樁排式圍堰在卵石地質(zhì)深基坑中的應(yīng)用

周東坡，劉金峰，李志武

（中國(guó)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(zhǎng)310 m，為（80+150+80）m連續(xù)梁-拱組合橋。主橋兩個(gè)主墩（Pm09、Pm10）位于黃河河道內(nèi)，承臺(tái)長(zhǎng)25.5 m，寬13.8 m，厚4 m，承臺(tái)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(tái)底高程為1 503.5 m；承臺(tái)圍堰設(shè)計(jì)封底1 m厚的C20混凝土。

根據(jù)勘探資料，主墩位置地質(zhì)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(zhì)量的60%。

（2）強(qiáng)風(fēng)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(fēng)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(biāo)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(jù)工地現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，樁基礎(chǔ)施工采用土石混合料筑島作為鉆孔平臺(tái)。

2 承臺(tái)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(mén)要求必須于5月1號(hào)之前拆除筑島平臺(tái)），且承臺(tái)設(shè)置位置低于河床10 m，屬于深水基礎(chǔ)。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及以往施工經(jīng)驗(yàn)和鄰近橋梁施工情況，初步考慮以下三種施工方案進(jìn)行比選。

2.1 鋼板樁圍堰

鋼板樁圍堰施工速度快，但是該項(xiàng)目地質(zhì)持力層為中風(fēng)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(yuǎn)途調(diào)運(yùn)。

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(jīng)過(guò)3次接高下沉。對(duì)模板要求高，每節(jié)混凝土施工和養(yǎng)生時(shí)間較長(zhǎng)。經(jīng)了解鄰近橋梁的施工經(jīng)驗(yàn)，比較順利的下沉?xí)r間為2個(gè)月，若不順利時(shí)可能要延長(zhǎng)到3～4個(gè)月，下沉過(guò)程長(zhǎng)，特別是穿越卵石層時(shí)涌水量巨大，水下作業(yè)工程量很大。

2.3 樁排式地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻有壁板式和樁排式兩種。

壁板式施工需要專(zhuān)業(yè)大型機(jī)械，該工程量較少，場(chǎng)地有限，不予考慮。

樁排式地下連續(xù)墻，使用常規(guī)樁機(jī)即可施工，工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，最為主要的是：通過(guò)合理調(diào)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(yōu)先施工外側(cè)樁基，承臺(tái)每邊樁基施工完畢后即可安排連續(xù)墻樁基的施工，待圍護(hù)樁施工完畢后，即可對(duì)圍堰土石方進(jìn)行開(kāi)挖外運(yùn)，承臺(tái)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(mǎn)足總體施工進(jìn)度和質(zhì)量要求，又能滿(mǎn)足防洪部門(mén)5月1日前拆除筑島平臺(tái)的要求。

綜上所述，選用樁排式地下連續(xù)墻做為承臺(tái)施工圍堰。

3 樁排式地下連續(xù)墻承臺(tái)基坑圍堰

3.1 半梅花相切樁排圍護(hù)布置型式選用

目前，主要的圍護(hù)布置型式可以分為三大類(lèi)：拉列式、連續(xù)式、組合式。其中，拉列式應(yīng)用于陸地基坑圍護(hù)，或無(wú)水、少地下水基坑圍護(hù)使用，深水基坑中無(wú)法使用；組合式樁排圍護(hù)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(wú)法進(jìn)行水泥防滲墻施工，不能采用。

連續(xù)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(xù)式布置兩種，該工程基坑深度達(dá)10 m以上，不僅需要樁排圍堰有一定穩(wěn)定性，其自身穩(wěn)定性也要達(dá)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(wěn)定安全，另一特點(diǎn)是可以采用常規(guī)鉆機(jī)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(jiàn)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(xù)墻圍堰樁徑的選用

該工程基坑地層范圍多為卵石層，承臺(tái)圍堰尺寸：25.5 m×13.8 m采用沖擊成孔工藝，常規(guī)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(lèi)型樁徑安裝工期及工程量對(duì)比優(yōu)化見(jiàn)圖2、圖3所示。

