高水高排項目分洪箱涵深基坑支護設計與施工

黃楊華

（福建恒禹建設有限公司,福建 南平 353000）

1 工程概況

周寧縣城區高水高排項目（龍亭溪水系連通工程）位于福建省寧德市周寧縣獅城鎮、浦源鎮,主要通過在東洋溪舊河道新建新建水閘、分洪箱涵、及整治河道,增設排水通道,將城區上游部分洪水（140 m3/s）引入前坪溪,將周寧縣老城區防洪能力由現狀5年一遇提高到20年一遇,保護城區人口4.5萬人,工程等別為Ⅳ等。

分洪箱涵為主要分洪建筑物,因此分洪箱涵防洪標準也為20年一遇,主要建筑物為4級,次要建筑物為5級,臨時工程5級。受虎崗工業園區兩側房屋、地質條件和地形因素等影響,分洪箱涵無法采用放坡開挖,需采取深基坑支護開挖,以確保箱涵施工及周邊環境安全。分洪箱涵位置見圖1。

圖1 分洪箱涵位置示意圖

2 分洪箱涵深基坑支護設計

2.1 工程地質

2.1.1 地層巖性

區內分布有第四系（Q）沖洪積層、坡殘積,白堊系寨下組（K1Z）及侏羅系上統南園組（J3n）。主要出露的地層有:第四系覆蓋層、侏羅系上統南園組以及后期侵入的巖漿巖和脈巖等。

根據勘探資料,地層主要為素填土、砂質粘性土層、全風化堿長花崗巖、強風化堿長花崗巖；素填土為近期回填,未經壓實,厚度一般約4 m～6 m,工程力學性質較差,不宜直接作為基礎持力層；砂質粘性土承載力特征值fak=200 kPa,承載力較高,但其厚度不均（約1 m～15 m）；全風化基巖厚度約5 m～10 m,承載力特征值fak=260 kPa,承載力較高,能滿足上部結構要求,但其遇水易擾動應避免長時間泡水；強風化基巖厚度約2 m～3 m,承載力較高,承載力特征值fak=500 kPa,工程力學性質好,能滿足上部結構要求。各類巖土主要工程地質參數值見表1。

表1 各類土層主要工程地質參數值

2.1.2 水文地質

地下水可分為孔隙潛水和基巖裂隙潛水?？紫稘撍植加诘谒南邓缮⒍逊e物中,水量受季節性影響較大,基巖裂隙潛水分布于各風化層的基巖裂隙或斷層破碎帶中。地下水由大氣降水補給,向沖溝河谷排泄。地下水位變幅隨季節而變化,該工程區水位埋深約5 m～8 m。

2.1.3 區域構造穩定性與地震動參數

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2015）,工程區地震動峰值加速度為0.05g,地震動反應譜特征周期Ⅱ類場地為0.40 s,相對應的地震基本烈度為Ⅵ度。

2.2 支護結構布置

需進行深基坑支護的箱涵為兩孔,凈寬3.5 m,凈高3.5 m。深基坑平面布置為條狀,總長566.48 m,深基坑工程場地位于周寧縣虎岡工業園區現狀道路下方,場地南北側分布有若干2～3層廠房、1處6層新建商品房,民房（淺基礎）距離基坑頂邊線最小距離約5 m、廠房距離基坑頂邊線最小距離約5 m?；由疃?.31 m～15.71 m,基坑支護結構安全等級為一級,支護結構重要性系數為1.1。

基坑采用灌注樁圍護+高壓旋噴樁止水+內支撐的方式,灌注樁為C35鋼筋混凝土結構,樁徑1.0 m,樁間距1.4 m,樁長15.9 m～26.20 m；樁外側間隙采用高壓旋噴樁止水,旋噴樁樁徑0.7 m,樁距1.4 m,樁長8.30 m～16.71 m；灌注樁頂部設C30鋼筋混凝土冠梁,尺寸1.0 m×0.8 m；對撐梁分三道布置,均為C30鋼筋混凝土結構,尺寸0.7 m×0.7 m,平面間距5.0 m。

2.3 支護結構計算

采用理正深基坑軟件進行計算,計算選取基坑支護最大斷面（XK+210.00）作為計算斷面,計算工況選取最不利的情況（施工期）,工況信息見表2。工況1～工況7的壓力、位移、彎矩、剪力見圖2～圖9。

