复杂双排灌注桩斜抛撑深基坑支护结构设计*

邵 卿，张 萍，杨世潮，苏 朋

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

由于双排桩支护可提供较大的侧向刚度，并能有效控制基坑侧向变形，因此，这种结构形式在基坑支护工程中已得到广泛应用[1-5]。胡伟利等[6]将双排桩支护结构应用于港区护岸工程，并进行了结构稳定性计算，发现各项指标均满足规范要求。其他专家学者也对此有过类似研究[7-9]。

1 工程概况

北支江上游水闸、船闸工程主要工程项目包括新建上游水闸、船闸及工程范围内的堤防工程等。水闸由上游钢筋混凝土铺盖、闸室及下游钢筋混凝土护坦组成。左岸与防护堤相接，右岸与船闸上闸首相邻。闸室段为水闸工程的主体，闸室为平底开敞式结构，由闸底板、闸墩、工作闸门等组成。水闸共3孔，每孔净宽60.0m，闸底板顺水流方向长30.0m，闸室总宽225.0m(不含船闸)，闸墩顶高程为6.700m。采用底轴驱动式翻板闸门，闸门尺寸为60.0m×4.9m(宽×高)，最大挡水高程6.000m。

上游水闸、船闸工程布置于上堵坝下游约70m的北支江河道，左岸与正在施工的泵站工程相邻。因本工程左岸紧邻配水泵站箱涵，故设计左岸为临时基坑支护，基坑设计使用年限为2.0年，基坑安全等级为一级，安全重要性系数取1.1。

2 工程地质与水文地质

2.1 工程地质概况

根据勘探揭露的地层情况，上游闸线基岩为燕山期入侵的花岗闪长岩，埋深达30～46m，左侧埋深浅、右侧深。上部第四系地层以冲海积地层为主，呈上细下粗的二元结构。按地质时代、成因类型及工程特性，自上而下划分为7个大层：①填土和塘泥 该层主要分布于河道岸侧和河道底，工程性能差；②粉细砂 灰黄色，稍密，饱和，含云母，偶夹层状黏性土，中等压缩性，工程性能一般；③淤泥质黏土夹粉砂 主要有淤泥质粉质黏土夹粉砂和黏质粉土夹粉砂2个亚层，工程性能差，属高压缩性土；④细砂 由粉细砂和含砾细砂2个亚层组成，灰、灰黄色，稍密～中密，饱和，中等偏低压缩性～中等压缩性，场区内局部分布，工程性能一般；⑤粉质黏土 有淤泥质粉质黏土、粉质黏土和粉质黏土与粉砂互层3个亚层，灰色，流塑～硬可塑，中等压缩性～中等偏高压缩性，局部分布，工程性能一般；⑥含砾/砂粉质黏土 主要由含砾粉质黏土、圆砾、中砂和卵石等4个亚层组成，主要呈现灰色、灰黄色及青灰色，整体工程性能较好；⑦花岗闪长岩 根据风化程度分为全风化、强风化和中风化花岗闪长岩，灰黄～灰白色，岩体结构从上而下完整性增加，节理、裂隙减少，工程性能较好且逐步增加。

2.2 水文地质概况

根据地下水赋存条件，水理性质及水动力特征可将工程区域地下水分为地表水、松散岩类孔隙水、孔隙承压水及基岩裂隙水4类。

1)地表水 水位随季节性变化及江水变化较大，勘探期间北支江河道水深1.6～3.3m，相应高程3.202～5.810m。

2)松散岩类孔隙水 孔隙富水性和渗透性均呈现各向异性，水位随季节变化明显，地下水埋深0.70～2.70m，相应高程4.930～6.390m。

3)孔隙承压水 主要分布于下部的⑥4卵石层中。相对隔水层为上部的③淤泥质黏土夹粉砂层及⑤1淤泥质黏土层、⑤2粉质黏土层。根据钻孔SZK27号水位观测，其承压水稳定水位高程为4.260m，表现为层间无压水性质。由于承压水压力小，承压水对钻孔灌注桩施工一般无影响。

4)基岩裂隙水 赋存于下部基岩裂隙中，水量贫乏，对本工程影响甚微。

3 基坑支护设计

左岸基坑支护结构采用φ800@1 000/φ800@2 000，φ1 200@2 800/φ1 200@1 400 2排钻孔灌注桩，水闸底板工程桩φ800@3 000，3排三轴水泥搅拌止水桩及若干三轴水泥搅拌加固桩，并结合坑内4道混凝土结构斜抛撑。钻孔灌注桩嵌固深度为进入⑥4卵石层≥2m，基坑竖向设4道支撑，每道支撑为800mm×900mm梁，中间设钢立柱，端部在水闸底板上设置斜抛撑牛腿，水平间距9m，长度25.45m；第2，3道支撑采用φ609×16钢管，水平间距3m。桩间网喷混凝土，采用φ6.5@250钢筋网×250钢筋网，100mm厚C20喷射混凝土。2排灌注桩桩顶设钢筋混凝土冠梁，截面尺寸1 400mm×900mm，中间连梁截面尺寸800mm×900mm。灌注桩平面布置如图1所示。

