桩排式围堰在卵石地质深基坑中的应用

周东坡，刘金峰，李志武

（中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州 450004）

1 工程概况

兰州市元通黄河大桥，主桥全长310 m，为（80+150+80）m连续梁-拱组合桥。主桥两个主墩（Pm09、Pm10）位于黄河河道内，承台长25.5 m，宽13.8 m，厚4 m，承台采用C30混凝土；河道水位高程约1 513.5 m，河床高程约1 510 m，承台底高程为1 503.5 m；承台围堰设计封底1 m厚的C20混凝土。

根据勘探资料，主墩位置地质情况为：

（1）卵石，层厚约2.3 m～6.2 m，青灰色，一般粒径3 cm～8 cm，最大粒径40 cm，大于2 cm的颗粒占质量的60%。

（2）强风化含砾砂岩，层厚3.4 m～20 m，桔红色，砾石含量15%～20%，粒径0.5 cm～2 cm，最大粒径40 cm。

（3）中风化含砾砂岩，勘探揭露最大层厚64.2m，桔红色，砾石含量15%～20%，粒径0.5 cm～2 cm，最大粒径40 cm。

水文情况为：

工程地址河道宽度210m，常水位标高1 512.5m，09#墩处水深2 m，10#墩处水深3.3 m，河水流速3 m/s左右，流量为1 006 m3/s。

根据工地现场特点，桩基础施工采用土石混合料筑岛作为钻孔平台。

2 承台基坑围堰方案比选

由于主桥墩施工跨越洪水期（为了保证防洪，水利管理部门要求必须于5月1号之前拆除筑岛平台），且承台设置位置低于河床10 m，属于深水基础。根据施工现场地质及以往施工经验和邻近桥梁施工情况，初步考虑以下三种施工方案进行比选。

2.1 钢板桩围堰

钢板桩围堰施工速度快，但是该项目地质持力层为中风化岩层，钢板桩施工入岩难度比较大，要穿越卵石层，破损率高，止水效果难以保证。且兰州本地钢板桩稀缺，需远途调运。

2.2 混凝土沉井

沉井施工需要待主墩桩基全部施工完毕之后再整体制作下沉，沉井高度十多米，需要经过3次接高下沉。对模板要求高，每节混凝土施工和养生时间较长。经了解邻近桥梁的施工经验，比较顺利的下沉时间为2个月，若不顺利时可能要延长到3～4个月，下沉过程长，特别是穿越卵石层时涌水量巨大，水下作业工程量很大。

2.3 桩排式地下连续墙

地下连续墙有壁板式和桩排式两种。

壁板式施工需要专业大型机械，该工程量较少，场地有限，不予考虑。

桩排式地下连续墙，使用常规桩机即可施工，工艺简单，可操作性强，最为主要的是：通过合理调配，可以与主桥桩基交叉施工，缩短整体工期。具体方法是：主墩桩基优先施工外侧桩基，承台每边桩基施工完毕后即可安排连续墙桩基的施工，待围护桩施工完毕后，即可对围堰土石方进行开挖外运，承台基坑与之平行施工。

与沉井方案相比，可以大大缩短整体工期，既能满足总体施工进度和质量要求，又能满足防洪部门5月1日前拆除筑岛平台的要求。

综上所述，选用桩排式地下连续墙做为承台施工围堰。

3 桩排式地下连续墙承台基坑围堰

3.1 半梅花相切桩排围护布置型式选用

目前，主要的围护布置型式可以分为三大类：拉列式、连续式、组合式。其中，拉列式应用于陆地基坑围护，或无水、少地下水基坑围护使用，深水基坑中无法使用；组合式桩排围护主要是采用钻（挖）孔灌注桩与水泥防渗墙组合使用型式，该工程无法进行水泥防渗墙施工，不能采用。

连续式桩排布置形式，其组合形式大体可分为半梅花切布置，单排连续式布置两种，该工程基坑深度达10 m以上，不仅需要桩排围堰有一定稳定性，其自身稳定性也要达到一定的效果，两种布置形式相比较，半梅花相切式布置更为稳定安全，另一特点是可以采用常规钻机施工，最适用于该工程，所以采用半梅花相切式桩排布置型式（见图1）。

图1 半梅花相切桩排布置示意图

3.2 桩排式地下连续墙围堰桩径的选用

该工程基坑地层范围多为卵石层，承台围堰尺寸：25.5 m×13.8 m采用冲击成孔工艺，常规桩径有1 m、1.2 m、1.5 m，按围堰尺寸分别需要88根、72根、60根桩。三种类型桩径安装工期及工程量对比优化见图2、图3所示。