表2 工況信息

圖2 工況1壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖3 工況2壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖4 工況3壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖5 工況4壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖6 工況5壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖7 工況6壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖8 工況7壓力、位移、彎矩、剪力圖

圖9 工況7包絡圖

2.4 整體結構穩定計算

計算方法——瑞典條分法；應力狀態——總應力法；條分法中的土條寬度: 1.00 m。

整體穩定安全系數 Ks=4.973≥1.3；圓弧半徑 R（m）=25.357；圓心坐標X（m）=-3.328,圓心坐標Y（m）=14.485；滿足要求。整體穩定驗算簡圖見圖10。

圖10 整體結構穩定計算簡圖

2.5 抗傾覆穩定性計算

經計算安全系數最小的工況號7最小安全Ks=1.422≥1.250,滿足規范要求,抗傾覆安全系數計算成果見表3。

表3 抗傾覆安全系數計算成果表

3 分洪箱涵深基坑支護施工關鍵技術

3.1 灌注樁的施工關鍵技術

（1）成孔施工

灌注樁施工前必須進行試成孔,試成孔數量最少2個,試成孔經確認符合要求后,方可進行下一道工序施工。

（2）泥漿護壁

施工期間鋼護筒內的泥漿面應高出地下水位1.0 m以上[1]。

（3）清孔

1）在灌注混凝土之前,需檢測孔底沉渣,沉渣厚度應＜50 mm。

2）清孔完成以后,應保持孔內水頭高度,30 min內應灌注混凝土。若超過30 min,灌注混凝土[2]前孔底沉渣厚度應重新測定。

（4）鋼筋籠的制作及安裝

1）應嚴格按照設計圖紙進行灌注樁的配筋。

2）焊接材料應選擇與主體鋼筋強度相適應的焊接材料,應符合現行的行業標準規定。

3）應采用環形模板制作灌注樁的鋼筋籠,嚴格按照設計圖紙要求的尺寸制作。

4）在鋼筋籠頂端至少應設4個起吊點,對起吊點位置應采取加強措施,以保證鋼筋籠吊裝時不會產生變形。

5）灌注樁的鋼筋籠可以采取整段制作,也可采取分段制作,具體視鋼筋籠的長度、剛度、吊裝設備而定。

6）鋼筋籠主筋的保護層厚度：水下澆注樁允許偏差值±20 mm,非水下澆注樁允許偏差值±10 mm。

7）鋼筋籠的安裝深度允許偏差范圍±100 mm,主筋間距允許偏差范圍±10 mm,箍筋間距或螺旋筋螺距允許偏差范圍±20 mm,鋼筋籠的直徑允許偏差范圍±10 mm。

（5）灌注混凝土

1）水下混凝土必須具備良好的和易性,水灰比為0.45～0.65,最小水泥用量340 kg/m3,外摻劑選用粉煤灰,摻入量為水泥用量的40%。

2）樁身混凝土灌注充盈系數≥1.15。

（6）驗收

灌注樁施工經檢驗后,確認其符合設計、相關規范和規程,方可進行驗收。

（7）樁身樁身完整性檢測

混凝土灌注樁應進行樁身完整性抽樣檢測,可采用低應變動測法,檢測數量不少于總樁數的20%,且不少于5根,當采用低應變動測法判定為Ⅲ、Ⅳ類時,應采用鉆芯法驗證,并擴大動測數量,檢測方法和數量還應符合《建筑樁基檢測技術規范》的要求。

3.2 高壓旋噴樁施工關鍵技術

（1）灌注樁強度達80%以上方可施工咬合旋噴樁,高壓旋噴施工宜分段分序進行,分兩序間隔一孔先后施工。

（2）在現場高壓噴射灌漿作業開始前,應選取部分具有代表性的高噴孔作為先導孔,采取芯樣,核對地層是否與設計階段勘探孔地質資料是否一致,先導孔孔距為10 m。

（3）造孔：造孔必須采用地質鉆探的鉆機導孔。鉆進時要嚴格控制孔斜,孔斜應小于0.7%；孔深大于15 m時,宜采用磨盤式鉆機造孔,鉆桿每鉆入3 m用測斜儀測量一次,發現超過規定的孔斜率要求時應隨時其糾正。在正常情況下,相鄰兩個次序的灌漿孔應待先序孔完全施工完畢以后再開始后續孔的施工,嚴禁采用對灌漿軸線全部造孔完成后再分序灌漿的施工方法。

