李 毅

（云南建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施投資股份有限公司，云南 昆明 650217）

0 引言

斜拉橋索塔基礎(chǔ)是控制索塔承載力及穩(wěn)定性的關(guān)鍵，它關(guān)系到整座橋梁受力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是否滿足后期運(yùn)營要求。依托跨黃河斜拉橋索塔基礎(chǔ)的施工，探討在水深1.0～6.5m的條件下，在大粒徑卵石層、泥沙層等透水性強(qiáng)的地層中，開挖深基坑的支護(hù)施工技術(shù)。深基坑在支護(hù)施工過程中面臨開挖失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，側(cè)壁、底板滲水，冬季施工溫度控制等一系列問題，給主墩基礎(chǔ)施工增加了困難。在實(shí)際施工中摒棄了原設(shè)計(jì)的永久鋼板樁圍堰支護(hù)方案，采用了排樁+冠梁結(jié)構(gòu)+高壓旋噴樁止水帷幕的深基坑支護(hù)方案，保證了基坑施工的順利進(jìn)行及主墩基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。

1 工程概況

河口大橋主橋?yàn)殡p塔斜拉橋，跨徑布置為：（177+360+177=714）m。橋塔為鋼筋混凝土A型塔，塔高99m，塔身為帶圓弧凸起的箱形結(jié)構(gòu)，截面尺寸為橫向450cm、縱向700cm。主梁采用工字鋼-混凝土結(jié)合梁，梁高2.83～3.06m。橋面縱坡為2.24%、1.68%（斜向人字坡），橋面橫坡由2%（人字坡）變化到4%（單向坡）。橋型布置如圖1所示。

圖1 河口大橋橋型布置圖

河口大橋包括主墩2個(gè)、輔助墩2個(gè)、過渡墩1個(gè)，48根鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。2#主墩位于黃河庫區(qū)原有堤壩附近，該區(qū)域水面標(biāo)高+1556m，水深1.0～6.5m，平均水深約2.8m。2#主墩承臺(tái)底面高程1552m。

河口大橋2#主墩施工前，沿橋軸線自河岸至主墩填筑一條寬度7.5～30.0m的施工便道，由于施工期最高水位達(dá)+1560m，平臺(tái)填筑標(biāo)高定為+1560.5m。筑島后在主墩處形成一個(gè)65m×36m的陸地施工平臺(tái)，作為主墩施工區(qū)域及材料堆場。2#主墩鉆孔平臺(tái)布置見圖2所示，2#主墩地質(zhì)見圖3所示。坡腳處拋擲石籠進(jìn)行防護(hù)。

圖2 2#主墩鉆孔平臺(tái)布置圖

圖3 2#主墩地質(zhì)圖

2#主塔承臺(tái)為中間帶系梁的“啞鈴型”結(jié)構(gòu)，平面尺寸為19m×50m，高4m，包含鋼筋152t，C30 混凝土2052m3，上、下游承臺(tái)分開澆筑，待施工完塔座之后澆筑中間系梁。

2 深基坑支護(hù)施工難點(diǎn)

深基坑支護(hù)主要發(fā)揮擋土和防滲的雙重作用，為橋墩的樁基、承臺(tái)施工提供干作業(yè)的安全空間，以確?；鶚吨苓呁潦w的穩(wěn)定和墩基混凝土的澆筑質(zhì)量，由于橋址區(qū)地質(zhì)和周邊環(huán)境的原因，該深基坑支護(hù)施工面臨著較多困難。

2.1 基坑基底位于卵石層，穩(wěn)定性差

根據(jù)地質(zhì)圖及主墩樁基施工揭示的地質(zhì)情況，本基坑側(cè)壁土層從上往下依次為：雜填土、砂性土夾卵石層、卵石層、全風(fēng)化泥巖，基底座落在卵石層中，被大粒徑卵石層（卵石最大粒徑達(dá)到52cm，一般在10～20cm之間）、泥沙層等透水性強(qiáng)的巖土體包圍。

該卵石層的充填物主要為砂礫石、粉細(xì)砂、中粗砂等，無粘結(jié)，遇水極易松動(dòng)，在水頭壓力的作用下，極易“液化”，瞬間完全失去抗剪強(qiáng)度。在不失去側(cè)限約束和干燥狀態(tài)下，卵石層具有很高的豎向承載力和不可壓縮性；但在基坑開挖狀態(tài)下，由于失去了側(cè)限作用，在高水頭的作用下，它處在一種容易液化的狀態(tài)之中，支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用就是盡可能地補(bǔ)償因開挖造成的側(cè)限損失，使卵石層和支護(hù)體系達(dá)成新的平衡。如果沒有支護(hù)結(jié)構(gòu)，或者支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，意味著卵石層的側(cè)限約束力散失，發(fā)生液化，坑壁就會(huì)坍塌。

