浅谈河口滨海软土地区水闸深基坑围护施工方案

王红刚

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

上海嘉定蕰藻浜以南地区近期引水调度工程吾尚塘泵闸，位于上海市嘉定区南翔镇。工程内容包括：吾尚塘泵闸主体、翼墙护岸及调度中心。工程泵闸地板底标高为-3.25m，场地地表整平标高为+4.50m，基坑最大开挖深度为7.75m，基坑开挖面积3488m2。泵闸西侧围护外边线红线外为绿地及18层住宅小区；泵闸东侧围护外边线红线外为绿地，绿地外为嘉耀路。根据上海市工程建设规范《基坑工程技术规范》(DG/DJ08-61-2010)的规定，该基坑安全等级属二级，环境保护等级按二级考虑。

建设泵闸所在河道位于南翔镇城区，河道两侧为工业与民用建筑、政道路及地下管线，场地深度复杂。根据钻探、静力触探试验及土工试验资料了解：本工程范围内所揭露土层为全新世Q4的人工、滨海-河口、滨海-浅海；滨海、沼泽相沉积物及晚更新Q3的河口-滨海相沉积物。该地区土层工程特性表现为：流塑，含云母、夹粉土，韧性中等、干强度中等，稍有光泽，工程力学性质较差、为天然地基的软弱下卧层，基槽开挖时，容易产生剪切破坏。

2 基坑围护布置形式

由于该工程基坑安全等级属二级，根据基坑开挖深度及周边环境条件和场地现有条件，无法采用放坡开挖方式，经充分论证基坑围护采用灌注桩排桩围护墙围护方案，其结构采用钻孔灌注桩+止水帷幕+一道钢支撑的围护形式。

基坑内设置一道水平支撑，支撑采用2φ609×16mm钢管支撑；围檩采用1100mm×700mm混凝土围檩，混凝土围檩及钢支撑中心标高为+1.550m，支撑主柱坑底以上采用角钢格构柱，格构断面为470mm×470mm。坑底以下设置立柱桩，立柱桩采用φ800mm灌注桩。角钢格构立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。在底板处设置混凝土传力带换撑，混凝土设计强度C30。当底板换撑及型钢临时换撑完成并达到设计强度后，拆除钢支撑。

2.1 闸室段围护布置

闸室段基坑由于深度最大，结构物布置较多，围护形式采用内侧φ800@1000mm，桩长为15.7m的WZ1型钻孔灌注桩，桩低标高-14.50m；外侧布置双排φ700@500mm，水泥掺量为13%，桩长分别为15.0m、6.0m的JB1、JB4型双轴水泥搅拌桩止水，并于基坑外侧布置排水沟及护坡，防止周围水流入基坑内。

图1 闸室段围护布置剖面图

图2 进出水池段围护布置剖面图

2.2 进出水池段围护布置

进出水池段基坑由于深度相对闸室段最小，结构物布置较少，围护形式采用两岸侧φ700@1000mm，水泥掺量为13%，桩长分别为13.0m的JB2型双轴水泥搅拌桩止水，宽度5.20m，并分别内插2φ48×3.5mm，长6.0m，间距1.0m的钢管，及上部9φ12@1000mm，长1.2m的插筋，整体顶部上压20cm厚3%坡度C20混凝土压顶。并于基坑外侧布置排水沟及护坡，防止周围水流入基坑内。

3 主要施工方法

围护双轴水泥土搅拌桩约11900m3，坝体内套打钻孔灌注桩约1000m3，搅拌桩压顶约270m3，混凝土护坡约140m3。该闸安排2台SJB-Ⅱ型双轴搅拌桩机施工围护坝体，2台GPS-10型工程钻机在搅拌桩施工10d后施工钻孔灌注桩和立柱桩，后续搅拌桩压顶和护坡跟进施工，并配合结构施工班组挖土跟进施工钢支撑。

3.1 双轴搅拌桩施工

双轴搅拌桩施工工艺流程：各项施工准备工作→放线、开挖、定位→桩机就位→预搅下沉→第一次注浆提升搅拌→第二次下沉搅拌→第二次注浆提升搅拌→第三次下沉、提升搅拌→成桩结束→试块制做→桩机移位。桩位偏差不大于50mm，垂直度偏差不大于1/150。水泥土搅拌桩养护期为28d以上，无侧限抗压强度qu≥0.8MPa时方可开挖基坑。

3.1.1 水泥土配合比

根据水泥土搅拌桩的特点，水泥浆配比的技术要求如下:设计合理的水泥浆液及水灰比，确保水泥土强度达到设计要求，水泥掺入比的设计，必须确保水泥土强度，降低土体置换率，减轻施工时环境的扰动影响。基坑围护区为水泥土重力式坝体(局部套打钻孔灌注桩)，水泥土搅拌桩采用P·O42.5级普通硅酸盐水泥掺入比为13%。

3.1.2 制备水泥浆液及浆液注入

在施工现场搭建拌浆施工平台，平台附近搭建水泥库，在开机前按要求进行水泥浆液的搅制。将配制好的水泥浆送入贮浆桶内备用。水泥浆配制好后，停滞时间不超过2h，不得离析，搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不超过10h。

