“两墙合一”基坑支护技术在杭州三堡排涝泵站箱涵工程中的应用

蔡宏伟 孟金波

（杭州市南排工程建设管理处 310020）

1 工程概况

杭州三堡排涝工程位于三堡二线船闸（沟通京杭运河与钱塘江）以西、之江东路和规划运河西路以东之间的条带上，工程主要由排涝泵站、进排水箱涵及排水闸等建筑物组成，其中有约450m长单孔排水箱涵布置在三堡二线船闸引航道西侧防洪堤护坡上。

单孔箱涵净宽7m，顶板高程6.8m、底板底高程-0.9m（含垫层），箱涵西侧防洪堤堤顶高程10.0m，东侧吹填土围堰顶高程8.5m，设计最大开挖深度10.9m。

2 工程地质条件

2.1 地层结构及特征

根据本工程地质勘察报告，单孔箱涵工程区属钱塘江冲海积区，由于沉积环境的不断变迁，土层分布不均匀。勘探孔孔口高程约10m，自上而下主要土层有：①层人工堆积土；②层砂质粉土；③层淤泥质粉质粘土；④层粉质粘土。

①层人工堆积土以素填土为主，由粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土等组成，土质不均，层厚 6.1～8.9m；防洪堤堤脚及大堤外侧一带局部抛石，层厚约1.5～2.0m。

②层砂质粉土为灰色—灰黄色，以砂质粉土、粉砂为主，夹粘质粉土、粉质粘土，密实度一般以稍密—中密为主，中等—低压缩性，层厚14.9～20.0m。

③层淤泥质粉质粘土为灰色—青灰色，饱和，流塑—软塑，高压缩性，夹少量粉土及粉砂，局部含少量有机质，层厚一般1.8～5.5m（见下表）。

各土层物理力学指标表

2.2 水文地质条件

工程区属钱塘江河口，受径流与潮汐共同作用，多年平均年最高潮位6.75m，平均水位3.96m；防洪堤地下水位约4.0m，同时受钱塘江水位涨落影响。

地下水赋存类型主要为第四系松散堆积层孔隙潜水。上部①层人工堆积土及②层砂质粉土层属中等透水性—弱透水性，其下伏的③层淤泥质土属弱透水性。

3 周边环境特征

单孔箱涵工程布置在三堡二线船闸下游引航道内西侧防洪堤迎水面护坡上。防洪堤堤顶为施工道路，是混凝土运输等的主要道路。堤后平行布置有新塘河排水泵站及排水箱涵，箱涵沿线分别有沿江大道穿运河隧道（顶高程-9.0m）、D529煤气管（顶高程-10.2m）、D2000污水干管（顶高程-7.0m）相交。由于船闸通船流量大，箱涵施工期无法断航，故采用平行于箱涵轴线纵向布置吹填土围堰临时挡水，为满足安全度汛要求，围堰顶高程为8.5m。周边环境情况详见图1。

图1 基坑典型平面布置图

4 基坑围护方案选择与设计

4.1 支护方案选择

该工程基坑最大开挖深度10.9m，属一级深基坑，支护结构选择考虑的主要因素如下：

a.箱涵布置在防洪堤与临时围堰之间宽约30m的狭长地带上，施工空间有限。西侧防洪堤属钱塘江强涌潮地段，由于箱涵工程量大，需要跨汛期施工，为确保度汛安全，不能对防洪堤堤身进行大开挖，因此不具备放坡或土钉等其他支护条件。

b.基坑开挖影响范围内主要以砂质粉土为主，渗透系数大。西侧防洪堤堤身地下水位维持在4.0m左右，东侧围堰临水，水位受潮汐影响，基本在4.0～7.0m之间变化，基坑周围及坑底渗透压力大，易产生渗透变形。

根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，遵循“安全、经济、施工方便”原则，结合类似工程经验，确定基坑支护方案为：4.5m高程以上利用原防洪堤和围堰边坡按放坡支护考虑，4.5m高程以下采用两侧地下连续墙与箱涵侧墙“两墙合一”结合坑内临时支撑系统，坑内外布置轻型井点和深井降水。

4.2 支护设计

4.2.1 “两墙合一”墙体设计

“两墙合一”地下连续墙的设计需同时满足基坑开挖和永久使用两个阶段的受力要求。该工程采用复合墙的结合方式，主体结构地下连续墙采用C25水下混凝土，墙厚80cm，槽段长5～8m不等，槽段间为半圆形锁口管接头，墙内侧凿毛后衬30cm钢筋混凝土，与连续墙形成整体，共同受力。连续墙入土深度按不少于3倍开挖深度考虑取14.9m，作为箱涵基础承受水平和竖向荷载。

