朝阳溪夹深厚软弱夹层地基改道河道支护设计

韦永超，颜 春，黄江涛，吴光航，贺剑辉

(1.广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007；2.广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001)

0 引言

朝阳溪是一条贯穿南宁市老城区的天然洪雨河流，几十年来随着城市各个历史阶段的建设发展，朝阳溪一度成为纳污河道，环境状况恶劣，两岸建筑密集杂乱，与周边城市建设不配套，严重影响周边开发建设。为全面改善朝阳溪流域的生态面貌，构筑高品质的人居空间，加快朝阳溪河道环境综合整治是非常必要的和十分紧迫的。通过河道整治，提高河道的行洪能力，满足朝阳溪防洪排涝要求，对实现南宁市水系河道滨水生态城市具有重要意义。

因此，本文结合朝阳溪河道整治工程北湖北路段河道改造工程的关键岩土工程设计和施工关键问题进行了阐述分析，为今后类似工程设计和施工提供参考。

1 工程地质与重难点

1.1 工程概况

规划朝阳溪河道北湖北路段位于改扩建北湖北路西侧人行道外侧，规划河道宽为12 m，设计常水位为70.8 m，50年一遇洪水位74.91～75.28 m，规划河道河底标高约70 m。朝阳溪东岸改扩建北湖北路设计道路人行道地面标高约76.1～77.2 m，河底与东岸地面高差约为6～7.2 m。因该路段道路拓宽和规划朝阳溪河道改道且规划河道紧临道路，河道岸边无放坡空间。

1.2 工程地质

根据地勘钻探，该处地层自上而下主要有：填土，粉质黏土和圆砾，粉砂质泥岩。根据原位试验和室内试验，各土层岩土物理力学参数如下页表1所示。

表1 土层岩土物理力学参数表

1.3 地质结构分析

由上述地层描述可知，该地层形成以软塑状粉质黏土为中心，向上向下地层土质相对越硬，类似“三明治”的层状结构。圆砾层中含有承压水，其粉质黏土层根据软硬情况自上而下可分为硬塑状、可塑状、软塑状，表现为越靠近含有承压水的圆砾层土质越软，且地层的物理力学性质越差。这些问题给基坑底标高位于软弱夹层的基坑开挖坑壁边坡稳定性带来了隐患。

1.4 工程难点分析

根据拓宽道路和规划河道的位置关系，河道边线与道路红线距离约为1.0～8.6 m，河道东岸约660 m长，不具备放坡条件。根据规划河道河底标高与地质地层标高关系，其地层为上层相对较好，规划河道河床接近或位于深厚软塑状粉质黏土层，改道河道基坑开挖容易造成坑底隆起失稳和坑壁滑塌破坏，基坑施工风险大。

因施工项目地处闹市区，城市地下管线密集，拟建场地规划改道河道下方存在多处过河排水管道，管道直径大，在河床埋藏浅，河道下伏大型管道处护岸结构嵌固深度严重不足，甚至没有嵌固空间，改道河道基坑开挖变形控制要求严格，给支护结构设计和施工带来困难和挑战。

2 改道河道护岸支护设计

2.1 改道河道河岸支护方案论证

朝阳溪河道北湖北路段河岸长660 m，改道河道基坑开挖深度约为6～7.2 m。为保证北湖北路改扩建空间和保证朝阳溪河道满足防洪需求的断面要求，节省宝贵的城市建设用地，河岸须采用垂直护岸。

地下连续墙因集优异的挡土止水功能于一体，而被常用为基坑支护结构，但作为一种河岸挡墙结构，施工时需及时排除墙后地下水，防止地下水位积聚升高引起挡墙结构因受水土压力增大而变形过大或失稳。此外，地下连续墙在河底下伏管道处无法施工。

排桩+预制挡土板组合形成的桩板式挡墙[1-2]是边坡工程常用的支护结构。这种结构要求支护桩后土具有较好的自稳性能。本工程改道河道基坑边坡土体因含有深厚软弱夹层而自稳能力差，故难以适用该支护结构。

在隧道竖井工程中，为维持井壁稳定，常采用倒挂井壁法施工井壁支护结构，即逆作法施工工艺。为此，本工程提出了采用灌注桩结合逆作法桩间挡土板施工的“灌注桩+逆作法挡土板”悬臂桩板式支挡结构来实现永久边坡的直立支护并保证施工期间改道河道基坑坑壁土体的稳定。

根据荷载-结构法原理，悬臂式支护结构的抗倾覆稳定性主要取决于嵌固段被动区土压力与主动区土压力的相互平衡，因此，保证支护结构被动区土体强度和足够的嵌固深度，以提供足够可靠的土反力是关键。研究表明[3]，随着坑底加固体刚度的增大，整个基坑的地面沉降、坑底隆起、支护桩水平向位移等减小。考虑到本工程河道河底位于深厚软塑状粉质黏土软弱夹层，对基坑稳定极为不利。搅拌桩地基加固因加固深度深、成桩质量较稳定、加固体强度较高、止水性好而成为软土地区基坑主动区被动区土体加固的重要手段。软土地基坑底加固研究表明[4-6]，当只加固坑底宽度范围的一半时，随着加固区土体刚度的增大，坑底隆起、地面沉降、支护桩水平向位移都有所减小，但是另一半未加固区的坑底隆起受加固区土体刚度增加的影响非常有限，坑底隆起曲线呈台阶形，未加固区的坑底隆起远大于加固区。因此，本工程采用三轴搅拌桩对被动区河底地基软弱土体进行全断面加固。考虑到支护桩嵌固段几乎都位于深厚软塑状软弱土层，为保证加固土体垂直方向的整体性，同时方便施工，搅拌桩采用横向咬合搭接、纵向接触的满堂加固方式(见图1)。根据工程经验和采用理正深基坑荷载-结构法进行试算，确定支护体系参数。具体支护如下：