（4）下注漿管：將注漿管下放到設計深度,將噴嘴對準噴射方向不準偏斜是關鍵；用震動鉆時,下管和鉆孔應合成一體進行。為保證噴嘴不堵塞,可采取邊低壓泵送水泥漿,邊下注漿管的方式。

（5）注漿材料應使用合格的普通硅酸鹽水泥,水泥強度等級不低于42.5級。注漿方式采用壓入式上行法,自下而上,當旋噴管伸入至樁的設計深度,注漿前應先進行試噴,待注漿壓力達到要求時才提升注漿管進行旋噴；初擬旋噴主要技術參數建議如下（施工技術參數必須在施工前先進行現場試驗來確定,施工前應選擇重要的、復雜的和樁長最長的地層進行高噴灌漿現場試驗,以確定有效樁徑、施工參數、漿液性能要求等,并將試驗成果報送設計單位進行調整確定）。

工作壓力：25 MPa～40 MPa（漿）、0.6 MPa～0.8 MPa（氣）。

流量：70 L/min～100 L/min（漿）、0.8 m3/min～1.2 m3/min（氣）。

噴嘴數量：2或1（漿）、2或1（氣）。

管嘴直徑：D=2.0 mm～3.2 mm （漿）。

噴管提升速度：10 cm/min～25 cm/min。

旋噴轉速：10 r/min～25 r/min。

水泥用量：200 kg/m～250 kg/m。

水灰比：1∶1 。

（6）水泥漿的攪拌時間：高速攪拌機≥30 s；普通攪拌機≥90 s；從水泥漿制備完成至使用完的間隔時間應小于4 h。

（7）旋噴樁在灌漿過程中因故中斷后恢復灌漿時,應對中斷的孔段進行復噴,搭接的長≥0.5 m。

（8）灌漿施工過程中,當出現灌漿壓力突然降低或驟增、孔口回漿的漿液密度或者回漿量出現異常情況時,必須立即查清原因并及時處理；灌漿過程中須采取有效措施保證孔內的漿液反流通暢,以免造成地層劈裂、地面抬動等破壞；孔口若不返漿,應立即停止施工。

（9）旋噴灌漿結束后,利用回漿或水泥漿及時進行回灌,直至孔口漿液面不再下降為止。

（10）旋噴防滲墻施工完后應進行取芯試驗和注水試驗,測定防滲墻的抗滲指標,滲透系數≤1×10-6cm/s,檢測點數量為總施工孔數的1%,并不少于3個孔。

3.3 內支撐施工關鍵技術

（1）鋼筋混凝土內支撐梁的平面布置及截面尺嚴格按照圖紙尺寸,支撐梁的混凝土保護層厚度按35 mm。

（2）腰梁采用吊筋進行固定,并在施工腰梁時,提前布置吊筋并牢固連接,腰梁施工前應將排樁的連接表面清理干凈,應與擋土構件緊密連接,不留縫隙。

（3）同一支護段支撐梁頂面標高應處在同一平面上,標高誤差控制在±30 mm以內,以確保支撐力的正常傳遞。

（4）支撐梁底部應澆搗100 mm厚C15素砼墊層,并在墊層與支撐梁間采用油氈等隔離措施,以便在土方開挖時鑿除墊層。

（5）內支撐結構的施工順序應與設計7個工況順序一致。

（6）嚴禁大型機械設計在支撐梁上作業,當需在支撐梁頂面運行小型挖土機械時,應在梁頂覆土,覆土厚度不小于1000 mm,并在車行通道上架設鋼板。

（7）內支撐梁施工偏差：支撐標高的允許偏差30 mm；水平位置的允許偏差為30 mm。

（8）在每道內支撐結構達到設計強度后,方能進行下一層土方的開挖作業。

4 結語

高水高排分洪箱涵的深基坑支護采用灌注樁圍護+高壓旋噴樁止水+內支撐的方案,并對其進行了設計,實踐證明,在基坑施工過程中,對坑外地層變形（地表沉降,地下表水位等） ,毗鄰建筑物的傾斜以及臨近地下管線沉降與位移等方面進行監測,未出現任何質量事故,施工方案經濟可行；結果對類似地質和施工環境的分洪箱涵的深基坑項目具有可以借鑒的經驗。