连续墙基础在钱塘江出江口门应用刍议——以扩大杭嘉湖南排杭州三堡排涝工程前期准备工程为例

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(1.杭州市青山水库管理处，杭州 311305； 2.杭州市水利规划设计研究院，杭州 310016；3.杭州市水利水电勘测设计院，杭州 310016)

1 问题的提出

1.1 工程概况

扩大杭嘉湖南排杭州三堡排涝工程属太湖流域南排工程之一，工程任务以防洪治涝为主，结合改善水环境等综合利用。直接保护范围为杭州市江北地区999km2，加上间接保护的杭嘉湖东部平原总面积达7550km2，设计排涝流量200m3/s，属Ⅰ等工程。

按照工程进度和投资总体安排，在《扩大杭嘉湖南排杭州三堡排涝工程项目建议书》的基础上，由杭州市水利规划设计研究院对排涝泵站下游(钱塘江侧)排水箱涵及排水口进行了补充方案设计工作，并在2008年4月下旬经过有关部门领导和专家咨询审查后，确定先开展前期准备工程的相关工作。

扩大杭嘉湖南排杭州三堡排涝工程前期准备工程位于三堡二线船闸下游引航道(沟通京杭运河与钱塘江)西侧，由三堡二线船闸引航道西侧的防洪堤、单孔引(排)水箱涵以及引(排)水口等组成，均为1级建筑物，详见图1。

图1 工程平面示意图

根据工程设计方案，长约635m的钢筋混凝土单孔引(排)水箱涵位于防洪堤迎水面斜坡上，设计最大引水流量为30m3/s，最大排涝流量为50m3/s。箱涵净尺寸为7m×6m，顶标高6.8m，底标高0m，底坡i=0。箱涵横断面详见图2。

图2 箱涵横断面示意图

1.2 箱涵稳定分析

引(排)水箱涵自重小，而水的浮托力和背水侧水平压力均较大，对箱涵抗滑和抗浮等安全稳定不利。经验算，在检修工况(引航道水位取多年平均最高潮位6.75m且箱涵内无水)下，箱涵抗浮稳定安全系数Kf=1.02<1.10，不满足规范要求； 对砂质粉土，取f=0.3，地基土c=7.8kPa、φ=30.4°，引航道水位取百年一遇设计低潮位1.35m，且箱涵内有水，在两侧不平衡水土压力作用下，箱涵抗滑稳定安全系数Kc=0.73<1.30，不满足规范要求。为保证箱涵的安全稳定，必须采取相应的基础处理工程措施。

1.3 主要影响因素

箱涵位于京杭运河三堡船闸临钱塘江侧航道的西侧防洪堤迎水面斜坡上，基础处理方案受众多因素影响。

1.3.1 地基土液化沉陷敏感

箱涵为1级水工建筑物，箱涵底置于Ⅱ层砂质粉土上，为液化沉陷敏感液化土，存在渗漏和渗透稳定问题。此外，下伏Ⅲ层淤泥质土(箱涵底板距Ⅲ层淤泥质粉质黏土顶板约10m)性质差，对箱涵的变形和沉降起控制性作用。

1.3.2 交叉建筑物众多

在635m长引(排)水箱涵范围内，有已建建筑物为污水管道和煤气管道、外江原防冲石块和砌体、新塘河排涝泵站出水箱涵； 拟建建筑物为污水管道、沿江大道穿运河隧道等，工程布置衔接处理复杂，不利于基础处理方案的确定。

1.3.3 施工难度非常大

京杭运河出口段河口段河床底高程约0.82m，两岸地面高程5.5～7.5m，已建堤防高程约10.0m。箱涵建基面高程约为-1.0，施工开挖边坡的土体主要为砂质粉土，属中等透水性～弱透水性，且临近钱塘江，地下水位较高，除自身稳定问题外，还存在基坑涌水和发生流砂的风险，需做好施工截渗排水和基坑围护等工作。