图1 灌注桩平面布置

4 基坑支护施工

4.1 施工平台填筑

在汛期影响下，河水位为5.700～5.800m，为满足三轴水泥搅拌桩及钻孔灌注桩安全施工作业条件，作业平台至少高于地下水位1.5m，综合考虑，三轴水泥搅拌桩施工作业平台高程需达到7.000m标高。本基坑支护施工平台填筑前应对原状回填块石、障碍物及相邻标段围堰遗留淤泥等进行挖除，吹填外侧加固桩临江侧填筑边线≥20m，为增加软土地基承载力，故全部采用充砂管袋填筑防渗，管袋棱体外侧按1∶3 进行放坡，施工平台上游填筑与堵坝相接，确保吹填质量。

4.2 三轴水泥搅拌桩施工

本工程三轴水泥搅拌桩设计要求采用“二喷二搅”施工工艺，止水帷幕采用套接一孔法施工，坑内加固相邻桩搭接250mm。搅拌桩采用P·O42.5水泥，水泥掺量为20%，水灰比为1.5。

三轴水泥搅拌桩施工分为止水桩和坑内加固桩，如图2所示，其中阴影部分为重复套钻，保证墙体的连续性和接头的施工质量，三轴水泥搅拌桩的搭接及施工设备的垂直度补正依靠重复套钻来保证，以达到止水目的。

图2 三轴水泥搅拌桩施工顺序

4.3 钻孔灌注桩施工

本工程采用双排钻孔灌注桩，闸阀室位置结合一道钢筋混凝土斜抛撑方案。典型支护剖面如图3所示。左岸基坑支护分为基坑支护钻孔灌注桩和施工平台闸室范围内钻孔灌注桩。三轴水泥搅拌桩施工完成后，即进行钻孔灌注桩施工。

图3 典型支护剖面

左岸基坑支护φ800钻孔灌注桩共99根，桩长15.1m；φ1 200钻孔灌注桩共45根，桩长24.6m。施工平台闸室底板范围内φ800钻孔灌注桩共90根，桩长18m。根据地质资料，钻孔灌注桩施工采用GPS-20型钻机造孔，水下直升导管法浇筑混凝土。钻孔灌注桩施工要求如下。

1)根据钻孔灌注桩直径、桩数、中心间距、桩顶/底标高、配筋等参数施工，桩顶嵌入冠梁深度100mm。

2)钻孔灌注排桩应采用跳打法施工，相邻两桩最小施工间隔时间≥36h。

3)桩位偏差轴线和垂直轴线方向均≤50mm；垂直度偏差≤0.5%。桩径允许偏差±50mm，充盈系数≥1.0。孔底沉渣厚度≤100mm。

4)成孔施工应一次不间断完成，成孔完毕至灌注混凝土的时间间隔≤24h。

5)钢筋笼可整段或分段制作，视钢筋笼的长度、整体刚度、起吊设备等确定。

6)钢筋笼主筋间距允许偏差±10mm，箍筋间距允许偏差±20mm，钢筋笼直径允许偏差0～10mm，钢筋笼保护层允许偏差±20mm，钢筋笼制作长度及安装深度允许偏差±100mm。

7)支护桩采用C30水下灌注混凝土。水下混凝土必须具有良好的和易性，水灰比宜为0.5～0.55，坍落度可取180～220mm。水下混凝土必须连续灌注，每根桩的灌注时间按初盘混凝土的初凝时间控制。

8)支护桩超灌高度取800mm。冠梁施工前，应将支护桩桩顶浮浆凿除，并将残渣、浮土和积水清理干净，凿除浮浆后必须保证暴露的桩顶混凝土达到强度设计值，凿桩不得破坏桩身质量。

9)支护桩施工前应做好试桩工作，确定灌注桩的成桩工艺、泥浆配合比等参数后方可进行正式施工。

4.4 钢立柱施工

钢支撑采取场内制作，支撑柱均采用460mm×460mm十字型钢柱。

钢立柱与水闸基坑工程桩相结合，钢立柱底端插入灌注桩≥3m，延伸至底板，在底板中设置钢桁架止水片，单根立柱采用4根∟140×14，四面均采用-420×200×10钢板进行焊接，间距50cm。钢立柱深入支撑梁40cm。立柱成孔垂直度≤L/150，立柱桩沉渣厚度≤50mm，立柱及立柱桩定位偏差≤20mm，立柱垂直度≤L/200。

