河道箱涵工程深基坑支護施工技術(shù)

鐘 欣，杜 江

（1.昆明理工大學國土資源工程學院，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）

隨著我國城市化進程不斷加快，傳統(tǒng)的排水設(shè)施在運營和功能上無法滿足現(xiàn)狀需求，與當?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)，由于新建機場服務(wù)中心需對原有老河堰進行遷改。遷改線路沿貨運大道北延線及機場高速敷設(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。工程施工起點為貨運大道，終點為天然河道，總設(shè)計長度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行施工，由于受工期影響，現(xiàn)狀河道位置需進行回填，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，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，鉆孔標高403.14～433.61m，相對高差約30.47m?？辈熨Y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上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）泥質(zhì)砂巖組成?；訁^(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、強風化泥質(zhì)砂巖、中風化泥質(zhì)砂巖。各層巖土體物理力學參數(shù)如表1 所示。

表1 巖土體物理力學參數(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?？辈炱陂g老河堰原河道水位高程402.5～411.7m，流速緩，水深0.3～1.2m。

2 基坑支護方案

2.1 基坑支護形式選取

本次箱涵基坑開挖巖土層涉及中風化泥質(zhì)砂巖、強風化泥質(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，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的措施。

由于本次箱涵基坑開挖范圍線禁止侵入貨運大道道路紅線及填方道路邊坡坡腳線、機場高速圍欄范圍線，不滿足自然放坡段需采取錨噴支護措施。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，并對其進行監(jiān)測。該工程不同部位分段支護形式見表2。

表2 不同部位分段支護形式

2.2 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計起點段基坑開挖采用對稱樁支護的方式形成，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。樁基主筋保護層厚度5cm，采用螺旋式箍筋，每間隔2m 設(shè)置加強環(huán)筋。根據(jù)不同的懸臂長度將支護樁分為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，安裝時受拉主筋正對溝槽以保證抗彎。支護樁和冠梁均采用C30混凝土。支護樁鋼筋籠主筋選用HRB400，主筋保護層厚度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)計起點段基坑支護斷面圖。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30～50cm，冠梁施工采用破除樁頭施工。

圖2 基坑支護斷面圖

根據(jù)實際情況，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行開挖，放坡坡率按照不同地層進行選擇，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

旋挖鉆機采用無沖洗介質(zhì)循環(huán)的靜態(tài)泥漿護壁鉆斗取土工藝進行鉆進[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。旋挖鉆機的地層適應(yīng)能力強，可以適用于淤泥質(zhì)土、粘土、卵石等地層。孔壁上可形成明顯的螺旋線，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)計起點段基坑支護平面布置圖見圖4。設(shè)計起點段靠近現(xiàn)狀貨運大道北延線，受周圍環(huán)境的限制，同時考慮到對鐵路的保護，無法采取放坡開挖的方式。經(jīng)對比分析決定采用樁支護方式，即項目起點段靠近鐵路旁的基坑，先用鉆孔灌注樁進行支護，再進行開挖，端頭位置采用噴錨支護措施。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，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，每層超挖深度不超過50cm，待上一層支護強度達到設(shè)計值的70%方可進行下一層土方的開挖。面層噴射采用C25 細石混凝土，厚度100mm；鋼筋網(wǎng)采用?8@150×150mm 鋼筋網(wǎng)，加強筋采用?16。為了加強樁間土的穩(wěn)定，加強筋?16 需鑿孔植入護壁樁，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、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，用2 臺100t 的千斤頂對擋土結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，在所施加的頂力達到設(shè)計值后，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 細石砼充填密實。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，對基坑排樁進行監(jiān)測，當超過預(yù)警值時需對基坑支護結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境中的保護對象采取控制措施，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，來指導設(shè)計與施工[3]。排樁測點布設(shè)及報警值見表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行了相應(yīng)的支護設(shè)計，對無法放坡開挖的地段設(shè)計并選用了合理的支護結(jié)構(gòu)，在保障施工安全的同時，對類似工程的設(shè)計和施工具有一定的參考意義。