河道箱涵工程深基坑支護(hù)施工技術(shù)

鐘 欣，杜 江

（1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650031；2.重慶交大交通安全科技研究院有限公司，重慶 400074）

隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，傳統(tǒng)的排水設(shè)施在運(yùn)營和功能上無法滿足現(xiàn)狀需求，與當(dāng)?shù)匕l(fā)展架構(gòu)不相匹配。地下箱涵在河道治理工程中的優(yōu)勢日益凸顯，箱涵的應(yīng)用不僅滿足了城市建設(shè)對于功能和美化的需求，還能緩解城市交通壓力，提高路面使用壽命，提升人們的生活質(zhì)量。基坑工程中，深基坑的開挖往往受到深度和范圍等限制，支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型對基坑本身及周邊環(huán)境影響較大[1]，在開挖過程中必須采取合適的支護(hù)形式。

1 工程概況

工程位于四川省成都市東部新區(qū)，由于新建機(jī)場服務(wù)中心需對原有老河堰進(jìn)行遷改。遷改線路沿貨運(yùn)大道北延線及機(jī)場高速敷設(shè)，流向自東南向西北方向，最終匯入絳溪河。河道工程劃分為南北段和東西段，南北段河道控制寬度14.1m，東西段河道控制寬度14.4m，河道兩側(cè)預(yù)留5m 綠化帶。工程施工起點(diǎn)為貨運(yùn)大道，終點(diǎn)為天然河道，總設(shè)計(jì)長度1 012.771m，本河道工程最大開挖深度約15m。河道工程平面圖如圖1 所示。擬建河道工程全線均采用箱涵施工形式，主河道采用雙孔箱涵，每孔凈寬6m、凈高4.5m；支溝采用單孔箱涵，每孔凈寬5m、凈高4.5m；由鋼筋混凝土澆筑而成。河道全線均采用明挖方式進(jìn)行施工，由于受工期影響，現(xiàn)狀河道位置需進(jìn)行回填，而規(guī)劃河道位置需開挖。施工過程中采用水泵提升、邊溝利用、重力流管道相結(jié)合的方式，河道開挖時(shí)，底部需設(shè)置基坑內(nèi)排水溝。

圖1 河道工程平面圖

擬建場地地貌單元為剝蝕淺丘地貌，地形起伏較大，鉆孔標(biāo)高403.14～433.61m，相對高差約30.47m。勘察資料顯示，勘察深度范圍內(nèi)的地層主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Q4dl+pl）和下伏中生代侏羅紀(jì)上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）泥質(zhì)砂巖組成。基坑區(qū)域內(nèi)巖土體自上而下分層：雜填土、素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。各層巖土體物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)先前鉆探揭露數(shù)據(jù)，場地地下水主要為填土層中上層滯水及下部基巖裂隙水。大氣降水和區(qū)域地下水為其主要補(bǔ)給源，水量較豐富，水位變化主要受季節(jié)控制。場地內(nèi)局部地段填土中賦存上層滯水，受大氣降水和地表水補(bǔ)給，水量較小，水位埋深淺，無統(tǒng)一地下水位，對地基基礎(chǔ)施工影響較小。測得地下水靜止水位埋深為4.5～18.2m，相應(yīng)標(biāo)高為401.29～409.30m。場地地下水和場地土均對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋具微腐蝕性。

擬建場地河道遷改部分穿越老河堰舊有河道，老河堰為絳溪河支流，老河堰匯入絳溪河匯口處現(xiàn)狀河底高程396.009m，規(guī)劃河底高程394.465m，100 年一遇洪水位404.473m。勘察期間老河堰原河道水位高程402.5～411.7m，流速緩，水深0.3～1.2m。

2 基坑支護(hù)方案

2.1 基坑支護(hù)形式選取

本次箱涵基坑開挖巖土層涉及中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、素填土及粉質(zhì)黏土層。開挖方式為坡率法加噴錨支護(hù)，其中基巖層主要采取坡率法開挖，填土層段開挖采取坡率法加噴錨支護(hù)的措施。

由于本次箱涵基坑開挖范圍線禁止侵入貨運(yùn)大道道路紅線及填方道路邊坡坡腳線、機(jī)場高速圍欄范圍線，不滿足自然放坡段需采取錨噴支護(hù)措施。開挖范圍距高速公路較近段，存在影響高速公路邊坡穩(wěn)定的安全隱患，對該位置處增加素噴硬化處理，并對其進(jìn)行監(jiān)測。該工程不同部位分段支護(hù)形式見表2。

表2 不同部位分段支護(hù)形式

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)起點(diǎn)段基坑開挖采用對稱樁支護(hù)的方式形成，冠梁以上采用1∶1 坡率放坡至坡頂；樁間擋土采用掛網(wǎng)噴射砼。樁基礎(chǔ)采用旋挖成孔灌注樁，樁直徑1.0m，樁中心間距2.0m，間隔成型。樁基主筋保護(hù)層厚度5cm，采用螺旋式箍筋，每間隔2m 設(shè)置加強(qiáng)環(huán)筋。根據(jù)不同的懸臂長度將支護(hù)樁分為A、B 兩種樁型，A 型樁懸臂長度8～12m，B 型樁懸臂長度12～15m，嵌入深度均為4m。鋼筋籠不均勻配筋，安裝時(shí)受拉主筋正對溝槽以保證抗彎。支護(hù)樁和冠梁均采用C30混凝土。支護(hù)樁鋼筋籠主筋選用HRB400，主筋保護(hù)層厚度50mm；加勁筋采用HRB400，每隔2m 設(shè)置一道；采用螺旋式箍筋HPB300，間距20mm。圖2 為設(shè)計(jì)起點(diǎn)段基坑支護(hù)斷面圖。為保證澆筑樁的質(zhì)量和冠梁的有效搭接，樁基澆筑高于設(shè)計(jì)30～50cm，冠梁施工采用破除樁頭施工。

