淺談?chuàng)跬凉嘧吨ёo(hù)在廣福泵站中的應(yīng)用

崔 冬

水利工程中基坑支護(hù)的結(jié)構(gòu)多種多樣，通過(guò)眾多工程實(shí)踐檢驗(yàn)，樁排式支護(hù)結(jié)構(gòu)具有較多優(yōu)勢(shì)，適用的地質(zhì)條件比較寬松，黏性土、砂性土、黃土、軟巖等都可適用，尤其是坑底深部有軟弱淤泥質(zhì)黏土層時(shí)，相對(duì)其他加固型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，有著較好的穩(wěn)定性和抗變形能力。在諸多樁排支護(hù)的類型中，鉆孔灌注樁支護(hù)在工程中應(yīng)用的最為廣泛，其特點(diǎn)是：施工設(shè)備簡(jiǎn)單、使用靈活、所需作業(yè)場(chǎng)地不大、噪聲低、振動(dòng)小、樁的直徑和抗彎剛度可以做得很大，安全可靠，并且增加一定的止水措施，還可以將分散的樁排連接在一起，形成一道既能支護(hù)又能防滲的地下連續(xù)墻。

一、工程概況

廣福電力排灌站位于安徽省蕪湖市鏡湖區(qū)城北圩廣福磯，距離下游蕪湖長(zhǎng)江大橋約800m，泵站排水區(qū)主要為城排區(qū)，承泄區(qū)為長(zhǎng)江。該站按照規(guī)劃設(shè)計(jì)流量移址重建，保留并加固現(xiàn)有自排涵，因此重建泵站僅具有抽排功能。泵站設(shè)計(jì)抽排流量為37.1m3/s，6臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī) 3830kW，工程等別為Ⅲ等，中型泵站，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，排澇出水涵所在蕪湖市蕪當(dāng)聯(lián)圩長(zhǎng)江大堤為1級(jí)別堤防，泵站穿堤涵洞為1級(jí)建筑物。

擬建站址位于老站和上游自排涵之間，廠區(qū)布置范圍內(nèi)北側(cè)有老站副廠房，南側(cè)外河存在一處航運(yùn)管理用建筑物，相應(yīng)位置處有一條水下過(guò)江電纜，泵站前池東側(cè)進(jìn)水口和已規(guī)劃的華強(qiáng)小區(qū)紅線距離較近，并且與規(guī)劃擬建的市政道路中心距離最近處不足15m。

二、工程地質(zhì)

在勘察深度范圍內(nèi)擬建站址地基地層上部為第四系全新統(tǒng)沖積層，下部為上更新統(tǒng)沉積層，深孔內(nèi)揭露有燕山期侵入巖。站址前池處自上而下主要土層分布：人工填土，以中、重粉質(zhì)壤土為主；①層重粉質(zhì)壤土；②1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土；②2層重粉質(zhì)壤土；③1層重粉質(zhì)壤土；③2層輕粉質(zhì)壤土；③3層重粉質(zhì)壤土，可塑～硬塑，濕，屬中等壓縮性土層，該層局部鉆孔未鉆穿，已揭露最大層厚5.5m，最深層底高程-16.55m。擬建站址8～18m深度范圍內(nèi)地基地層屬淤泥質(zhì)土。

站身及前池底板位于②1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層中，該層具弱～微透水性，抗?jié)B性能好；但該層呈軟塑～流塑狀，屬高壓縮性土層，層厚8.0～14.5m，層底高程-9.97～-4.80m，允許承載力僅為75kPa，不滿足前池?fù)鯄ψ鳛樘烊坏鼗囊?，須采取一定的地基處理措施?/p>

三、前池?fù)鯄υO(shè)計(jì)

1.方案選擇

廣福泵站前池東側(cè)擋墻原設(shè)計(jì)方案為鋼筋混凝土扶壁式擋土墻，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用同站身基礎(chǔ)相同的鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力管樁和水泥攪拌樁復(fù)合地基，考慮到廣福泵站前池所在東側(cè)進(jìn)水口和已規(guī)劃的華強(qiáng)小區(qū)、市政道路紅線距離較近，且站址處軟弱土層深厚，鄰近建筑物對(duì)地基變形和沉降的敏感性較高，天然地基不能滿足常規(guī)擋墻結(jié)構(gòu)對(duì)地基承載力的要求，需要采取一定的地基處理措施，并且在施工時(shí)沒(méi)有足夠的開(kāi)挖放坡空間，為避免基坑開(kāi)挖受限對(duì)工程進(jìn)度造成影響，本次設(shè)計(jì)前池東側(cè)擋墻采用擋土灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到減小墻后開(kāi)挖范圍、加快工期、控制沉降量的目的。

根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)條件，前池底板頂面高程-1.00～1.50m，前池頂面填土高程7.50m，前池?fù)鯄ψ畲髶跬粮叨?.50m，擋土高度大，底板位于②1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層中，該層厚度大，承載能力低，根據(jù)同類工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，必須采用強(qiáng)度與剛度都比較大的樁排結(jié)構(gòu)，此次擋土灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)采用雙排樁設(shè)計(jì)。

2.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)

雙排樁設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是：它可以在雙排布置的樁頂增加一根剛度較大的橫梁（亦稱冠梁）或整板形成門架式的框架結(jié)構(gòu)，以增加其剛度和支擋能力；利用后排樁抵抗主要部分的土壓力可使前排樁大為減輕負(fù)擔(dān)，縮小斷面，降低造價(jià)。

