石井河截污渠箱工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

陳位洪

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510010）

1 工程概述

石井河位于廣州市白云區(qū)范圍內(nèi)，河涌為南北走向，北端起源于白海面涌，由上游均禾涌段、中游石井河段及下游的增埗河段組成，全長(zhǎng)約19.44 km，最終在增埗河口處接入珠江西航道，河涌現(xiàn)狀寬度8～30 m 之間，水深0.5～3.8 m。為了整治廣州、佛山跨界河流污染，提高石井河區(qū)域的污水和初雨收集率，改善石井河水環(huán)境質(zhì)量和居民人居環(huán)境質(zhì)量，廣州市政府在石井河內(nèi)修建石井河渠箱工程。

渠箱的截面為（6～8）m×3 m, 截污渠箱頂高程均在河床底部0.5 m 以下, 基坑開挖深度在4.4～13.52 m,采用基坑支護(hù)開挖現(xiàn)澆方式施工[1-5]。

渠箱與石井河的典型剖面如圖1 所示。

圖1 渠箱與石井河的典型剖面圖

2 地質(zhì)和水文情況描述

2.1 地層巖土特性

石井河渠箱場(chǎng)地自上而下分別主要為第四系沖積層、殘積層。從上到下，各巖土層主要有：人工填土層、淤泥、粉質(zhì)粘土（軟塑、可塑、硬塑）、粉砂、中砂、粗砂、礫砂、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中（微）風(fēng)化泥巖，局部溶洞發(fā)育。各土（巖）層巖土設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所列。

2.2 水文氣象

石井河是珠江的支流，上游來(lái)水量豐富，洪水期長(zhǎng)，且受臺(tái)風(fēng)影響，因此潮汐年內(nèi)變化比較復(fù)雜。每年的1～3 月份平均潮位較低，從5 月份開始明顯提高，到6～9 月份較高，從10 月份開始又逐漸下降，到12 月份又降到較低值，逐月多年平均的最大值與最小值之差可達(dá)2 m 以上。日平均潮差一般為1.5 m 左右，往復(fù)流十分明顯?？菟谒凰罴s為0.5～1 m，正常水位水深約為1.3 m?？紤]（P=5%）洪水位水深約3.8 m。

3 石井河渠箱設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

石井河寬度窄，擔(dān)負(fù)著排洪功能，兩岸沿線有很多民居和新開發(fā)的小區(qū)，河水受潮汐的影響，水位變化大，河底巖層淺，局部溶洞發(fā)育。石井河從北至南貫通整個(gè)廣州，沿線與多條橋梁和重要的引水管、光纜交叉。采用基坑支護(hù)方式開挖現(xiàn)澆，支護(hù)樁和基礎(chǔ)樁的打設(shè)、基坑支護(hù)對(duì)兩岸的影響、圍堰、施工導(dǎo)流、穿越橋梁、溶洞處理是渠箱設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

表1 各土（巖）層巖土設(shè)計(jì)參數(shù)建議值一覽表

4 基坑支護(hù)類型的選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況及渠箱設(shè)計(jì)高程等，該工程渠箱基坑支護(hù)形式主要可歸類分為以下幾種形式。

4.1 雙排鋼板樁+鋼管內(nèi)支撐（鋼板樁兼做止水帷幕）

當(dāng)鋼板樁下部穿透的地層為粉質(zhì)粘土等不透水地層時(shí)，且水位較深時(shí)，鋼板樁自身可兼做支護(hù)結(jié)構(gòu)及止水結(jié)構(gòu)。這時(shí)基坑采用鋼板樁加鋼管內(nèi)支撐的形式支護(hù)。

4.2 沖孔樁+ 鋼管內(nèi)支撐（沖孔樁之間打設(shè)旋噴樁形成止水帷幕）

在巖層埋藏較淺的地段，鋼板樁難以打入，基坑支護(hù)采用沖孔樁+鋼管內(nèi)支撐的方式；同時(shí)，由于砂層較厚，可在沖孔樁之間打設(shè)高壓旋噴樁形成止水帷幕。由于渠箱位于河涌中間位置，在施工沖孔樁之前應(yīng)先堆填粘土袋進(jìn)行圍堰。此種基坑支護(hù)方式在均禾涌下游E 段應(yīng)用較多。

4.3 單排鋼板樁+ 鋼管內(nèi)支撐支護(hù)（鋼板樁兼做止水帷幕）

在上游河涌斷面較窄且?guī)r層埋藏較深、水位淺的地段，為保證過(guò)水面積，采用打設(shè)單排鋼板樁+鋼管內(nèi)支撐的支護(hù)方式，鋼板樁兼做支護(hù)結(jié)構(gòu)及止水結(jié)構(gòu)。

4.4 沖孔樁+ 鋼管內(nèi)支撐（沖孔樁之外打設(shè)鋼板樁形成止水帷幕）

當(dāng)砂層不怎么深厚，巖層淺時(shí)，在沖孔樁后面打設(shè)一排鋼板樁進(jìn)行止水。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)措施