2.2 受黃河水影響，基坑防滲難度大

卵石層屬于強(qiáng)透水層，基坑內(nèi)地下水直接與黃河水聯(lián)通，受河水補(bǔ)給。地下水是基坑支護(hù)工程的最不利因素，由于卵石層的存在，基坑開挖后形成的高水頭差，很容易使卵石層液化，從而導(dǎo)致樁基周邊卵石層松動(dòng)，喪失對樁基和支護(hù)樁的側(cè)限作用，使樁基和支護(hù)樁存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

3 基坑支護(hù)方案比選及支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)主墩樁基施工揭示的地質(zhì)及現(xiàn)場實(shí)際情況，原設(shè)計(jì)的永久鋼板樁圍堰支護(hù)方案無法實(shí)施。結(jié)合設(shè)計(jì)提出的永久性防護(hù)需求及現(xiàn)場施工需要，重新提出了基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)：（1）確?；拥陌踩驼Ｊ褂?；（2）在安全的前提下盡可能降低結(jié)構(gòu)施工難度，縮短工期；（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低工程造價(jià)、節(jié)約工程措施費(fèi)。

3.1 基坑支護(hù)方案的比選

經(jīng)現(xiàn)場鉆探、方案分析、驗(yàn)算比選，最終支護(hù)方式確定為：排樁+冠梁結(jié)構(gòu)+高壓旋噴樁止水帷幕，支護(hù)樁采用機(jī)械成孔灌注樁，支護(hù)樁之間的砂、卵石采用高壓旋噴樁固化并與支護(hù)樁共同形成側(cè)壁的止水帷幕，坑底的封水措施則為支護(hù)樁和高壓旋噴樁聯(lián)合體，均進(jìn)入全風(fēng)化泥巖截?cái)酀B透途徑，從而隔斷基坑內(nèi)外水力，使其形成“斷路”，達(dá)到五面封水的效果。

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)思路及計(jì)算理論

（1）考慮到墩基施工作業(yè)面的需要，按墩基礎(chǔ)外側(cè)邊線向外擴(kuò)0.8～1.2m，作為基坑開挖內(nèi)邊線，然后從內(nèi)邊線向外布置支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保地下基礎(chǔ)施工具備一定的施工作業(yè)空間。

（2）該深基坑工程設(shè)計(jì)±0.00 標(biāo)高相當(dāng)于絕對標(biāo)高1560.50m，基坑開挖支護(hù)至墩基礎(chǔ)墊層底，基坑底標(biāo)高為：-7.00m，考慮開挖對底層影響70cm，基坑坡頂超載取值q=40kPa[1-4]。

（3）土壓力按郎肯土壓力理論，水土壓力合算，被動(dòng)區(qū)域壓力折減系數(shù)取1.1。排樁入土深度計(jì)算按極限土壓力平衡理論與等值梁法分工況計(jì)算確定[5]，確保滿足整體穩(wěn)定和抗坑底隆起，排樁內(nèi)力采用彈性抗力法計(jì)算確定，冠梁按多跨連續(xù)梁計(jì)算。

（4）計(jì)算原理。支護(hù)樁墻在受到墻背主動(dòng)土壓力時(shí)，通常是以樁底上方某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣在轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)以上的樁身前側(cè)和轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)以下的樁身后側(cè)將產(chǎn)生被動(dòng)抵抗力，在對應(yīng)的另一側(cè)將產(chǎn)生主動(dòng)土壓力。計(jì)算時(shí)取單位長度坡體近似的假定土壓力的分布。

具體計(jì)算過程較繁雜，故采用《天漢系列軟件》（V2005.1）進(jìn)行輔助計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖4、圖5所示。

圖4 樁墻撐錨結(jié)構(gòu)極限平衡法計(jì)算結(jié)果圖

圖5 樁墻撐錨結(jié)構(gòu)彈性抗力法計(jì)算結(jié)果圖

3.2.2 支護(hù)樁長控制原則

經(jīng)穩(wěn)定性驗(yàn)算，得出支護(hù)樁最小嵌入樁長：上游為L=14.0m，下游為L=15.0m?？紤]到止水需求，支護(hù)樁必須進(jìn)入泥巖最小深度2m，才能滿足止水條件，故取上游樁長L=15.5m，下游樁長L=22.5m。