图2 桩数（桩径）变化趋势图

图3 桩径与积值关系图

桩的数量代表工期，因为不同桩径的桩成孔进尺基本一样，都是每天1.5 m。混凝土方量几乎可以反映造价。

桩径在1.0 m以下钻孔施工，数量偏多将一定程度上减缓施工进度。同时，桩径相切角度过大，围堰内侧平整度较差，承台模板支护难度较大，桩身较小，其自身稳定、安全性较差。桩径大于1.5 m以上，虽然在施工进度上、围堰受力安全稳定性上有所提高，但由于桩排采用的半梅花形式布置，混凝土用量较多，费用将增加，不可取。最终选用1.2 m桩径作为承台围堰用桩。

3.3 桩排式地下连续墙基坑围堰施工

采用内外排交错半梅花相切排列方式，内排桩基内侧距承台边20 cm，外排桩和内排紧挨相接。每个承台布置72根桩。

桩顶标高为筑岛高度，桩底标高为1 501.5 m，低于承台底面2 m。Pm09桩长12.5 m，Pm10桩长13.5 m。

考虑开挖深度较深，初步考虑设置两道内支撑，第一道支撑面位于桩顶面以下2 m位置，第二道位于承台顶面以上1 m位置。

承台基坑土石方开挖至第一道支撑面位置，进行围囹、横撑及角撑安装，完成后进行下层基坑土石方开挖，最后进行围堰顶层支撑安装（见图4～图6）。

图4 围堰桩位示意图

图5 围堰支撑平面图

图6 围堰支撑立面示意图（标高：m）

4 桩排式地下连续墙围堰施工控制重点

（1）测量放样必须准确。如桩基不能形成完整相切，将会出现渗水、透水等情况，同时将影响围堰整体稳定、安全性。

（2）在施工过程中，排桩施工顺序不能连续施工，间隔跳桩施工。已完成灌注排桩混凝土强度未达到强度要求，紧邻施工可能倒致卵石挤进已完成桩身，使桩身受到破坏，形成空洞，开挖后存在透水危险。

（3）在排桩施工过程中，桩身竖直度严格控制，防止因桩身倾斜而不能形成相切效果。

（4）在排桩施工过程中，泥浆比重尽可能减少，防止桩身侧壁泥层过厚，不利于相邻桩更好的相切粘合，从而形成线型夹缝。长时间开挖后可能由渗水逐渐形成透水情况。

（5）在排桩成孔灌注混凝土前，为防止桩身泥层过厚，可适当调整钻机中心位置，在排桩相切位置进行空拉处理，尽可能减少泥层厚度，以便更好与邻桩相切粘合。

（6）桩间渗水、透水处理：

a.因桩间泥层过厚，存在泥浆夹层，而形成的渗水，仅清理内排桩身面，安装模板、浇筑混凝土，不需对桩间夹层做清理，就能达到满意的效果。

b.当桩间出现小范围透水情况时，可能存在透水压力过大，混凝土无法封堵的情况。按上述方案处理的同时，用常规隔水材料（如塑料布等）隔挡于透水面层，下部包裹隔水阀，做透水通水阀使用。浇筑混凝土后，水阀正常通水，以减少水压力对混凝土凝结的影响。待混凝土强度满足后，关闭隔水阀，就能够形成真正闭水。

c.如出现透水情况严重或桩身缺陷，以上方法无法处理，可采用排桩外侧补桩加强，重新闭水，或者根据实际地质情况选用水泥搅拌桩等其它工艺，个别部位补强。

5 桩排式地下连续墙围堰运用效果

该工程采用的桩排式地下连续墙围堰，穿过筑岛平台土层4 m，卵石层6 m，其中10#墩围堰基坑南侧卵石层达到近10 m，深入中风化土层中锚固。基坑开挖后，稳定性、安全性均满足施工需要，尤其在止水方面，取得很大的效果，09#、10#墩基坑全部实现在干作业施工。

图7为施工现场实景。

图7 施工现场实景

6 结语

桩排式地下连续墙围堰在该工程中，与主桥桩基同时施工，从而大大地缩短了施工工期；半梅花相切型桩排布置，使基坑围堰稳定性、安全性得到了很大程度上的提高；穿过深卵石层，止水效果相当明显，承台完全实现干作业施工，功效显著。同时，与其它同类围堰形式比较，在经济上取得了很大的效益。桩排式地下连续墙围堰，在厚卵石层复杂地质条件下的运用，还将会发挥其更大的优势，将会取代常规围堰形式在深厚卵石复杂地质条件下的使用。

[1]土力学[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]JTG/TF50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].