5.1 施工鋼便橋

利用堤岸斜坡段打設(shè)施工鋼便橋，作為施工過(guò)程的施工通道，以及施打沖孔樁、鋼板樁的施工平臺(tái)，同時(shí)解決施工導(dǎo)流、排洪問題。鋼平臺(tái)采用直徑630 mm 的鋼管樁，長(zhǎng)度12 m，間距4.8 m。鋼平臺(tái)可以重復(fù)利用。

5.2 限高橋底基坑設(shè)計(jì)

圖2 為限高橋底基坑剖面圖。

渠箱正上方通過(guò)的為現(xiàn)有橋梁，凈空僅3.0 m，施工空間狹窄，范圍短，因此作為特殊工點(diǎn)來(lái)處理，均安排在枯水期施工。

（1）支護(hù)樁采用雙排微型鋼管樁，鋼管直徑0.3 m，壁厚10 mm，間距0.5 m，排距1.3 m 有效樁長(zhǎng)約15 m，要求樁端入微風(fēng)化巖≥0.5 m。

（2）雙排微型鋼管樁間設(shè)置雙排高壓旋噴樁，其中心距0.4 m，有效樁長(zhǎng)約13.5 m，要求樁端至微風(fēng)化巖面，且每條旋噴樁初凝前插入50×4 鋼管。

（3）除支護(hù)樁內(nèi)的鋼管采用Q345-B 級(jí)鋼，焊條采用E50 焊條之外，其余鋼管、型鋼及鋼板均采用Q235-B 級(jí)鋼，焊條采用E43 焊條; 高壓旋噴樁采用二重管法，直徑600 mm，漿液材料為42.5 普通硅酸鹽水泥，不摻外加劑，水灰比為1.0～1.2，水泥摻量25%～40%，每延米水泥用量要求不小于200 kg/m，噴漿壓力要求大于25 MPa，流量大于30 L/min，提升速度為10 cm/min。成樁后要求旋噴樁的28 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于2 MPa。

（4）渠箱基坑施工時(shí)，應(yīng)派專人在橋兩端設(shè)通行桿，對(duì)橋面進(jìn)行限重，即汽-20 以上的車輛每次只允許一輛通行，不能同時(shí)通行2 輛以上汽-20的車輛?；又苓吋皹蛄荷蠎?yīng)布置位移、沉降、測(cè)斜、水位等監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

沉降觀測(cè)結(jié)果：施工期間橋面最大沉降1 cm。由于該橋是簡(jiǎn)支橋梁，小的沉降不影響其安全性。

5.3 溶洞、土洞的處理

由于巖溶發(fā)育具有嚴(yán)重的不均勻性，巖溶穩(wěn)定性的影響因素很多，現(xiàn)行的勘察手段一般難以查明巖溶特征。為此，對(duì)巖溶土洞、溶洞的工程處理上存在較大的不確定性，設(shè)計(jì)、施工風(fēng)險(xiǎn)不可避免。

溶、土洞處理原則：

（1）全線劃分高低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，分區(qū)域處理；重點(diǎn)處理高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)渠箱底板下10 m 和渠箱兩側(cè)各5 m范圍內(nèi)溶洞及巖土交界面層；低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)僅對(duì)渠箱兩側(cè)各5 m 范圍發(fā)現(xiàn)的土洞充填處理。

（2）對(duì)需要處理的溶、土洞，采取填充、壓密的方法處理，根據(jù)填充狀態(tài)采取不同的處理工藝，如填充處理、巖面注漿等工藝。

充填處理：主要是根據(jù)洞的大小及充填情況采取先充填砂夾石，再靜壓灌漿或直接靜壓灌漿。根據(jù)以往在防治巖溶地面塌陷的實(shí)踐，充填注漿乃是有效的措施。采用密布的壓漿孔可以揭露土洞，消除隱患；壓漿可以充填洞穴，防止土洞坍塌；漿液擴(kuò)散滲透，可消除或擊破相鄰?fù)炼词怪S即處理。

巖面注漿：是采用袖閥管在巖土界面上進(jìn)行注漿加固，其目的主要是壓漿封堵基巖和土層的界面，壓漿管只在界面附近開孔，用較高的壓力將界面上的溶槽、溶溝、破碎帶、構(gòu)造帶、節(jié)理，裂隙，全部用漿液固結(jié)，將界面周邊的溶洞、土洞填滿，將溶液和界面連通的通路(洞口)封住，甚至固結(jié)，從而阻止已有溶洞、土洞的發(fā)生發(fā)展，阻止或延緩新土洞的形成。