3.2.3 地面硬化與排水溝要求

在實(shí)施時(shí)對基坑坡頂以外1.5m寬范圍內(nèi)的地面進(jìn)行硬化，防止地表水從坡頂滲入邊坡。同時(shí)，坡頂沿硬化帶布設(shè)排水溝，排水溝過水?dāng)嗝娉叽鐬?.3m×0.3m，溝壁采用素噴C20混凝土硬化處理，溝底坡率為1.5‰。坡底沿坑底坡腳設(shè)置排水溝，基坑開挖后應(yīng)在基底做盲溝排水，主要為疏排坑內(nèi)積水、保護(hù)基底土層，盲溝過水?dāng)嗝娉叽鐬?.3m×0.3m，盲溝末端底部設(shè)置集水井，布置間距約25m∕個(gè)，集水井尺寸為1m×1m×1m。

3.2.4 設(shè)計(jì)成果

根據(jù)計(jì)算，最終設(shè)計(jì)為：排樁樁徑為Φ1.2m，樁長為13.5～21.5m，共74根，排樁樁間距為0.8m；高壓旋噴樁樁徑為Φ0.35m，每相鄰兩根樁中間布設(shè)3根，共222根，樁長13.5～21.5m（見圖6所示）；冠梁的截面尺寸為0.8m×1.2m，長度為139.13m。

圖6 沖孔支護(hù)樁、高噴止水樁平面布置圖

4 基坑支護(hù)的施工步驟及基坑開挖注意事項(xiàng)

4.1 基坑支護(hù)的施工步驟

總體的施工順序遵循先灌注樁然后高壓旋噴樁最后冠梁施工的順序，支護(hù)工程完成后再進(jìn)行基坑開挖，完成主墩承臺(tái)的施工。

由于灌注樁、冠梁施工采用公路工程施工中常規(guī)的施工工藝，在此不再敷述。在公路工程中高壓旋噴樁施工使用較少，在實(shí)際操作中制定了詳細(xì)的施工工藝流程（如圖7所示），圓滿地完成了高壓旋噴樁施工。

圖7 旋噴樁施工工藝流程圖

支護(hù)工程完成后，按沿長邊放坡，分層開挖的方式完成基坑開挖（如圖8所示），之后開始主墩承臺(tái)的施工。

圖8 基坑開挖完成簡略效果圖

4.2 基坑開挖施工

4.2.1 基坑開挖施工要點(diǎn)

（1）合理組織施工盡量減少基坑暴露時(shí)間。開挖至基底后，迅速鋪設(shè)墊層及混凝土底板，之后緊跟施作其余主體結(jié)構(gòu)；

（2）分層開挖，盡量減慢開挖過程中土體應(yīng)力釋放速度；

（3）深基坑開挖宜采用分層開挖或開溝道用正鏟挖土機(jī)下入基坑分層開挖。為防止超挖，機(jī)械開挖至距設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高30cm處，改用小型挖掘機(jī)開挖；

（4）基坑開挖遵守“由上而下、分層開挖”的原則，減少基坑頂邊緣地面荷載，嚴(yán)禁超載；

（5）開挖時(shí)注意對測量坐標(biāo)、水準(zhǔn)點(diǎn)、支撐監(jiān)測點(diǎn)及儀器、降排水設(shè)施周圍地下管線的保護(hù)。

4.2.2 基坑監(jiān)測與地下水控制

（1）在基坑邊線40m以外，設(shè)置監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)4個(gè)，基準(zhǔn)點(diǎn)要可靠、穩(wěn)定和牢固；

（2）對圍護(hù)結(jié)構(gòu)垂直度、水平位移、收斂及地表沉降進(jìn)行監(jiān)測；

（3）在基坑開挖前應(yīng)測得基坑周邊設(shè)置的觀測點(diǎn)位置、標(biāo)高初始值，在基坑開挖過程中及基坑使用10d內(nèi)，每天監(jiān)測3次，待位移及變形穩(wěn)定后每天監(jiān)測2次，直至基坑工程使用完畢；

（4）配備足夠數(shù)量的編織袋備用，緊急時(shí)對基坑周圍施做圍擋，防止地面水流入坑內(nèi)；

（5）配備3臺(tái)水泵抽排基坑積水，同時(shí)加強(qiáng)對明排系統(tǒng)的管養(yǎng)，確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

（6）基坑內(nèi)設(shè)置排水溝、集水井，及時(shí)收集抽排滲水。

5 結(jié)束語

河口特大橋采用排樁+冠梁結(jié)構(gòu)+高壓旋噴樁止水帷幕的方案進(jìn)行主墩大型基坑施工，從基坑開挖的情況來看，方案取得了很好的效果，既降低了開挖失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，又解決了側(cè)壁、底板滲水問題，最終保證了深基坑安全及基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。該施工技術(shù)可為類似工程的施工提供一些參考經(jīng)驗(yàn)。