排闸箱涵深基坑施工技术探讨

王俊域

（中交二航局第一工程有限公司,湖北 武汉 431400）

0 引言

随着经济社会的发展，工程结构中深基坑工程设计与施工面临越来越复杂的环境条件，基坑工程也随着科技创新的发展涌现出多种不同的施工工艺。例如：SWM工法桩支护、放坡开挖支护、锚杆及锚杆组合支护、各类型钢板桩支护、重力式挡土墙支护、钢管桩支护、钻孔灌注排桩支护、地连墙永临结合支护等[1-3]。临水地区水利工程改建结构中的基坑工程，往往面临地下水位高、周边施工环境复杂等问题，选择既经济又安全的支护工艺对项目建设的意义重大[1-3]。

1 工程概况

1.1 项目概况

该标段胜阳港自排闸里程桩号K5+310，主要施工内容为将现状自排闸拆除，原位新建长63.5 m箱涵，6.8 m长闸室。箱涵断面尺寸3.0×3.5 m。箱涵靠江侧设计1座自排闸，平面尺寸4.4×6.3 m。自排闸底标高+12.530。现状地面标高+24.5 m，深约13 m，胜阳港闸内湖水位+16.13 m。胜阳港自排闸纵断面图见图1。

图1 胜阳港自排闸纵断面图

1.2 地质

地勘报告显示该项目地质从上往下依次为杂填土、粉质黏土、黏土和粉细砂层，素填土主要为大堤堤身填土。红褐色、黄褐色、灰褐色、灰白色等，主要成分为黏土、粉质黏土等，为堤身多年来加高培厚的产物，该层厚度大小不等，主体呈可塑状。杂填土主要由碎砖块、混凝土碎块、中砂、页岩碎块、砂质碎块、钢渣、煤渣及黏性土等组成，粒径大小混杂，厚度0.5～16.5 m。该层主要分布于市区黄石港堤、胜阳港堤、石灰窑堤、黄思湾堤段。该层呈稍湿～湿、稍密～中密状态。

胜阳港自排闸箱涵底标高+12.53 m。自排闸箱涵结构，均处于地层中的填土层，即箱涵持力层位于填土层中。

1.3 地下水

胜阳港起排水位+17.8 m，上层滞水含水层厚度变化较大，厚度在1.4～6.5 m之间，地下水埋深1.0 m左右，地下水补给来源主要是大气降水以及地表的生活污水，孔隙潜水主要埋藏于第四系浅层砂性土层中，含水层厚度变化很大，一般3.0～35.0 m之间。地下水埋深1.0～6.0 m，主要接受大气降水的补给，水位随季节变化大。

2 基坑支护设计

基坑开挖深度12.5 m，水文地质条件为Ⅲ等，基坑工程重要性等级为一级。

箱涵及闸室基坑按照设计采用钻孔灌注桩+2道内支撑支护开挖，灌注桩直径0.8 m，桩间距1.0 m，桩长21 m。桩外侧采用直径0.8 m旋喷柱桩间止水，长度15 m。钻孔桩顶部设冠梁1.2 m×0.8 m。内支撑共两道，第一道为钢筋混凝土支撑，第二道为钢支撑。混凝土支撑结构，断面尺寸0.6 m×0.6 m。平面间距 8 m，共 11道。钢支撑结构，钢管φ609，δ=16 mm；腰梁采用两根工45C型钢进行双拼，钢支撑预加轴力设计值1 300 kN。平面间距4 m，共19道。混凝土支撑与钢支撑垂直间距6 m。箱涵典型支撑断面图见图2。

图2 典型支护断面图

3 支护施工

3.1 钻孔灌注桩施工

桩基采用成品钢护筒，钢护筒壁厚8 mm，长度2 m，钢护筒直径比桩基设计直径大30 cm，护筒顶部设置溢浆排放口，泥浆池设置在底板的基坑范围内，通过泥浆泵输送泥浆至桩基孔口内。钻渣与泥浆充分混合后，再通过泵抽取泥浆到沉淀池，形成循环的回路，根据桩基地质材料特性，适时加入膨润土等作钻孔造浆材料。

测量进行桩位放样，钻机定位复测后钻进成孔，当孔深达到设计标高时，采用铅锤进行孔深测量，判断孔深是否达到设计标高，同时根据岩样与地勘的岩层进行对比，判断是否吻合。利用检孔器测试孔径和垂直度是否满足设计要求。

采用导管法灌注桩基混凝土，混凝土由商混站供应，混凝土灌注时保持导管底部距离混凝土面层2～6 m的距离。

3.2 高压旋喷桩止水帷幕施工

高压旋喷桩采用双管法施工，旋喷桩正式施工前，进行工艺性试桩。高压旋喷桩水泥浆液水灰比为1∶1，具体根据试桩质量检测结果确定水泥浆液的水泥掺量、浆液配比及浆液中掺和料与外加剂的种类及掺量等施工技术参数。施工前检查和保养设备，确保设备的起升和钻杆运转良好，施工时保持设备的底盘水平。同时保持钻杆立柱处于垂直状态，保证桩机钻杆立柱的垂直度偏差小于1/250，桩位的偏差不得大于5 cm，成桩的直径误差不得大于1 cm。

旋喷桩晚于围护桩施工，坑外有保护对象时宜按由近到远的顺序施工。施工时候采用钻一跳一的方法进行，相邻两根桩之间施工间隔时间不小于48 h，同时桩基施工间距也不小于 4～6 m。

钻进过程中保持钻杆垂直，桩基成桩垂直偏差不大于1.0%，准确控制好钻进及喷浆的深度或高程。钻杆下钻达到设计的深度以后，钻机喷头缓慢下放，同步进行高压旋喷，喷灌达到指定深度以后，拌制水泥浆液，通过泵管喷射水泥浆液并与土体进行搅拌，边搅拌边提升，反复提升下钻2～3次，施工过程中提升速度保持匀速缓慢。