圖3 為溶洞處理平面示意圖。

圖2 限高橋底基坑剖面圖

圖3 溶洞處理平面示意圖

注漿處理按以下參數(shù)執(zhí)行：

（1）單液注漿：采用純水泥漿進(jìn)行注漿，水泥漿水灰比為1∶1，采用采用42.5（R）普通硅酸鹽水泥。

（2）雙液注漿：水泥漿與水玻璃體積比為1∶1；雙液漿中的水泥漿水灰比為1∶1，采用42.5（R）普通硅酸鹽水泥，水玻璃的模數(shù)為2.4～3.3。

5.4 溶洞處渠箱的施工

渠箱底處于溶洞處的施工措施如下：施工鋼便橋，第一階段，在渠箱左側(cè)打設(shè)6 m 鋼板樁圍堰并抽干圍堰內(nèi)積水，基坑內(nèi)滿鋪35 cm6%水泥石屑面層，處理600@400 范圍內(nèi)的溶洞后沖孔施工并打入鋼板樁，基坑內(nèi)滿鋪35 cm 6%水泥石屑面層，空樁內(nèi)插入50 注漿管壓1∶1 水泥，拔除第一階段圍堰鋼板樁；第二階段，在渠箱右側(cè)打設(shè)6 m鋼板樁圍堰并抽干圍堰內(nèi)積水，基坑內(nèi)滿鋪35 cm 6%水泥石屑面層，處理600@400 范圍內(nèi)的溶洞后沖孔施工并打入鋼板樁，空樁內(nèi)插入50 注漿管壓1∶1 水泥漿，拔除第二階段圍堰鋼板樁。施工端頭支護(hù)圍堰，將坑內(nèi)水位降至坑底下0.5 m，安裝第一道鋼管支撐，土方分層開挖至第二道鋼支撐下0.5 m 安裝第二道支撐，土方分層開挖至第三道鋼支撐下0.5 m 安裝第三道支撐，土方分層開挖至坑底，取C20 片石混凝土（片石體積占50%）換填溶洞內(nèi)充填物，施作C20 素混凝土墊層，施工渠箱底板及二次澆搗C30 混凝土支承層，待渠箱底板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第三道鋼支撐，渠箱施工至頂板，待渠箱結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后覆土回填并拆除第一、二道支撐，拔除鋼板樁。

圖4 為溶洞處渠箱施工剖面圖。

圖4 溶洞處渠箱的施工剖面圖

5.5 施工導(dǎo)流

該工程選擇在枯水期和正常水位期施工，石井河上游主涌河面寬度約為8～30 m，沿途接收的污水量較大，上游來(lái)水量不大，豐水期水位和枯水期水位相差大，但受下游珠江的潮汐影響較小，枯水期水位約為0.5～1 m，正常水位約為1.3 m?？紤]（P=20%）洪水位約2.5 m。正常水位較低，在正常水位下，進(jìn)行施工導(dǎo)流（束窄河道）對(duì)行洪的影響不大。而在遇到超5 a 一遇洪水時(shí)，考慮基坑淹沒，極端情況也可以考慮通過(guò)渠箱泄洪或強(qiáng)排。

在施工前，渠箱上游起點(diǎn)處采用橡膠壩圍堰，圍堰的頂標(biāo)高按照該處5 a 一遇洪水位的標(biāo)準(zhǔn)，考慮0.3 m 的超高來(lái)確定，以隔絕渠箱與上游來(lái)水的水力聯(lián)系，以水泵強(qiáng)排的方式排至臨近的白海面涌，以保證施工條件。

截污渠箱主要安排在枯水期進(jìn)行施工。在施工期間，按照約500 m 的長(zhǎng)度將整個(gè)均禾涌截污渠箱工程劃分成若干個(gè)施工段。每一個(gè)均禾涌渠箱施工段兩側(cè)均采用鋼板樁圍堰，每一施工段渠箱基坑兩端采用袋裝粘土圍堰，從而保證上游的來(lái)水從渠箱施工段的兩側(cè)的鋼板樁圍堰外側(cè)通過(guò)。總的來(lái)說(shuō)，渠箱的施工導(dǎo)流采用圍堰先后分段圍護(hù)部分河床，河水通過(guò)被束窄的另一部分河床導(dǎo)走，即采用分段分期的導(dǎo)流施工方式。

在遇到超過(guò)5 a 一遇洪水時(shí)，首先需要將渠箱起點(diǎn)處的橡膠壩放氣，以保證上游來(lái)水可由石井河排走；并及時(shí)將渠箱圍堰施工段兩端的袋裝粘土圍堰拆除，或者推倒至基坑內(nèi)，以順暢排洪。

5.6 其他關(guān)鍵技術(shù)

（1）在巖層淺處采用引孔后回調(diào)砂、打入鋼板樁，再注漿的方法施打鋼板樁。

（2）利用鋼板樁，將其作為支護(hù)樁和圍堰擋水構(gòu)件之用。

（3）使用錨桿解決岸側(cè)和河側(cè)鋼板樁的受力不平衡問題。由于岸側(cè)的邊坡開挖高度大，導(dǎo)致基坑的兩側(cè)受力不平衡，因此在岸側(cè)基坑采用錨桿放坡開挖加鋼板樁或沖孔樁，河側(cè)采用鋼板樁或沖孔樁。

6 結(jié) 語(yǔ)

石井河渠箱已經(jīng)順利建成投產(chǎn)。本文闡述了在狹窄的、兩岸建筑物密布的河道里修建渠箱的難點(diǎn)解決方法。從實(shí)際使用的狀況來(lái)看，設(shè)計(jì)方法是可行的。