浅谈挡土灌注桩支护在广福泵站中的应用

崔 冬

水利工程中基坑支护的结构多种多样，通过众多工程实践检验，桩排式支护结构具有较多优势，适用的地质条件比较宽松，黏性土、砂性土、黄土、软岩等都可适用，尤其是坑底深部有软弱淤泥质黏土层时，相对其他加固型的支护结构，有着较好的稳定性和抗变形能力。在诸多桩排支护的类型中，钻孔灌注桩支护在工程中应用的最为广泛，其特点是：施工设备简单、使用灵活、所需作业场地不大、噪声低、振动小、桩的直径和抗弯刚度可以做得很大，安全可靠，并且增加一定的止水措施，还可以将分散的桩排连接在一起，形成一道既能支护又能防渗的地下连续墙。

一、工程概况

广福电力排灌站位于安徽省芜湖市镜湖区城北圩广福矶，距离下游芜湖长江大桥约800m，泵站排水区主要为城排区，承泄区为长江。该站按照规划设计流量移址重建，保留并加固现有自排涵，因此重建泵站仅具有抽排功能。泵站设计抽排流量为37.1m3/s，6台机组，总装机 3830kW，工程等别为Ⅲ等，中型泵站，主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级，排涝出水涵所在芜湖市芜当联圩长江大堤为1级别堤防，泵站穿堤涵洞为1级建筑物。

拟建站址位于老站和上游自排涵之间，厂区布置范围内北侧有老站副厂房，南侧外河存在一处航运管理用建筑物，相应位置处有一条水下过江电缆，泵站前池东侧进水口和已规划的华强小区红线距离较近，并且与规划拟建的市政道路中心距离最近处不足15m。

二、工程地质

在勘察深度范围内拟建站址地基地层上部为第四系全新统冲积层，下部为上更新统沉积层，深孔内揭露有燕山期侵入岩。站址前池处自上而下主要土层分布：人工填土，以中、重粉质壤土为主；①层重粉质壤土；②1层淤泥质重粉质壤土；②2层重粉质壤土；③1层重粉质壤土；③2层轻粉质壤土；③3层重粉质壤土，可塑～硬塑，湿，属中等压缩性土层，该层局部钻孔未钻穿，已揭露最大层厚5.5m，最深层底高程-16.55m。拟建站址8～18m深度范围内地基地层属淤泥质土。

站身及前池底板位于②1层淤泥质重粉质壤土层中，该层具弱～微透水性，抗渗性能好；但该层呈软塑～流塑状，属高压缩性土层，层厚8.0～14.5m，层底高程-9.97～-4.80m，允许承载力仅为75kPa，不满足前池挡墙作为天然地基的要求，须采取一定的地基处理措施。

三、前池挡墙设计

1.方案选择

广福泵站前池东侧挡墙原设计方案为钢筋混凝土扶壁式挡土墙，基础设计采用同站身基础相同的钢筋混凝土预应力管桩和水泥搅拌桩复合地基，考虑到广福泵站前池所在东侧进水口和已规划的华强小区、市政道路红线距离较近，且站址处软弱土层深厚，邻近建筑物对地基变形和沉降的敏感性较高，天然地基不能满足常规挡墙结构对地基承载力的要求，需要采取一定的地基处理措施，并且在施工时没有足够的开挖放坡空间，为避免基坑开挖受限对工程进度造成影响，本次设计前池东侧挡墙采用挡土灌注桩支护结构，以达到减小墙后开挖范围、加快工期、控制沉降量的目的。

根据规划设计条件，前池底板顶面高程-1.00～1.50m，前池顶面填土高程7.50m，前池挡墙最大挡土高度8.50m，挡土高度大，底板位于②1层淤泥质重粉质壤土层中，该层厚度大，承载能力低，根据同类工程设计经验，必须采用强度与刚度都比较大的桩排结构，此次挡土灌注桩支护结构采用双排桩设计。

2.双排桩支护结构

双排桩设计的指导思想是：它可以在双排布置的桩顶增加一根刚度较大的横梁（亦称冠梁）或整板形成门架式的框架结构，以增加其刚度和支挡能力；利用后排桩抵抗主要部分的土压力可使前排桩大为减轻负担，缩小断面，降低造价。

