组合支护技术在河堤护岸工程中的应用

段 玫

（昆明市水利水电勘测设计院 云南昆明 650231)

1 项目概况

宝象分洪河防洪整治工程位于昆明主城东南片区，为滇池入湖河道之一。50年一遇设计流量131.0m3/s，河堤高度4.2m，河宽 20m。河道两岸民房密集，多为3～4层村民自建仅1～2年的新搬迁房，离河道边最近距离仅 5.0m，右岸紧邻官小路。为达到保留两岸民房以降低拆迁难度、投资及右岸现有官小路通行的目的，需寻求一个能使河堤直壁式开挖施工且能确保周边建筑物及基础设施安全的护堤结构设计和施工方案。

2 河堤护岸设计

2.1 地质条件

本工程场地地形平坦，属于昆明湖积盆地湖积相沉积地貌，河道地基土根据钻探揭露地层及各层土物理力学指标见表1。

河堤基础处于③黏土、粉质黏土、有机质黏土层中，两岸民房基础为毛石或钢筋混凝土浅基，埋深 1.5m左右，且施工前民房突击加层后大大增加了软土地基的附加荷载。勘察期间为旱季，稳定地下水埋深 2.85～3.30m。根据地勘报告判别结果，工程区内⑥层粉细砂、粉土不会产生液化。

表1 各层土物理力学指标表

2.2 河堤护岸方案比选

在认真分析河道地质条件及周边环境受到很大限制的情况下，分析研究了现有国内外各种围护技术和工程实例，提出了河堤外打钢板桩或深搅桩支护后再开挖护砌河堤，混凝土预制桩或灌注排桩支护加桩间板等方案进行比较。经分析计算，采用单一处理技术难以满足堤岸的稳定和变形要求，且不经济。而灌注排桩加深层搅拌桩和桩间板多种工程措施组合方案，可以做到临时支护与永久护岸相结合，节省投资，且缩短了工期。该方案建安工程费比预制桩方案减少 373.4万元。

2.3 组合支护技术设计

2.3.1 组合护岸技术的选用

灌注排桩与深层搅拌桩支护组合技术作为一种成熟、安全可靠的工程措施，广泛运用于深基坑支护的设计与施工中。通过排桩支护与深层搅拌桩共同承担水土压力,形成稳定封闭的基坑围护结构。但此围护大多只作为深基坑开挖和永久地下构筑物施工过程中的临时支护结构,较少作为永久建筑物。在认真分析地勘资料的基础上,针对该河段两岸民房密集且施工前突击加盖使得地面荷载和被动土压力增大，同时由于该河道属季节性河流,枯期水量极少,汛期洪量大且汇集较快,易造成河道内水位短期变幅较大,引起河堤内外侧水土压力经常性的调整,以及施工场地受限需考虑临时支护与永久护岸相结合的实际，在常规排桩支护与深层搅拌桩组合技术的基础上增加桩间深搅桩及桩前深搅桩。桩间深搅桩形成桩间连续墙，可使单独的灌注排桩挡土的整体能力大为增加，并为后期桩间板形成永久性护堤提供了基面。为提高排桩的抗剪、抗滑能力和稳定性，增强河床抗隆起能力，于灌注桩前河堤内增加深层搅拌桩加固被动区土体，最后通过桩间板的连接，使桩与桩间板形成连续墙式护堤。该组合方案中各种工程处理措施发挥其各自作用，共同形成稳固的围护结构及连续墙式护堤，做到临时支护与永久护岸相结合，确保了河堤直壁式开挖施工和周边建筑物的安全。其平面布置见图1，组合护岸技术施工顺序见图2。

图1 组合技术平面布置图

2.3.2 组合结构各部分设计

（1)灌注排桩。灌注排桩刚度大，抗弯能力强，变形相对较小，有利于保护周围建筑物。在河堤开挖中按支护桩使用作为挡土围护设施，开挖后可作为河岸堤防的永久组成结构。该设计中灌注排桩为主要受力支护结构。作为支护桩其抗滑、抗倾覆、抗隆起的计算，按照悬臂式支护结构，采用弹性力学法计算。经分别对桩径φ 1000mm（桩中心距 3.0m)和φ1200mm（桩中心距3.6m)、桩长12m和15m以及根据周边建筑物距河道边的远近，分4段进行不同工况组合，分层取地基物理力学参数，采用《深基坑支护结构设计》计算软件计算。计算结果表明：在桩径φ 1000mm和φ1200mm、桩长 12m和房屋距桩最近5.0m最不利工况下，均满足结构安全要求，设计允许地表沉降在 50mm以内。考虑到φ1200mm桩与桩间板的连接面较大，可使桩与桩间板的连接更加牢固，且能加快施工进度，河堤采用φ 1200mm灌注桩支护，桩间距为3.6m，桩长12m。

1)整体稳定验算。河堤围护结构整体稳定验算采用瑞典条分法，土条宽度取 0.4m，按总应力法计算，考虑堤内外有地下水位差情况，经计算，整体稳定安全系数Ks=1.84，满足要求。