此外，施工期间需保证三堡二线船闸不停航，增大了施工难度。

2 连续墙基础的应用

2.1 基础方案初选

设计中，先考虑在引(排)水箱涵底板下采用两排DN80cm C25钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩横向中心间距7.8m，纵向中心间距2.8m，验算桩底高程为-15.0m时，箱涵Kf=1.52>1.10，单桩最大水平荷载230.8kN

但考虑到箱涵底板下为Ⅱ层砂质粉土，属中等透水性～弱透水性，存在渗漏和渗透稳定问题，而钻孔灌注桩的防渗效果小。根据类似工程经验，沙土液化地基防渗处理的有效措施主要有高喷防渗墙、混凝土防渗墙或钢筋混凝土板桩。结合箱涵结构特点，最后采用80cm厚钢筋混凝土连续墙基础。

2.2 交叉衔接处理

2.2.1 与原有污水管道的衔接

桩号0+024～0+196范围存在污水管道，该段箱涵不适合采用钢筋混凝土连续墙基础，最后采用DN80cm钻孔灌注桩基础。

桩号0+157附近、高程0.44m处，有2根直径为2m的污水管在立面上与箱涵交叉，设计中考虑先实施污水管改造，平面位置不变，高程调整为-2.60m，待改造后再施工引排水箱涵。

2.2.2 与原有煤气管道的衔接

桩号0+247附近、高程-2.60m处，有1根DN529mm煤气管，在立面上与引排水箱涵不交叉，且管径较小，设计中考虑将箱涵的结构分缝布置在煤气管上方，并在平面上离开煤气管一定距离设置横向封闭连续墙。

2.2.3 与规划污水管道的衔接

规划的2根DN2200mm污水管的埋设高程为-8.30m，在立面上与箱涵不交叉，但与连续墙基础交叉。为此，考虑将桩号0+215～0+230范围连续墙底高程调整为-6.20m，同时，对连续墙之间高程-6.20m 以上基础进行旋喷桩处理。

2.2.4 与规划地下隧道的衔接

规划的沿江大道地下隧道设计顶标高约-10m，与箱涵底板相距约9.0m。为此，考虑将桩号0+575～0+625范围连续墙底高程调整为-7.0m，同时，对连续墙之间高程-7.0m以上基础进行旋喷桩处理。

2.2.5 基础衔接方案

桩号0+000～0+024，为泵站4孔排水闸与单孔引排水箱涵的衔接段，同桩号0+024～0+196段箱涵一致，采用DN80cm钻孔灌注桩基础，桩底高程为-19.0m； 桩号0+638以外为与外江滩涂相接的引(排)水口，且与新塘河泵站排水口相临，有较多历年留下的防冲石块或砌体，设计中考虑在桩号0+638处，设置横向封闭连续墙，并在引(排)水口外缘，采用D1000mm高压旋喷桩、D80cm C25钢筋混凝土钻孔灌注桩和合金钢网兜石笼防冲槽的联合体防冲。

在与各交叉建筑物衔接后，在桩号0+196～0+638段，箱涵采用钢筋混凝土连续墙基础。其中，桩号0+196～0+215、0+229～0+575、0+625～0+646段，箱涵连续墙底高程为-10.40m； 桩号0+215～0+229段，箱涵连续墙底高程为-6.20m； 桩号0+575～0+625段，箱涵连续墙底高程为-7.0m。详见图3。

图3 箱涵基础衔接示意图

2.3 安全稳定验算

2.3.1 整体稳定验算

堤顶按一级公路要求考虑，采用瑞典条分法圆弧进行稳定分析。墙底高程-10.40m时，最不利滑动面的滑动安全系数为3.901； 墙底高程-7.0m时，最不利滑动面的滑动安全系数为3.144，墙底高程-6.20m时，最不利滑动面的滑动安全系数为2.965，均满足规范要求。

2.3.2 连续墙抗剪断验算

采用最不利工况(堤防侧地下水位6.0m，河道水位4.50m，综合内摩擦角29°)验算连续墙抗剪断能力：单位长度所受总水平力V=292.8kN，单面连续墙所受的力V1=V/2=146.4kN，而单位长度连续墙所能承受最大剪力Vc=0.07fcbh0/rd=510.42kN>V1，满足规范要求。

