船坞工程坞口段深基坑支护施工技术

夏国春 程永华 张 宏

(江苏省水利建设工程有限公司 扬州 225002)

1 工程概况

泰州口岸船坞濒临长江，厂区位于长江大堤外侧，原为堤外滩涂，经吹填砂后厂区高程为5.0～6.0m，坞口处高程约为3.5m。船坞有效尺寸为:350m×55m×13.50m，坞室顶高程6.0m，坞口段纵向长度28m(门座段长度8.5m、门槛段4.0m、门内段15.5m)，总宽度为81.5m(北坞墩为独立坞墩，宽度7m;南坞墩为船坞的水泵房，宽19.5m)。坞口段底板底标高均为-10.2m，水泵房底板底标高-13.2m。坞口深基坑支护剖面见图1。

图1 坞口深基坑支护剖面

2 坞口工程的施工特点及难点

a.坞口濒临长江，坞口段临江侧岸坡较陡，坡比约1∶1.5，由于吹填砂后堆载较大，施工初期岸坡土体发生浅层滑动，基坑外侧土体处于不稳定状态，给支护体系的实施带来了不可预见的难题。

b.坞口处的泵房、坞墩由多层组成，最深处达16.5m，进行大开挖施工不具备条件，采用了深基坑施工技术，建筑物采用逆作法施工。深基坑长81.5m，宽28m，最深处达16.5m，面积为2282m2，基坑面积大，对支护体系的强度、刚度要求高，施工难度大。

c.从揭示的土层来看，多为粉砂、粉细砂层，局部为粉质黏土，地下水承压水头较高，地下水补给丰富，且受长江潮汐影响，地下水位变化复杂，因此做好基坑的防渗，降低地下水位是本工程的施工关键。

d.在考虑支护体系安全的同时还需考虑拆除的方便，便于后续工序的施工。

3 施工方案的设计

3.1 临江侧岸坡土体加固

原设计在长江侧的围护桩外侧5m打一排钢板桩，在板桩与围护板之间用黄砂回填，以保证沿江侧坞口外土体的整体稳定，但由于长江边坡坡度较陡且坞口部分位置处于岸坡上，而江滩经吹填土后，堆载较大，发生了滑动，后改为采用编织带冲填土筑宽5m的护岸，并采用抛石护坡防护，以便于围护桩的施工及基坑的稳定。在坞口临长江侧及两侧高程3.50m围护灌注桩顶圈梁上设置混凝土挡水墙，并与两侧的护岸土体组成施工期的防汛围堤。

3.2 围护体系设计

经多种方案比较，基坑支护采用φ1000@1150钻孔混凝土灌注桩，桩长25m、桩底标高-23.85m，钻孔灌注桩挡土侧采用一排φ1000@800的摆喷止水帷幕组成船坞封闭的止水体系，考虑到坞口止水帷幕在工程实施中的重要性，加之土体二次滑坡的不确定因素，在坞口前沿及两侧增加一排规格为φ1000@800的高压旋喷桩，即增加一道止水帷幕，既作为施工期临时止水帷幕，同时在船坞完建期也兼作坞口底板的一道永久止水帷幕，对坞口区的防渗起到“双保险”的作用，止水帷幕底标高为-26.0m。围护体系及支撑平面见图2。

图2 第一道支撑平面

3.3 支撑体系的设计

坞口段内设三道支撑体系，泵房段内设四道支撑体系，第一道支撑在灌注桩顶浇混凝土圈梁，采用钢筋混凝土支撑梁结构，第二、三、四道采用角支撑和对支撑相结合的钢管支撑体系。

3.4 基坑底的加固设计

基坑开挖土深度最深处达16.5m，开挖区卸土较多，在灌注桩墙后土的土体在重力及地面荷载作用下易引起坑底隆起。同时由于地基为砂土，地下水较高，水头差较大，防渗帷幕一旦不封闭或受到破坏，在动水压力作用下，地下水会绕过支护墙连砂土一同涌入基坑，发生管涌，所以在基坑内开挖面以下沿围护墙设计宽度、深度均为4m的高压旋喷桩进行坑内被动土压力区加固。