圖2 樁數(shù)（樁徑）變化趨勢(shì)圖

圖3 樁徑與積值關(guān)系圖

樁的數(shù)量代表工期，因?yàn)椴煌瑯稄降臉冻煽走M(jìn)尺基本一樣，都是每天1.5 m?；炷练搅繋缀蹩梢苑从吃靸r(jià)。

樁徑在1.0 m以下鉆孔施工，數(shù)量偏多將一定程度上減緩施工進(jìn)度。同時(shí)，樁徑相切角度過(guò)大，圍堰內(nèi)側(cè)平整度較差，承臺(tái)模板支護(hù)難度較大，樁身較小，其自身穩(wěn)定、安全性較差。樁徑大于1.5 m以上，雖然在施工進(jìn)度上、圍堰受力安全穩(wěn)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(fèi)用將增加，不可取。最終選用1.2 m樁徑作為承臺(tái)圍堰用樁。

3.3 樁排式地下連續(xù)墻基坑圍堰施工

采用內(nèi)外排交錯(cuò)半梅花相切排列方式，內(nèi)排樁基內(nèi)側(cè)距承臺(tái)邊20 cm，外排樁和內(nèi)排緊挨相接。每個(gè)承臺(tái)布置72根樁。

樁頂標(biāo)高為筑島高度，樁底標(biāo)高為1 501.5 m，低于承臺(tái)底面2 m。Pm09樁長(zhǎng)12.5 m，Pm10樁長(zhǎng)13.5 m。

考慮開(kāi)挖深度較深，初步考慮設(shè)置兩道內(nèi)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(tái)頂面以上1 m位置。

承臺(tái)基坑土石方開(kāi)挖至第一道支撐面位置，進(jìn)行圍囹、橫撐及角撐安裝，完成后進(jìn)行下層基坑土石方開(kāi)挖，最后進(jìn)行圍堰頂層支撐安裝（見(jiàn)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(biāo)高：m）

4 樁排式地下連續(xù)墻圍堰施工控制重點(diǎn)

（1）測(cè)量放樣必須準(zhǔn)確。如樁基不能形成完整相切，將會(huì)出現(xiàn)滲水、透水等情況，同時(shí)將影響圍堰整體穩(wěn)定、安全性。

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

（3）在排樁施工過(guò)程中，樁身豎直度嚴(yán)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(guò)程中，泥漿比重盡可能減少，防止樁身側(cè)壁泥層過(guò)厚，不利于相鄰樁更好的相切粘合，從而形成線型夾縫。長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)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(guò)厚，可適當(dāng)調(diào)整鉆機(jī)中心位置，在排樁相切位置進(jìn)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(guò)厚，存在泥漿夾層，而形成的滲水，僅清理內(nèi)排樁身面，安裝模板、澆筑混凝土，不需對(duì)樁間夾層做清理，就能達(dá)到滿(mǎn)意的效果。

b.當(dāng)樁間出現(xiàn)小范圍透水情況時(shí)，可能存在透水壓力過(guò)大，混凝土無(wú)法封堵的情況。按上述方案處理的同時(shí)，用常規(guī)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(duì)混凝土凝結(jié)的影響。待混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足后，關(guān)閉隔水閥，就能夠形成真正閉水。

c.如出現(xiàn)透水情況嚴(yán)重或樁身缺陷，以上方法無(wú)法處理，可采用排樁外側(cè)補(bǔ)樁加強(qiáng)，重新閉水，或者根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況選用水泥攪拌樁等其它工藝，個(gè)別部位補(bǔ)強(qiáng)。

5 樁排式地下連續(xù)墻圍堰運(yùn)用效果

該工程采用的樁排式地下連續(xù)墻圍堰，穿過(guò)筑島平臺(tái)土層4 m，卵石層6 m，其中10#墩圍堰基坑南側(cè)卵石層達(dá)到近10 m，深入中風(fēng)化土層中錨固?；娱_(kāi)挖后，穩(wěn)定性、安全性均滿(mǎn)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(shí)現(xiàn)在干作業(yè)施工。

圖7為施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景。

圖7 施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景

6 結(jié)語(yǔ)

樁排式地下連續(xù)墻圍堰在該工程中，與主橋樁基同時(shí)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(wěn)定性、安全性得到了很大程度上的提高；穿過(guò)深卵石層，止水效果相當(dāng)明顯，承臺(tái)完全實(shí)現(xiàn)干作業(yè)施工，功效顯著。同時(shí)，與其它同類(lèi)圍堰形式比較，在經(jīng)濟(jì)上取得了很大的效益。樁排式地下連續(xù)墻圍堰，在厚卵石層復(fù)雜地質(zhì)條件下的運(yùn)用，還將會(huì)發(fā)揮其更大的優(yōu)勢(shì)，將會(huì)取代常規(guī)圍堰形式在深厚卵石復(fù)雜地質(zhì)條件下的使用。

[1]土力學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]JTG/TF50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].