2.3.3 箱涵抗倾覆验算

采用单宽计算法，未考虑连续墙与周围土体的侧摩擦力。墙底高程为-10.40m时，计算得抗倾覆力矩=3798.9kN·m，倾覆力矩=2011.37kN·m，抗倾覆安全系数Kt=1.889>1.60； 墙底高程为-7.0m时，计算得抗倾覆力矩=3248.1kN·m，倾覆力矩=2011.37kN·m，抗倾覆安全系数Kt=1.615>1.60，墙底高程为-6.20m时，计算得抗倾覆力矩=3118.5kN·m，倾覆力矩=2011.37kN·m，抗倾覆安全系数Kt=1.550>1.60,不满足规范要求。

设计当中考虑在箱涵背侧高程0.30～6.30m范围内，采用原状土加土工格栅回填以减少土压力，从而满足工程规范要求。

2.4 有关技术要求

除要求连续墙基础满足《水电水利工程混凝土防渗墙施工规范》(DL/T 5199—2004)的各项规定外，还作了如下几点要求：

a.连续墙采用C25W4混凝土，墙厚800mm，分段长度不大于8m，钢筋保护层厚度为100mm。

b.连续墙分槽段施工，一期槽段混凝土浇筑时，应在混凝土初凝前经常转动埋设的D790mm钢管。

c.连续墙施工时超灌80cm至5.30m高程，并在浇筑箱涵顶板混凝土前凿除至4.50m高程，凿除混凝土时应保留该部分钢筋并做好同箱涵钢筋的连接。

d.连续墙槽段宽8m，14.90m长连续墙每槽段设3根Q235φ420mm×4mm钢管支撑，11.50m长连续墙每槽段设3根Q235φ420mm×6mm钢管支撑并在中间加一道连杆，待箱涵顶板浇好并达到设计强度后切除支撑钢管，并用C25混凝土填充孔口。

2.5 施工处理方案

针对施工期三堡船闸不能停航的情况，提出了连续墙和箱涵边墙“两墙合一+临时钢支撑”的施工方案，即：钢筋混凝土连续墙采用施工平台法施工，考虑施工平台和施工围堰(顶高程为7.50m)相结合，并对连续墙和箱涵边墙进行两墙合一施工，墙顶高程为4.50m，并在3.80m高程架设临时钢结构支撑以保证施工期安全，详见图4。

图4 “两墙合一+临时钢支撑” 横断面示意图

2.6 其他保障措施

2.6.1 铺设土工格栅

为减少引排水箱涵背侧土压力，设计中考虑在箱涵背侧高程0.30～6.30m范围内采用原状土加土工格栅回填，格栅宽度按3～9m渐变，相临格栅竖向间距为0.5m。明确靠箱涵侧采用包裹式结构，碳黑含量不小于2.0%，50年时的蠕变强度为30kN/m。

2.6.2 接头防冲处理

为避免连续墙接头处受钱塘江河口涌潮、三堡船闸通航和三堡排涝站汛期排涝等因素长期影响出现基础泥沙淘空现象，考虑在引航道底部设置30cm厚C20模袋混凝土和桩径1.50m旋喷桩防冲，桩底高程为-4.14m，顶高程为-0.14m，详见图4。

2.6.3 加强后续施工观测

规划的污水管和地下隧道在箱涵实施后进行施工，为减少后续施工对箱涵地基的扰动，设计中除对相应范围内的箱涵地基，采用水泥搅拌桩处理外，强调加强后续施工观测并采取有效措施减少对周围土体的扰动，确保施工完成后箱涵的沉降及沉降差在有关规定容许范围内。

3 结 语

连续墙基础在扩大杭嘉湖南排杭州三堡排涝前期准备工程单孔引(排)水箱涵中的应用是一个成功案例，根据安全稳定需要初选基础处理措施后，根据工程特点进行了方案优化，其设计思路对钱塘江河口淤泥质、粉砂质类地基的工程建设具有较大参考作用，对出江口门附近存在诸多建筑物，尤其是存在不同年代埋设的地下管线的工程建设具有极大的借鉴价值。