图1 朝阳溪河岸支护结构平面图

支护结构采用“悬臂式钻孔灌注桩+逆作挡土板+桩前土被动区搅拌桩加固”支护体系。支护桩桩径为1.5 m，桩间距为2.2～2.5 m，桩前被动区软塑状粉质黏土采用φ850 mm@600搅拌桩满堂加固，支护桩前设置0.3 cm厚C30钢筋混凝土挡板。

2.2 改道河道河岸支挡结构施工技术

基坑工程实践表明，不合理的施工工序是造成基坑边坡失稳破坏的重要因素，因此，要结合支护结构的受力特点，采用合理的工艺和制定合理的施工工序。根据悬臂式排桩支护结构受力特点和基坑开挖卸荷及桩墙前后主动区、被动区土压力发挥和传递与平衡关系，桩前地基土搅拌桩加固效果和与支护桩的充分紧密接触是保证支护桩变形和稳定性满足设计要求的可靠保证。桩前地基土搅拌桩加固处理施工应该在支护桩施工前完成，确保支护桩与桩前搅拌桩密贴。为保证上述效果，应在完成被动区搅拌桩加固后再进行支护桩成孔施工，并利用支护桩成孔切削部分加固土体。同时，针对局部无法密贴处，采用补充注浆加固处理，保证桩前被动区加固土体与支护桩的密贴接触。为保证基坑开挖过程中支护桩桩间土体尤其是靠近河底处软弱土体侧向挤出，采用竖井施工的倒挂井壁法随着基坑分层开挖自上而下分层浇筑桩前挡土板结构，即采用逆作法施工。根据上述原则，具体施工步序如下所示：

步序1：进行地下管线的废除与迁改；施工场地平整、施工围挡；从地面施工支护桩桩前被动区地基土深层搅拌桩加固。

步序2：支护桩泥浆护壁钻孔成孔(钻孔时切削部分加固土体)后浇筑灌注桩，开挖浅基坑支冠梁底标高，施作冠梁及梁上挡墙。

步序3：待挡墙达到设计强度后，回填挡墙后填土至设计标高。

步序4：分层、分段、对称开挖河道基坑土方，随挖随支，采用逆作法分层施工桩前挡土板；待每层桩前挡土板达到设计强度后，继续分层向下开挖，依次循环，直至基坑底(设计河底标高)，导流放水蓄水形成新河道。

2.3 下伏大型地下管道河道基坑支护设计

在基坑工程中，当地下管线与支护结构冲突时，一般采取避让或迁改方式进行处理[7]。但为解决城市洪涝灾害，朝阳溪东岸雨水需经管道排至西岸的调蓄池，在改道朝阳溪河道河底敷设多条大型排水管道。为解决软弱土地基河道基坑底下伏大型地下管道给河道基坑开挖支护带来的支护难题，本工程创造性地提出了采用“局部双排桩+逆作挡墙+管周土体加固”形成的空间受力结构支护体系，如图2～4所示。经工程实践证明，该支护体系支护效果良好，很好地保障了下伏管道处的基坑支护安全和管道的安全。

图2 管线处河道基坑支护结构平面图

图3 管线处河道基坑支护结构立面图

图4 管线处河道基坑支护结构剖面图

朝阳溪河道北湖北路段于2019年6月开始施工，于2020年8月基本建成并蓄水3个月，河岸支护结构运行效果良好。

3 结语

本文介绍了朝阳溪改道河道北湖北路段护岸工程夹深厚软弱夹层地基改道河道基坑支护体系设计，经工程实践，可以得出以下结论：

(1)采用“排桩+逆作法挡板+被动区搅拌桩加固”的支护体系可有效解决夹有深厚软塑状粉质黏土层的“三明治”地层的朝阳溪改道河道基坑岸边稳定性问题和河底的隆起稳定性破坏问题。

(2)合理的施工工序是保证改道河道基坑开挖岸边稳定的关键工艺技术。支护结构被动区搅拌桩先行有效加固保证加固土体与后续施工的支护桩有效贴合，可以为支护桩嵌固段提供足够的支撑，而且可以保证基坑开挖至软土层时不发生隆起稳定破坏，维持基坑内外侧土压力平衡而减少支护结构变形；逆作法挡土板可有效维持桩间土体稳定，防止桩间软弱土体从桩间挤出。

(3)“局部双排桩+逆作挡墙+管周软土地基加固”形成的空间受力结构支护体系可以解决河道基坑下伏大型地下管线处的基坑支护难题。