雙排樁根據(jù)前、后排樁的樁間距大小，布樁形式可以分為連續(xù)布置形式和非連續(xù)布置兩類。連續(xù)布置形式中前、后排樁間距相同，典型的形式為矩形格構(gòu)式；非連續(xù)布置形式中通常后排樁間距比前排大，典型形式如丁字式。樁排之間的土還可以進(jìn)一步采用高壓旋噴法或攪拌樁加固，形成支擋能力更好的組合形式。

雙排樁結(jié)構(gòu)在沒(méi)有內(nèi)支撐的情況下，能夠靠基坑以下樁前土的被動(dòng)抗力和前樁抗壓、后樁抗拔所形成的力偶來(lái)共同抵抗傾覆力矩，這種結(jié)構(gòu)發(fā)揮了雙排樁的整體剛度和樁土協(xié)同作用，可以有效地限制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形。樁排距、樁間距、樁徑及樁長(zhǎng)可根據(jù)荷載條件及開(kāi)挖深度通過(guò)計(jì)算確定。

3.灌注樁擋墻設(shè)計(jì)

根據(jù)基坑深度、土質(zhì)、荷載以及環(huán)境條件等因素結(jié)合雙排樁設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，廣福泵站前池東側(cè)擋墻采用雙排樁和攪拌樁的組合式排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中雙排樁采用非連續(xù)布置形式，即設(shè)置灌注樁兩排，排距5.0m，前池側(cè)樁間距1.5m，后排樁間距3.0m，樁徑1.2m，每排樁頂設(shè)置冠梁，前后排樁頂間設(shè)置連系梁，梁截面：1.2×1.0（寬×高）m，梁頂高程6.00m。雙排樁計(jì)算參考《建筑基坑支護(hù)規(guī)程》（JGJ120-2012）相關(guān)公式進(jìn)行，經(jīng)計(jì)算，嵌固深度取17.0m，即設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)24.0m，樁底高程-18.00m，其嵌固穩(wěn)定性、抗傾覆安全系數(shù)及整體穩(wěn)定驗(yàn)算安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，理論最大沉降量23mm。

為防止水土流失，在前排灌注樁兩兩之間設(shè)水泥攪拌樁兩根，并排布置，樁徑 0.6m，樁長(zhǎng) 5.0～7.5m，樁底高程 -2.50～0.00m，樁身水泥（質(zhì)量）摻入比為18%。在前池側(cè)樁前設(shè)置前墻鋼筋混凝土掛板，板厚0.3～0.5m，掛板與前排樁之間采用錨筋連接，錨筋采用直徑16mmHRB400級(jí)鋼筋，錨固劑采用高強(qiáng)環(huán)氧A級(jí)植筋膠，每根樁面設(shè)兩列錨筋，列寬500mm，梅花型布置，行間距250mm。掛板內(nèi)設(shè)直徑14mmHRB400級(jí)雙層雙向構(gòu)造鋼筋網(wǎng)，同樁身錨筋一起整體澆筑后形成完整的垂直墻面，掛板底部同前池底板相連并設(shè)置橡膠止水一道。冠梁頂部回填土至7.50m高程，并根據(jù)廠區(qū)綠化要求進(jìn)行綠化，前池灌注樁擋墻具體結(jié)構(gòu)布置形式見(jiàn)圖1。

圖1 前池灌注樁擋墻結(jié)構(gòu)布置圖

4.運(yùn)行效果

目前，廣福泵站已基本建成投入試運(yùn)行，泵站前池已經(jīng)經(jīng)過(guò)汛期運(yùn)行與檢修期檢修，東側(cè)擋墻外觀情況穩(wěn)定，無(wú)明顯變形變位，實(shí)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降值均小于理論計(jì)算值。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，前池灌注樁支護(hù)擋墻方案設(shè)計(jì)效果顯著，安全可靠，運(yùn)行情況良好。

四、結(jié)語(yǔ)

灌注樁擋墻作為擋土灌注樁支護(hù)的一種型式，當(dāng)場(chǎng)地開(kāi)挖有限且附近地基不允許出現(xiàn)較大下沉位移時(shí)，是一種較為安全可靠的設(shè)計(jì)方案，且能起到節(jié)省經(jīng)濟(jì)投資的效果。

在工程實(shí)踐中，擋土灌注樁排支護(hù)與水泥攪拌樁組合是一種較為常用的組合形式，兩者各司其職，各盡其能，灌注樁排是支護(hù)的主體，而水泥土攪拌樁是防止樁間水土流失的主體，這樣的結(jié)構(gòu)形式較為經(jīng)濟(jì)，阻水效果好，該形式在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)基坑深度、土質(zhì)、荷載以及環(huán)境條件等因素綜合考慮，當(dāng)基坑深度較淺，坑壁擋土的土質(zhì)以砂性土為主，地下水位又高時(shí)，則應(yīng)以擋水為主要任務(wù)，必須采取厚水泥土擋墻形式；反之，若擋土以軟弱黏性土為主，不透水，基坑深度較大，則以擋土為主，必須采用強(qiáng)度與剛度都比較大的樁排結(jié)構(gòu)，而水泥土墻壁可適當(dāng)減薄。

值得注意的是，采用水泥攪拌樁作為防滲墻時(shí)，因施工原因，不可能將水泥土樁體緊貼支護(hù)樁排，其間會(huì)留有一定的間隙，因此，實(shí)際工程運(yùn)用中要警惕坑外高水頭的承壓水或上層滯水有可能通過(guò)攪拌樁底部沿著上述間隙向坑內(nèi)壁底部或坑底邊緣處沖向坑內(nèi)，發(fā)生管涌或流土