2)抗倾覆稳定验算。经计算，抗倾覆稳定安全系数Ks=2.02＞1.2，满足规范要求。

图2 组合护岸技术施工顺序

3)基底抗隆起稳定验算。因河堤外的荷载及由于土方开挖造成的河堤内外的压差，使支护桩端以下土体从河道内向上涌土，可按下式和图3进行验算。

图3 基底抗隆起稳定性验算

经计算 γD= 2.93＞1.4，满足规范要求。

（2)深层搅拌桩。深层搅拌桩体稳定性按挡墙设计方法计算，其内力及位移按弹性抗力法计算.经对搅拌桩滑动稳定性、倾覆稳定性、地基强度和内力及位移验算，计算结果均满足规范要求。

本工程中在堤岸边共设置两层搅拌桩。1)灌注排桩后设置一排深层搅拌桩，该排深层搅拌桩为先期施工工程，一方面起防渗帷幕作用，另一方面，利用搅拌体本身强度起一定的支护作用，使土体对灌注排桩作用力位置降低，使其受力更趋合理，可减少岸边土体及超载对护岸的压力。2)排桩间设置深层搅拌桩，除进一步加强止水作用外，同时与灌注桩联成一体，共同承担水土压力。所形成的桩间连续墙，使其具有块体构件性质，整体挡土能力比单独灌注排桩大为增加。灌注桩除主要利用其抗拉、抗弯能力外，由于它均匀分布于深层搅拌桩群体中，对水泥土桩的变形裂缝开展有着良好的约束作用，使水泥土的止水作用提高。这样，将两种性能特点不同的桩体组合成整体后，使挡土和止水能力均有明显提高。技术合理，材尽其用，同时支护排桩与桩间深层搅拌桩形成的连续墙式结构，可作为后期现浇钢筋混凝土桩间板的内模。

灌注桩加搅拌桩组合形成以灌注桩为支座，由深层搅拌桩排列成多跨连续墙进行挡土防渗的墙式支护结构。该结构将垂直于河堤的水土压力传递给灌注桩，经对灌注桩各工况计算后知，其剪力值在基底即河床面处取得最大值。因河堤地基土层较软，地面荷载较大，为提高排桩的抗剪、抗滑能力，增强河床抗隆起能力，控制排桩位移，使多跨连续墙的整体稳定性得到加强，在灌注桩前被动区，沿垂直于墙体的方向增加3排深层搅拌桩，间距500mm，范围5.0m。

（3)其他结构。由于地质条件比较差，桩周土体弹性抗力系数小，因此灌注排桩墙桩顶位移较大。为控制排桩挡墙墙顶位移，同时提高支护桩整体抗倾作用，在桩顶做1200mm×500mm的连续卧梁，构成自立式支护体系。

由于河岸道路、房屋及施工场地所限的实际，需采用临时支护与永久护岸相结合一次完成河堤护岸。考虑支护排桩与桩间板连接的可靠性及施工难度，进行了桩内预埋钢筋和预留钢管比较。因桩内预留的钢管剥离较容易，桩间连续墙的钢筋可穿过钢管与桩间板钢筋相连。钢筋连续，可使桩间荷载传至支护桩，河堤整体性较好。因此，采用通过在灌注桩内预留钢管穿钢筋与桩间连续墙钢筋连接现浇混凝土，形成整体桩间板护堤立面。可减小河道糙率，有利行洪。

3 河堤护岸组合技术应用

该方案利用灌注桩刚度大，能抵抗较大的侧向土压力的特点，形成支护主体。通过设置桩顶连续卧梁以提高排桩整体抗倾性能并控制排桩挡墙墙顶位移。为提高排桩水平抗力和降低排桩埋置部分桩身弯矩值，在桩前加设深层搅拌桩以局部加固地基，提高排桩的稳定性和抗隆起能力。加之在排桩间及桩后设置的深层搅拌桩形成防渗及挡土，较好的发挥了各种措施的效果。有效控制了河堤开挖过程中围护结构的变形位移，防止了由此引起的地面沉降，确保了河堤直壁式开挖施工和周边建筑物的安全。同时，通过排桩内钢筋与桩间钢筋连接现浇混凝土形成连续墙式护堤，实现临时支护与永久护岸相结合。

在施工过程中使用了旋挖钻直接取土造孔，不仅成桩垂直度好，工期较快，而且避免了常规钻孔灌注桩泥浆护壁带来的环境污染。支护排桩施工偏差及变形小于 10cm，确保了护岸线型的外观要求，保留了河堤两岸建筑物，并确保了施工期河岸交通正常通行，节省投资5000余万元。经检测河堤最大水平位移36mm，最大不均匀沉降 31mm，其沉降、变形小于设计允许值。，同时由第三方云南省建筑质量监督检验站对河堤两岸民房进行了检测，房屋均未出现裂缝。现已经过5年枯、汛期运行检验，工程安全。

4 结语

官渡古镇段河堤采用了灌注排桩加深层搅拌桩支护和桩间板多种工程措施组合的河堤护岸技术，较好的发挥了各种措施的长处，做到临时支护与永久护岸相结合。成功解决了在河堤两岸建筑物密集、地基条件复杂、采用单一处理方案难以满足稳定和变形要求的情况下，确保河堤直壁式开挖施工和周边建筑物安全的设计、施工难题。为基础较软河道以及两岸民房密集区进行河堤护岸等同类工程提供了成功的借鉴经验。

1 贺艳.钻孔灌注排桩加搅拌桩在基坑支护工程中的设计应用.科协论坛，2008（6)（下)：24-25.

2 李巨文，史三元.深层搅拌桩一钻孔灌注桩组合支护结构设计施工.建筑结构,1999（5)：15-17.