3.5 基坑的降水设计

坞口处于长江边，地下水位高，且补给水源很近，地下承压水位较高(高程5.50m)。坑支护设计采用了钻孔灌注桩排桩围护墙，排桩之间的外侧用止水帷幕封闭，以隔断基坑周围的补给水，设计无降水要求。但结合此类条件工程的经验教训，为保证工程安全顺利施工，确定在坞口基坑内布设8口深井，深井底高程为-26.0m。深井布置图见图3。

图3 坞口降水井布置 单位:m

4 基坑围护结构施工

4.1 围护灌注桩施工

坞口基坑围护采用φ1000@1150钻孔灌注排桩，桩长25m。施工采用GPS—20回旋钻机成孔，泥浆护壁，混凝土采用预拌混凝土运至现场，导管法水下混凝土浇筑。灌注桩采用连续施打的方法，即在前一根灌注桩混凝土浇筑后6～8h，继续施工紧邻的下一根桩，不采用跳打的工艺，突破了常规施工相邻桩需间隔36h的规定，在基坑开挖后发现桩体很好，没有扰动邻桩，效果很好。

4.2 止水帷幕施工

在围护灌注桩施工完后进行灌注桩间高压摆喷(间距为1150mm)止水帷幕的施工，随后进行坞口及泵房底板前沿及两侧一排规格为φ1000@800mm的高压旋喷桩止水帷幕施工。

止水帷幕均采用三重管高压旋喷的方法，即使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在高压泵等发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低的压力注入到被切割、破坏的地基中，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成大的固结体。当喷嘴一面提升一面旋转，则形成一个个旋喷桩;当喷嘴一面提升一面摆动，则形成哑铃状的凝结体，即摆喷墙。

在施工过程中，通过对浆液的初凝时间、注浆流量、风量、压力、提升速度等参数严格的控制，无论是摆喷桩，还是旋喷桩成桩效果都很好，在坞口基坑土方开挖过程中，没有发生漏水现象，仅发现几处有渗漏点。当发现小渗漏点时，用快干水泥进行了封堵，说明防渗墙防渗效果较好。

5 基坑施工措施及土方开挖

5.1 施工降排水

坞口基坑中布设了8口深井用来降低地下水，深井施工采用回旋钻机成孔，孔径为800mm，管井采用钢筋混凝土标准井管，每节4m长，内径为300mm。其施工工序为:井位放样→护筒埋设→钻机就位、钻孔→回填底砂垫层→吊放井管→回填管壁与孔壁间的滤层→安放水泵、试抽→正常运行。

深井在基坑土方开挖前施工完毕，并开始降水。基坑降水以保证基坑干施工为目标，先期安排了4口井进行预降水，其余4口作为备用井及观测井用，为防止基坑内外水土压力差过大，同时为了基坑土方的顺利开挖，水位一直控制在开挖面以下0.5～1.0m处，经监测降水效果满足设计要求。随着土方的开挖，将混凝土井管不断地拆除，直至坑底以上0.5m处。

5.2 土方开挖

在坞口围护灌注桩及止水帷幕完成后，基坑中部土方采用水力挖泥机组开挖。而沿围护灌注桩内侧4m周边范围内土方，由于坑底土体加固过程中有部分水泥浆残留在上部土层中，土体强度较高，只得采用1台0.35m3挖掘机开挖，通过一次翻土送至水力挖塘机组二次开挖。根据支护结构要求，土方开挖分四次到底，预留50cm厚保护层土方采用人工开挖。

6 基坑支撑体系施工

6.1 支撑施工顺序

第一道钢筋混凝土支撑施工→土方开挖至第二道支撑底标高→安装第二道钢支撑→挖土至第三道支撑底→安装第三道支撑→挖土→安装第四道局部支撑→挖土→土建施工

6.2 钢筋混凝土支撑施工

第一道钢筋混凝土支撑系统施工前先对围护灌注桩桩头进行处理，使桩头顶位于第一道支撑梁底高程，并将桩头中的主筋整理后伸入梁内，同时对地基进行夯实，用素混凝土封底，然后进行钢筋的绑扎，最后立模浇筑混凝土，混凝土圈梁及支撑梁浇筑一次成型，从一侧向前推进，混凝土采用商品混凝土，成型后加强养护，在达到设计强度的80%后进行其下土方开挖。