3.3 冠梁及混凝土支撑施工

钻孔桩及止水桩施工完成后，测量进行冠梁边线放样，并进行土方开挖，按照设计冠梁底标高在桩基上进行放样，放样点可以在侧面进行引出。采用机械切割设备按照标高切割桩头凿除线，桩头凿除时从水平方向往桩芯凿，凿除过程中注意保护桩头钢筋，不得切割桩头钢筋。桩头凿除完成后采用空压机对现场进行清理，然后绑扎钢筋。

钢筋在加工厂进行半成品加工，加工后采用平板车运输至现场，运输过程中注意半成品保护。钢筋安装时注意钢筋的摆放间距尺寸和主筋的位置，主筋分布在梁的两侧及上下方向，严格按照设计图纸的间距和尺寸进行安装。冠梁及混凝土模板均采用1.4 cm厚竹胶板，外设60×80 mm方木，浇筑C15垫层作为底模。冠梁及混凝土支撑均采用商品混凝土，采用泵车泵送浇筑。

3.4 钢支撑施工

基坑的第二道支撑为钢支撑，采用Φ609×16钢管，钢围檩采用双拼工45C型钢。

钢管与钢围檩的连接形式为：一端焊接于钢围檩上，另一端钢管接上活络头，活络头与钢围檩中间用钢楔嵌固。工艺流程如下：支撑编号→焊钢板托架→钢围檩就位→钢支撑就位校正→施加预应力→紧固钢楔→拆除液压千斤顶→钢支撑与钢围檩连接。

先安装围檩支架，用手电钻在桩固定螺栓位置钻孔，然后打入膨胀螺栓并拧紧，使其紧贴桩面。起重机将现场拼装完成的标准钢檩条吊入基坑。在基坑内用挖掘机或起重机将钢檩条人工架设在檩条支架上，钢檩条之间使用钢板焊接。固定端钢管焊接好后，用起重机将其他钢管吊入基坑，用高强度螺栓连接成一个整体。安装受压端时先将柔性头安装在接管上，调整钢管轴线与预埋件中心一致，用液压千斤顶将设计轴向力的100%预加载到端部的压力结束。

钢支架吊装到位后，不要松开吊钩，拉出活动头一端靠在钢檩条上，然后将两台100 t液压千斤顶放入顶压位置，用支架固定。液压千斤顶在施工时应平衡顶压，使千斤顶的轴向受力方向与支架中心线平行。将2台100 t液压千斤顶放入柔性头的压缩位置。一旦油管连接好，就可以打开泵并在柔性头的一端施加预应力。预紧到位后，拧紧柔性头中的垫片并将其固定，然后回油以将其松开。打开千斤顶，解开起重钢丝绳，完成支架安装。

3.5 土方开挖及结构施工

该工程基坑场地周边条件一般，出土坡道方向、出土口设置及基坑开挖施工条件受限。基坑开挖深度大、工期紧，综合考量最后采用坑底机械小型挖掘机挖土结合汽车吊吊斗取土。基坑底部由小型挖机上料，地面处汽车吊直接卸料至渣土车或者卸料至地面后由挖机装车。

在基坑顶停设汽车吊于基坑边（间距5 m以上），基坑挖土作业时，基坑内设置挖掘机挖土，运至吊斗，提升吊斗至基坑顶，将土方转移至停靠于基坑边的渣土车内外运。土方开挖遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则进行。

当现场开挖完成后实测承载力不足时，应进行地基处置，可设计换填100 cm厚6%水泥土进行地基处置。处置后对地基进行承载力检测，经检测满足设计要求后进行基础施工。基础承载力满足要求后浇筑垫层混凝土。垫层终凝以后可在垫层上进行钢筋绑扎、模板安装工作。箱涵施工时，先完成底板以及30 cm侧墙的模板安装以及混凝土浇筑工作，底板完成浇筑、强度满足要求后再对剩余侧墙以及顶板进行模板支架施工。

3.6 换撑拆撑

箱涵主体结构完成后，及时在灌注桩与外墙结构之间的间隙回填并浇筑C20素混凝土，完成支架的更换。C20素混凝土强度达到设计强度后，拆除第二层钢支架，素土回填夯实至混凝土支架底部，然后拆除混凝土支架。箱形涵洞的底部结构和侧壁完成并达到设计强度后，应拆除下部钢支架。拆卸顺序：收回支架→施加预应力→拆下钢楔→拆下千斤顶→悬挂支架。

在拆除钢支架之前，将支架放置在每根钢管与钢管的连接处。将支架放置在结构表面上，并使用千斤顶移除预应力端部的钢楔。此时，可以松开每根钢管接头处的螺栓。拆除螺栓后，用手动起重机将钢管吊至地面，用汽车起重机将钢管从基坑中吊出。拆卸时按设计要求的顺序进行拆卸。在拆除钢管支架之前，操作员和吊点应位于钢管两侧，以防止钢管在起吊后摆动和伤人。钢管和檩条的固定端可通过氧气焊接切割移除檩条也通过氧气焊接分为多个部分。

4 结束语

箱涵工程施工一般位于地下水较为丰富的区域，该工程结合实际情况采用钻孔灌注桩围护+2道内支撑的支护结构形式，并且采用止水帷幕进行桩间止水，实践证明，该设计的支护形式技术上可行、施工有效、安全稳定性可控以及经济投资效益较好。施工期间各工序的技术要点结合设计图纸和施工规范进行有效控制，保证支护结构施工质量，促进主体结构安全顺畅地完成施工，对类似地质和施工环境的项目具有可以借鉴的经验。