双排桩根据前、后排桩的桩间距大小，布桩形式可以分为连续布置形式和非连续布置两类。连续布置形式中前、后排桩间距相同，典型的形式为矩形格构式；非连续布置形式中通常后排桩间距比前排大，典型形式如丁字式。桩排之间的土还可以进一步采用高压旋喷法或搅拌桩加固，形成支挡能力更好的组合形式。

双排桩结构在没有内支撑的情况下，能够靠基坑以下桩前土的被动抗力和前桩抗压、后桩抗拔所形成的力偶来共同抵抗倾覆力矩，这种结构发挥了双排桩的整体刚度和桩土协同作用，可以有效地限制围护结构的侧向变形。桩排距、桩间距、桩径及桩长可根据荷载条件及开挖深度通过计算确定。

3.灌注桩挡墙设计

根据基坑深度、土质、荷载以及环境条件等因素结合双排桩设计指导思想，广福泵站前池东侧挡墙采用双排桩和搅拌桩的组合式排桩支护结构，其中双排桩采用非连续布置形式，即设置灌注桩两排，排距5.0m，前池侧桩间距1.5m，后排桩间距3.0m，桩径1.2m，每排桩顶设置冠梁，前后排桩顶间设置连系梁，梁截面：1.2×1.0（宽×高）m，梁顶高程6.00m。双排桩计算参考《建筑基坑支护规程》（JGJ120-2012）相关公式进行，经计算，嵌固深度取17.0m，即设计桩长24.0m，桩底高程-18.00m，其嵌固稳定性、抗倾覆安全系数及整体稳定验算安全系数均满足规范要求，理论最大沉降量23mm。

为防止水土流失，在前排灌注桩两两之间设水泥搅拌桩两根，并排布置，桩径 0.6m，桩长 5.0～7.5m，桩底高程 -2.50～0.00m，桩身水泥（质量）掺入比为18%。在前池侧桩前设置前墙钢筋混凝土挂板，板厚0.3～0.5m，挂板与前排桩之间采用锚筋连接，锚筋采用直径16mmHRB400级钢筋，锚固剂采用高强环氧A级植筋胶，每根桩面设两列锚筋，列宽500mm，梅花型布置，行间距250mm。挂板内设直径14mmHRB400级双层双向构造钢筋网，同桩身锚筋一起整体浇筑后形成完整的垂直墙面，挂板底部同前池底板相连并设置橡胶止水一道。冠梁顶部回填土至7.50m高程，并根据厂区绿化要求进行绿化，前池灌注桩挡墙具体结构布置形式见图1。

图1 前池灌注桩挡墙结构布置图

4.运行效果

目前，广福泵站已基本建成投入试运行，泵站前池已经经过汛期运行与检修期检修，东侧挡墙外观情况稳定，无明显变形变位，实测点累计沉降值均小于理论计算值。通过实际运行情况来看，前池灌注桩支护挡墙方案设计效果显著，安全可靠，运行情况良好。

四、结语

灌注桩挡墙作为挡土灌注桩支护的一种型式，当场地开挖有限且附近地基不允许出现较大下沉位移时，是一种较为安全可靠的设计方案，且能起到节省经济投资的效果。

在工程实践中，挡土灌注桩排支护与水泥搅拌桩组合是一种较为常用的组合形式，两者各司其职，各尽其能，灌注桩排是支护的主体，而水泥土搅拌桩是防止桩间水土流失的主体，这样的结构形式较为经济，阻水效果好，该形式在具体设计时应该根据基坑深度、土质、荷载以及环境条件等因素综合考虑，当基坑深度较浅，坑壁挡土的土质以砂性土为主，地下水位又高时，则应以挡水为主要任务，必须采取厚水泥土挡墙形式；反之，若挡土以软弱黏性土为主，不透水，基坑深度较大，则以挡土为主，必须采用强度与刚度都比较大的桩排结构，而水泥土墙壁可适当减薄。

值得注意的是，采用水泥搅拌桩作为防渗墙时，因施工原因，不可能将水泥土桩体紧贴支护桩排，其间会留有一定的间隙，因此，实际工程运用中要警惕坑外高水头的承压水或上层滞水有可能通过搅拌桩底部沿着上述间隙向坑内壁底部或坑底边缘处冲向坑内，发生管涌或流土