3.1.3 预搅钻进和喷浆提升

水泥搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度，喷浆搅拌时钻头提升(下沉)速度不宜大于0.5m/min，钻头每转一圈提升(或下沉)量以1.0cm～1.5cm为宜。在桩底部分重复搅拌注浆，停留1min左右。为了保证桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部提留30s，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30s。双轴水泥土搅拌桩应连续搭接施工，相邻桩施工间歇时间不得超过16h。

3.2 钻孔灌注桩施工

结合上海软土地基钻孔灌注桩施工经验和本工程土质特征，采用GSP-10型工程钻机正循环回转钻进，地层自然造浆护壁，正循环两次清孔的成孔工艺，采用导管法水下混凝土灌注成桩技术。由于泥浆护壁保证了安全钻进，顺利成孔，两次清孔对清除孔底沉渣效果显著，在提高桩身质量上提供可靠保证。

钻孔灌注桩的施工工艺流程：定位和护筒埋设→机械就位和钻具校验→成孔施工→第一次清孔→钢筋笼吊放→第二次清孔→灌注混凝土→移机。桩位偏差不大于50mm，垂直度偏差不大于1/200。混凝土强度为C30，沉渣厚度不大于200mm。

3.2.1 成孔工艺

由于本工程钻孔灌注桩为在双轴搅拌桩坝体内套打施工，为防止钻孔灌注桩施工时造成穿孔及减少对双轴搅拌桩的桩体影响。按一般常规要求，钻孔灌注桩施工宜在双轴搅拌桩施工10d后开始施工。

钻进参数及钻头选择：钻头结构为单环三翼刮刀钻头。钻进参数：钻压10kN～15kN，钻速20r/min～47r/min，保证孔径达到要求。

3.2.2 泥浆

钻进泥浆粘度是防止缩径、塌孔并及时携带出孔内钻渣的重要措施。一般平均密度在1.15-1.20，粘度20S左右。做好地层泥浆净化工作和经常性的泥浆性能测试，一旦发现所设计的性能指标与孔内情况不相适应，出现孔壁不稳定或缩径时，应及时作适当调整。并同时做好场地清渣排污工作，保持场地整洁。

3.2.3 清孔

实际实施过程中采用两次清除孔底沉渣的方法。当钻进达到设计孔深后，将钻头提离孔底150mm-200mm，开动泥浆泵进行正循环清孔，时间不小于20min。桩孔终孔后，按设计要求检查终孔深度、沉渣、泥浆性能等各项指标。桩孔验收合格后下钢筋笼。当下好钢筋笼和灌注导管后，利用导管正循环进行第二次清孔，要求清孔后，孔底沉渣不超过200mm。

3.2.4 混凝土灌注

孔口准备工作就绪后，即可开始灌注，初灌注时，先在导管内安放好隔止塞，隔止塞应下在导管内泥浆面以上，用8#-10#铅丝悬挂在漏斗上，然后按计算的初灌混凝土量剪断铅丝把混凝土一次投入孔内，孔口大量出泥浆，说明初灌成功，然后可按工序进行连续灌注作业。灌注过程要连续进行，不得中断，应缩短灌注时间，以防孔内顶层混凝土失去流动性，灌注过程中应设专人负责检测记录，随时注意观察管内混凝土下降及孔内返水情况，控制导管埋深，做到勤提勤拆。混凝土灌注中应防止钢筋笼上拱，混凝土面进入钢筋笼底端3m左右，灌注速度应适当放慢。

4 围护后基坑开挖

待基坑围护施工完成后，围檩整体形成并达到设计强度后，对钢支撑施加预应力，而后才能分层分块进行开挖至坑底，并立即浇筑垫层，局部集水井等落深坑，应待大面积混凝土垫层浇筑完成后，方开大面积开挖。

基坑开挖区中支撑与围檩上不得堆载，支撑上不允许有任何压重，基坑开挖期间禁止在坑边堆放建材，大型机械等重物。土方、降水等工程应注意与围护施工的协调配合，土方工程必须达到龄期和设计强度要求并坑内预降水完成后才能开始。在开挖过程中，应根据基坑周边的位移及沉降监测数据，及时调整挖土流程，在开挖过程中不得超挖，开挖面高差应控制在2m之内，放坡坡度宜小于1∶2，开挖到底后应立即浇捣垫层至围护桩边，随挖随捣，基坑底暴露时间应控制在24h之内，挖土后在坑内设明沟或盲沟集水井排水。

5 结语

各地软土地区基坑围护方案因地质、土体物理力学性质不同而不同，针对上海地区河口-滨海软土深基坑因工程地质条件差，一般采用强围护方案。在施工前，必须摸清地下障碍物及浅部不良地质情况，如影响基坑施工应提前处理。同时在围护施工时必须重视周边环境安全监测工作，尤其在基坑土方开挖期间，需要随时随地不间断地进行监测，一旦出现基坑变形过大，应立即停止开挖并通知设计等有关单位及时分析原因及对策，防止出现基坑坍塌等事故。