4.5 冠梁、连梁、支撑梁施工

左岸基坑支护冠梁、连梁分为4种规格： ①1 200mm×900mm,长106.9m； ②1 400mm×800mm,长87.7m； ③800mm×800mm,长174.8m； ④800mm×900mm,长122.0m。灌注桩施工并检测完成后，对7.00m施工平台开挖至4.100m标高，凿除桩头、整平并进行冠梁施工，冠梁施工时应预留支撑梁钢筋。

采用4道钢筋混凝土支撑，截面尺寸为800mm×900mm，两侧间距9m，第2道与第3道间距为6m，斜支撑坡度为1∶11，其顶面与冠梁顶面持平。混凝土斜抛撑牛腿设置在水闸闸室底板上，底板施工时应预留插筋，待底板施工完成后进行4个牛腿施工，牛腿底宽为2 500mm×1 000mm。

4.6 自流深井施工

本工程左岸基坑支护止水帷幕范围内设置15口自流深井，有效降低支撑荷载，间距10m，管井直径300mm，PVC管上打φ14@50梅花形孔，外包70目钢丝网和塑料丝网3层，并用6目铅丝网绑扎，基坑内外深井井底高程均为-7.000m或进入 ⑤1淤泥质粉质黏土1.0m，孔内回填级配砂，孔底内置潜水泵。

施工工艺流程为：泥浆池砌筑→井点测量定位→钻机定位→钻孔→清孔→回填砂砾底层→吊放降水管→回填砂砾过滤层→封口→管井降水。

4.7 混凝土支撑梁拆除

结合本工程实际情况，因水闸底板为异形面，不具备机械拆除条件，故采用人工拆除方案，人工拆除前应搭设作业脚手架，并在支撑梁施工范围内满铺2层木模板+1层30cm厚砂袋，对底板面层进行有效保护，以防止破碎支撑梁混凝土施工时混凝土块体自由下落，对底面层造成冲击破坏。

脚手架宽度为2 500mm，立杆间距1 500mm，支撑底水平杆距梁底200mm，水平杆间距1 500mm，为防止支撑断裂时冲击水平杆，在梁底水平杆中间部位增设1根立杆，间距1 500mm，操作台上满铺脚手片，板下满挂密目安全网，外立杆必须搭设剪刀撑，以确保脚手架底部均匀受力及稳定。在距地面200mm处应设置扫地杆，在脚手架操作平台立管下垫方木或槽钢。支撑架结构如图4所示。

图4 支撑架结构示意

4.8 桩间网喷混凝土

桩间土采用挂设φ6.5@250×250钢筋网并喷射C20混凝土进行支护，厚100mm。

桩间喷射混凝土采用湿喷工艺。喷射混凝土骨料在施工场地内集中拌合，用小推车运至混凝土喷射机附近进行喷射作业。土方开挖一段后，应立即挂网并喷射混凝土。钢筋笼加工时，在支护桩背水侧预留φ12@600插筋，基坑开挖后将其凿出，并将钢筋网片与预埋插筋焊接，以确保钢筋网片与支护桩可靠连接。钢筋网片随初喷面的起伏铺设，网片搭接长度为1～2个网格，然后再喷射混凝土至设计厚度。喷射混凝土施工工艺如图5所示。

图5 喷射混凝土施工工艺

5 基坑监测

沉降监测采用C20混凝土浇筑250mm×250mm×500mm矩形结构，埋入测量标。一项或一个区域的沉降点应连成闭合水准路线，利用三等水准测量。按GB 12898—2009 《国家三、四等水准测量规范》进行检定。支护结构水平位移监测按每组间距20m控制，水平位移与沉降监测点使用同一点，并与相应的结构水平位移位置对应，各测点顶部刻上标记。土体水平位移采用脚手架钢管夯实进入稳定土层1.2m，保证钢管垂直于土体，且钢管上口采用钢锯条进行测量标记。水平位移监测采用极坐标法或视准线法，基坑开挖前1周建立各监测点的初始坐标，基坑开挖后将每次测量值与初始值对比得到该点的位移量，利用极坐标法进行数据处理，得到最终位移量。

6 结语

双排灌注桩斜抛撑支护结构应用于北支江上游水闸、船闸深基坑工程，通过严控设计与施工过程，取得良好的应用效果，为复杂双排灌注桩斜抛撑支护结构在水闸、船闸深基坑工程中的应用提供了新的思路。