圖2 基坑支護(hù)斷面圖

根據(jù)實(shí)際情況，對撐采用鋼管，若施工過程中樁基變形超過預(yù)警值，需在臨近支護(hù)樁設(shè)置橫撐。樁基成孔所產(chǎn)生泥漿回收利用或者修建泥漿池沉淀處理，防止造成環(huán)境污染。

3 基坑支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 坡率法

在清除表土及不良土后采用放坡開挖的方式進(jìn)行開挖，放坡坡率按照不同地層進(jìn)行選擇，如表3 所示。深基坑的土石方開挖采用從上至下、水平分層開挖，每層臺(tái)階高度不超過3m，馬道寬2m。

表3 不同地層放坡坡率

3.2 旋挖鉆孔灌注樁

旋挖鉆機(jī)采用無沖洗介質(zhì)循環(huán)的靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆斗取土工藝進(jìn)行鉆進(jìn)[2]，通過鉆頭挖取土，再通過伸縮鉆桿將鉆頭提出孔內(nèi)卸土。旋挖鉆機(jī)的地層適應(yīng)能力強(qiáng)，可以適用于淤泥質(zhì)土、粘土、卵石等地層?？妆谏峡尚纬擅黠@的螺旋線，有助于提高與樁基側(cè)壁間的摩擦力。施工流程如圖3 所示。

圖3 旋挖鉆孔灌注樁施工流程

設(shè)計(jì)起點(diǎn)段基坑支護(hù)平面布置圖見圖4。設(shè)計(jì)起點(diǎn)段靠近現(xiàn)狀貨運(yùn)大道北延線，受周圍環(huán)境的限制，同時(shí)考慮到對鐵路的保護(hù)，無法采取放坡開挖的方式。經(jīng)對比分析決定采用樁支護(hù)方式，即項(xiàng)目起點(diǎn)段靠近鐵路旁的基坑，先用鉆孔灌注樁進(jìn)行支護(hù)，再進(jìn)行開挖，端頭位置采用噴錨支護(hù)措施。本次共布設(shè)44 根樁，采用A型樁11 根，B 型樁23 根。

圖4 基坑支護(hù)平面布置圖

3.3 掛網(wǎng)噴射混凝土

樁間土部分采用掛網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)，鋼筋網(wǎng)采用?8@200×200mm，開挖基坑至冠梁底后，每下挖1m 即掛網(wǎng)噴射混凝土?；舆吰聭?yīng)分層開挖和支護(hù)，每層超挖深度不超過50cm，待上一層支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%方可進(jìn)行下一層土方的開挖。面層噴射采用C25 細(xì)石混凝土，厚度100mm；鋼筋網(wǎng)采用?8@150×150mm 鋼筋網(wǎng)，加強(qiáng)筋采用?16。為了加強(qiáng)樁間土的穩(wěn)定，加強(qiáng)筋?16 需鑿孔植入護(hù)壁樁，植入深度30cm。坡面上設(shè)置直徑7.5cm，縱橫間距1.5m的?7.5cmPVC 排水孔。坡頂和坡腳設(shè)置截排水設(shè)施。圖5 為面層鋼筋網(wǎng)大樣圖。

圖5 面層鋼筋網(wǎng)大樣圖

3.4 鋼支撐及鋼圍檁

支撐由活動(dòng)、固定端頭和中間節(jié)組成，各節(jié)由螺栓連接。橫撐用?609（t=6）焊接鋼管，焊接管縱向焊縫為V 形坡口雙面焊。腰梁、端頭、千斤頂各軸線要在同一平面上，確保平直。每榀支撐安裝時(shí)，用2 臺(tái)100t 的千斤頂對擋土結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，在所施加的頂力達(dá)到設(shè)計(jì)值后，緊塞鋼楔塊方可拆除千斤頂。為使鋼圍檁與擋土結(jié)構(gòu)間的間隙緊密結(jié)合，要用C20 細(xì)石砼充填密實(shí)。對撐采用鋼管，根據(jù)基坑的深度選擇不同鋼支撐設(shè)置方式，見表3。鋼支撐的平面布置如圖6。若施工過程中樁基變形超過預(yù)警值，則需在臨近的支護(hù)樁設(shè)置橫撐。

表3 不同樁型鋼支撐設(shè)置方式

圖6 鋼支撐平面布置示意圖

4 監(jiān) 測

基坑監(jiān)測是基坑工程施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在基坑開挖及河道工程施工過程中，對基坑排樁進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)超過預(yù)警值時(shí)需對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境中的保護(hù)對象采取控制措施，根據(jù)預(yù)測判定施工對周圍環(huán)境造成影響的方式和程度，來指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工[3]。排樁測點(diǎn)布設(shè)及報(bào)警值見表4。

5 結(jié)語

通過對成都某河道箱涵工程深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工方法的研究，根據(jù)不同的現(xiàn)場場地條件和巖土體特性，分別對該河道工程不同分段進(jìn)行了相應(yīng)的支護(hù)設(shè)計(jì)，對無法放坡開挖的地段設(shè)計(jì)并選用了合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)，在保障施工安全的同時(shí)，對類似工程的設(shè)計(jì)和施工具有一定的參考意義。