4.2.2 水平支撑及节点连接

坑内在3.8m处布置横向围檀，并设φ420×6钢管支撑，支撑钢管中心线高程3.8m，间距2.7m。连续墙采用植筋方式与底板相连接，通过插筋与底板连接。

基坑剖面布置如图2所示。

5 施工工艺

5.1 连续墙施工

图2 基坑典型剖面图

在对原防洪堤护坡和地下块石挖除后将工程区地面吹填至5.3m，对吹填土进行振冲挤密处理，浇筑混凝土导墙和路面，作为连续墙施工平台，采用上海金泰SG35液压抓斗成槽，50t履带式吊机吊放钢筋笼入槽，商品混凝土浇筑成墙。

5.2 土方开挖及支撑施工

基坑开挖在地下连续墙施工完成并达到设计强度后进行。施工步骤如下：

a.进行连续墙施工平台及导墙拆除，采用反铲挖掘机进行开挖。连续墙内开挖至3.5m高程，墙两外侧开挖至4.3m高程。

b.凿除连续墙超浇混凝土，安装墙内φ420×6钢管支撑，支撑钢管中心线高程3.8m，间距2.7m，钢管与连续墙之间设横向围檩。

c.墙内基坑采用水力开挖。高压水泵冲刷，污水泵排除，开挖至-0.5m高程。

d.布设轻型井点降水，将地下水位降至-1.5m(开挖面以下0.6m)。井点降水至垫层浇筑完成后拆除。

e.降水后，预留40cm保护层人工开挖至建基面。

5.3 箱涵结构施工

a.土方开挖至建基面后，连续墙内侧凿毛处理，在底板连接高程处植筋作为连续墙与底板的锚固筋，浇筑底板混凝土及内衬侧墙至0.85m高程，抗压强度达到80%设计强度后拆除临时钢管支撑。

b.连续墙内侧30cm衬护层浇筑至4.5m高程。采用自制钢模台车作为模板支撑系统，用槽钢制作而成，四周用伸缩式牛腿固定模板，底部用槽钢做滑道，可沿箱涵轴线边浇边移动，提高施工效率。

c.4.5m高程以上侧墙和顶板一次性浇筑完成，顶板底模采用满堂架做支撑。

上述箱涵结构混凝土均采用跳仓施工。

6 基坑降水

a.防洪堤侧降水。采用轻型井点，井点管底高程-0.5m，间距1.0m。先进行降水再进行墙内基坑开挖。

b.围堰侧降水。采用管井降水，井点管底高程-6.0m，间距8.0m。先进行降水再进行墙内基坑开挖。

c.基坑降水。在基坑开挖到-0.5m高程后在箱涵中心线上布设轻型井点降水，降水管间距1.0m，井点管长度5.0m，将地下水位降至-1.6m（开挖面以下0.6m），以保证基底开挖到设计高程后基坑无渗水。降水在底板混凝土垫层浇筑完成后拆除。

7 基坑监测

在基坑开挖过程中委托第三方进行基坑监测，主要监测项目有：连续墙水平位移、沉降、倾斜监测，钢筋应力及钢管支撑轴力监测；防洪堤表面位移监测；围堰表面及深层位移监测；地下水位监测等。开挖期主要监测项目连续墙水平位移实际监测最大值9.6mm，小于30mm警戒值；钢筋应力实际监测最大值75MPa，小于警戒值240MPa；钢管支撑轴力实际监测最大值826kN，小于警戒值850kN；围堰水平位移实际监测最大值15.7mm，小于警戒值50mm；西侧防洪堤基本不受开挖影响。监测结果表明：该基坑是整体安全稳定的。

8 结语

该工程施工期间未发生任何事故和险情，“两墙合一”基坑支护方式顺利通过了施工实践的考验，达到了预期目的，保证了箱涵结构的施工质量和安全。通过该支护方式的设计与施工实践，笔者有如下体会：

a.对于工程区域周边状况苛刻、对环境要求高，且施工作业空间小的基坑，采用“两墙合一”进行基坑支护，能充分发挥地下连续墙刚度大、整体性好、变形小、抗渗能力强的特点，基坑开挖安全性高，对周边环境影响小。

b.砂性土地基在降水或局部降水后，力学指标有一定程度提高，基坑开挖前对连续墙外侧土体先行降水，有利于减小对连续墙的水土压力，实测墙体位移、应力、支撑轴力等均小于计算值。

c.由于地下连续墙与地下原状土体粘结较好，其与土体之间的粘结力和摩擦力不仅可利用来承受垂直荷载，还可利用来承受水平力和地震作用所产生的水平剪力和倾覆力矩，提高抗震能力。

d.“两墙合一”地下连续墙与临时围护地下连续墙施工相比，在垂直度、平整度、接头防渗等方面的要求更高。当墙深范围内地层中有较厚的砂土或粉性土时，成槽前采取振冲挤密等预加固措施对保证成槽槽体稳定、墙体质量、墙体竖向平整度有较好的效果。

e.通过基坑位移、连续墙钢筋应力、支撑轴力等监测，分析掌握支护结构受力状况和变化情况，可使整个施工过程处于可控状态，可为优化施工方案、加快施工进度提供科学依据。