進尺基本一樣，都是每天1.5 m。混凝土方量幾乎可以反映造價。

樁徑在1.0 m以下鉆孔施工，數量偏多將一定程度上減緩施工進度。同時，樁徑相切角度過大，圍堰內側平整度較差，承臺模板支護難度較大，樁身較小，其自身穩定、安全性較差。樁徑大于1.5 m以上，雖然在施工進度上、圍堰受力安全穩定性上有所提高，但由于樁排采用的半梅花形式布置，混凝土用量較多，費用將增加，不可取。最終選用1.2 m樁徑作為承臺圍堰用樁。

3.3 樁排式地下連續墻基坑圍堰施工

采用內外排交錯半梅花相切排列方式，內排樁基內側距承臺邊20 cm，外排樁和內排緊挨相接。每個承臺布置72根樁。

樁頂標高為筑島高度，樁底標高為1 501.5 m，低于承臺底面2 m。Pm09樁長12.5 m，Pm10樁長13.5 m。

考慮開挖深度較深，初步考慮設置兩道內支撐，第一道支撐面位于樁頂面以下2 m位置，第二道位于承臺頂面以上1 m位置。

承臺基坑土石方開挖至第一道支撐面位置，進行圍囹、橫撐及角撐安裝，完成后進行下層基坑土石方開挖，最后進行圍堰頂層支撐安裝（見圖4～圖6）。

圖4 圍堰樁位示意圖

圖5 圍堰支撐平面圖

圖6 圍堰支撐立面示意圖（標高：m）

4 樁排式地下連續墻圍堰施工控制重點

（1）測量放樣必須準確。如樁基不能形成完整相切，將會出現滲水、透水等情況，同時將影響圍堰整體穩定、安全性。

（2）在施工過程中，排樁施工順序不能連續施工，間隔跳樁施工。已完成灌注排樁混凝土強度未達到強度要求，緊鄰施工可能倒致卵石擠進已完成樁身，使樁身受到破壞，形成空洞，開挖后存在透水危險。

（3）在排樁施工過程中，樁身豎直度嚴格控制，防止因樁身傾斜而不能形成相切效果。

（4）在排樁施工過程中，泥漿比重盡可能減少，防止樁身側壁泥層過厚，不利于相鄰樁更好的相切粘合，從而形成線型夾縫。長時間開挖后可能由滲水逐漸形成透水情況。

（5）在排樁成孔灌注混凝土前，為防止樁身泥層過厚，可適當調整鉆機中心位置，在排樁相切位置進行空拉處理，盡可能減少泥層厚度，以便更好與鄰樁相切粘合。

（6）樁間滲水、透水處理：

a.因樁間泥層過厚，存在泥漿夾層，而形成的滲水，僅清理內排樁身面，安裝模板、澆筑混凝土，不需對樁間夾層做清理，就能達到滿意的效果。

b.當樁間出現小范圍透水情況時，可能存在透水壓力過大，混凝土無法封堵的情況。按上述方案處理的同時，用常規隔水材料（如塑料布等）隔擋于透水面層，下部包裹隔水閥，做透水通水閥使用。澆筑混凝土后，水閥正常通水，以減少水壓力對混凝土凝結的影響。待混凝土強度滿足后，關閉隔水閥，就能夠形成真正閉水。

c.如出現透水情況嚴重或樁身缺陷，以上方法無法處理，可采用排樁外側補樁加強，重新閉水，或者根據實際地質情況選用水泥攪拌樁等其它工藝，個別部位補強。

5 樁排式地下連續墻圍堰運用效果

該工程采用的樁排式地下連續墻圍堰，穿過筑島平臺土層4 m，卵石層6 m，其中10#墩圍堰基坑南側卵石層達到近10 m，深入中風化土層中錨固。基坑開挖后，穩定性、安全性均滿足施工需要，尤其在止水方面，取得很大的效果，09#、10#墩基坑全部實現在干作業施工。

圖7為施工現場實景。

圖7 施工現場實景

6 結語

樁排式地下連續墻圍堰在該工程中，與主橋樁基同時施工，從而大大地縮短了施工工期；半梅花相切型樁排布置，使基坑圍堰穩定性、安全性得到了很大程度上的提高；穿過深卵石層，止水效果相當明顯，承臺完全實現干作業施工，功效顯著。同時，與其它同類圍堰形式比較，在經濟上取得了很大的效益。樁排式地下連續墻圍堰，在厚卵石層復雜地質條件下的運用，還將會發揮其更大的優勢，將會取代常規圍堰形式在深厚卵石復雜地質條件下的使用。

[1]土力學[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2]路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]JTG/TF50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].