6.3 钢支撑安装施工

6.3.1 钢支撑安装顺序

双拼钢围檩地面拼制→钢牛腿、支架安装焊接→钢围檩吊装就位→水平支撑梁安装→施加轴力→支撑节点加强。

6.3.2 钢支撑安装施工

土方开挖至低于支撑标高1m后，将围护桩部分钢筋保护层剥去露出主筋，在主筋上焊接牛腿及支架，确保牛腿及支架上表面高程符合安装要求，钢围檩采用2H700×300双拼型钢，分段吊装安装于牛腿上，钢围檩与围护灌注桩之间间隙用C40混凝土填实。钢围檩分段安装好后，再将其焊接连成整体。

支撑采用φ609×16钢管，安装用吊车将预拼好的对撑吊搁于牛腿及支架上，临时固定好后再施加轴力。利用立柱托架梁作支撑安装的搁置点，由于基坑跨度较大，选用50t履带吊停在基坑一侧，将围檩、钢支撑吊入坑内，坑内用200型挖掘机配合吊运。

6.3.3 轴力施加

钢支撑设计要求每根支撑施加应力值为500kN，由一台QF100—20型液压油泵站配两台100t分离式千斤顶，在支撑端头活络头端部施加应力。为减少应力的扩散，分二次施加应力，第一次施加预应力50%，并二次收紧螺栓，后开始第二次应力施加，第二次施加到设计值105%，然后下好锲铁并点焊封口，并将支撑与牛腿及支架焊好。

6.3.4 钢支撑安装过程中控制要点

a.所有的焊缝必须按设计图纸要求施工，并不得小于8mm，焊缝应满焊，表面要求焊波均匀，不准有汽孔、夹渣、裂纹、肉瘤等现象，对受拉受剪力的焊缝必须敲掉药皮检查，防止虚假焊。

b.托架梁标高必须严格控制，误差控制在30mm以内，托架横梁与立柱预埋件接触面必须满焊，并确保强度。

c.钢管支撑拼接要拉通线校正顺直度，螺栓必须穿向一致，两次旋紧，螺栓外露不得少于二牙，特别要防止支撑底面螺丝不遗漏。

d.每道支撑安装后，及时按设计要求施加预应力。当预应力施加至设计要求并加好钢锲铁顶紧后，方可拆除千斤顶。考虑所加预应力损失10%～15%，在施加时轴力值应达设计值100% ～105%，对施加预应力的油泵装置要经常检查，确保施加应力的准确性。

e.当预埋铁有偏位时，则将两个预埋铁中心拉线进行调整，防止施加预应力后由于支撑和预埋件不均匀接触而导致偏心受压;在支撑受力后，必须严格检查并杜绝因支撑和受压面不垂直而发生徐变，从而导致基坑支护排桩墙水平位移持续增大乃至支撑失稳等现象发生。

7 安全监测

深基坑支护体系的安全监测工作尤为重要，施工中成立了专门的安全监测工作小组，配备了专业人员进行安全监测工作。在内支撑梁中埋设了应力计，用以观测应力是否在设计计算的范围内，同时在顶圈梁上埋设了位移观测点，及时掌控位移的变化情况。根据计算，混凝土支撑梁设定报警值7000kN，钢支撑梁设定报警值3000kN，通过严密监测，测得混凝土梁支撑的最大内力为5390kN，第一层钢支撑最大内力为2349kN，第二层钢支撑最大内力为2286kN，第三层钢支撑最大内力为1045kN，均在可控范围内，平面位移观测无明显变化，保证了基坑支护体系施工期的安全可靠。

8 结语

近年来，因场地限制或功能要求，高层建筑的深基坑越来越多，而本工程不同的是深基坑是在长江边，深度较深，面积较大，防渗要求高，一旦失事将是灾难性的，所以不仅对基坑设计提出了很高的要求，而且要求施工合理组织，围护桩必须完整，满足刚度要求，内支撑不能发生变形，防渗体系要求全封闭，降水系统要求将地下水降至开挖面以下，但又不宜降得太深。对支护体系应加强观测，并作好分析，发现问题及时处理，经过认真的组织，工程得到了顺利的实施。

1 中国建筑工业出版社.建筑施工手册［M］.第四版.北京:中国建筑工业出版社，2003.

2 JGJ 120—99建筑基坑支护技术规程［S］.

3 刘建航，候学渊.基坑工程手册［M］.北京.中国建筑工业出版社，1997.

4 JTJ 332—98干船坞坞工程质量检验评定标准［S］.