灌注桩式板桩墙支护方案在成都黏土地区渠道开挖过程中的应用

灌注桩式板桩墙支护方案在成都黏土地区渠道开挖过程中的应用

严 卓，李 喆

(四川水发勘测设计研究有限公司，四川 成都，610000)

【摘要】毗河一期供水工程总干渠第一流量段穿成都黏土覆盖区，其独特的工程物理性质对明渠边坡稳定产生了极大的影响。本文结合毗河供水一期工程部分已施工明渠边坡开挖施工实例，对成都黏土较厚且开挖较深的渠段，设计采用灌注桩式板桩墙支护方案。实践表明，该支护方案良好地解决了施工期边坡垮塌问题，达到了预期效果，为工程顺利推进创造了良好条件。

【关键词】成都黏土；板桩墙；边坡支护；毗河供水工程

1工程概况

毗河供水一期工程由引水枢纽、总干渠、干渠、充水渠及灌区渠系工程等组成，设计灌溉面积 125.49 万亩，设计年均引水量 4.33 亿 m 3 ，渠线总长约381.36km，建筑物类型包括水闸、渠道、隧洞、渡槽、倒虹管等，明渠（含暗渠）长162.08公里。工程为Ⅰ等工程，总干渠一、二流量段渠道及渠系建筑物级别为3级，渠道设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为100年一遇。

总干渠第一流量段明渠大部分位于成都黏土覆盖区，其中穿成都黏土段明渠长度约为1.1km，其独特的工程物理性质对明渠边坡稳定产生了极大的影响。该段渠道在施工图阶段出现了不同程度的滑坡现象，对于深挖方渠段拟采用灌注桩式板桩墙支护方案对渠道边坡进行处理，可达到稳定边坡的目的。

2工程地质与支护

2.1工程地形地质条件

工程位于成都平原～丘陵过渡区，分布于龙泉山西侧，以浑园状低矮小丘为主，地面高程一般470～500m，略有起伏，相对高差大多10～20m，局部可达30m。地表广泛覆盖四系全新统近代冲积堆积（Q41+2al）粉土、卵砾石夹砂层，中更新统冲积堆积（Q22al）粘土、泥卵石层，厚度0～44m，局部出露K1-2j ～K2g地层。

该段渠道沿线的第四系中更新统上段冲积堆积层（Q22al）上部为褐黄色粘土（即成都粘土），一般呈可塑状，含钙质结核，夹灰绿色网状条纹，干燥时较硬并开裂，浸泡后易崩解，胀缩明显，厚度3～17.5m；下部为卵砾石夹粘土，厚度0～9.3m，结构较密实。

对上部的粘土层取样试验成果资料，其天然含水量平均值为28.1%，干密度平均值为1.49g/cm3，孔隙比平均值为0.837，饱和度平均值为90.3%，塑性指数平均值为26.2，液性指数平均值为0.29，压缩系数av0.1～0.2试验值为0.090～0.776MPa-1、平均值为0.380MPa-1，压缩模量Es0.1～0.2试验值为2.41～17.38 MPa、平均值为6.634MPa，渗透系数K试验值为（0.01～4.90）×10-6cm/s、平均值为1.10×10-6cm/s，自由膨胀率δef试验值为38～79%、平均值为59%，饱和快剪试验值为φ=6.42～16.30°、C=11.6～82.4KPa，平均值为φ=8.34°、C=22.4KPa，饱和固结快剪试验值为φ=12.4～20.16°、C=17.6～56.3KPa，平均值为φ=13.85°、C=22.1KPa，表明该粘土层天然含水量较高，呈可塑～软塑状（局部硬塑～坚硬），总体具高～中等压缩性、弱～中等膨胀性、微透水性和较低的抗剪强度等性质。

2.2设计方案与方案选择

方案一：板桩墙方案，矩形过水断面，过流断面尺寸9.0m×4.614m（宽×高），C25钢筋砼抗滑桩，桩顶沿纵向设冠梁，横向设拉杆，侧墙板厚0.3m，底板厚度0.1m。其中，桩基直径1.2m，桩长12m，桩间距2m。

方案二：双孔暗渠方案，暗涵纵坡维持初设不变，i=1/7000，结构为双孔城门洞型，单孔底宽5.5m，直墙高3.4m，顶拱中心角180°，半径2.75m，C25钢筋砼衬砌，厚度0.6m。

方案三：抗滑桩方案，梯形过水断面，渠顶设置单排C25钢筋砼抗滑桩，同时渠内边坡采用2.0m厚砂卵石换填，渠道过水断面内设置排水设施。桩基采用C25钢筋砼，桩距2.5m，桩长12m。渠内底板厚度0.1m。

以上三种变更方案在技术上均可行的前提下经济指标接近，方案二（双孔暗涵方案）投资最少，方案三（抗滑桩方案）投资最多。方案二（双孔暗涵方案）虽投资最节约，但是考虑到该类渠段地下水丰富，土体饱和度高，成都粘土力学性质复杂，根据已施工暗渠段的垮塌情况，现场施工中虽考虑了临时支护措施，但局部仍存在垮塌现象，垮塌范围超出原征地红线，加之该段渠道穿成都片区，两侧居民较多，如在施工过程中新增征地，征地移民困难、征地周期长，不利于工程顺利推进，综合考虑，推荐采用方案一（板桩墙，桩径1.2m，桩距2m）。

3支护方案

对于开挖深度大于6m，且成都黏土土层厚度＞6m的渠段，渠道型式采用矩形明渠，并将矩形明渠设计为灌注桩式板桩墙结构。灌注桩采用C25混凝土，桩基直径1.2m，桩长12m，桩间距2m。桩顶设纵向冠梁和横向拉杆，冠梁厚1.2m，拉杆尺寸60×60cm；板桩墙临水面，采用0.3m厚C20侧墙板，及0.1m厚C20砼底板。具体见图1。

图1板桩墙渠道典型剖面

3.1 计算工况

主要计算板桩式挡土墙桩基嵌固段顶端位移，整体抗滑稳定及桩板墙抗倾覆稳定，其中整体抗滑稳定采用有效应力的瑞典条分法。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2013)中 13.2.9 条款,桩基嵌固段顶端地面处的水平位移不宜大于10mm。

（1）计算荷载

作用在板桩墙上的荷载主要考虑以下因素：①基坑内外土压力、水压力；②基坑周边可能的建筑物荷载；③施工荷载；④完建后管理公路上的车辆荷载。

（2）荷载组合

据分析控制工况为施工期，管理公路侧开挖至桩顶（冠梁和撑杆尚未施工）。板桩墙后设计水位（5.0m），渠道内无水，荷载为墙体结构自重(G1=39.75kN)、土压力（380.58kN）、地面分布荷载（距墙顶5m取10kN/m）。

3.1计算过程

主要计算灌注桩板桩墙的桩顶位移，整体抗滑稳定及板桩抗倾覆稳定,其中整体抗滑稳定采用有效应力的瑞典条分法,计算软件采用《理正深基坑7.0PB3》计算简图见图2。

图2板桩墙渠道典型剖面

（1）桩顶位移

由计算结果可知，嵌固端位移5.77 mm<10mm满足规范要求,板桩内力及位移包络图见图3。

图3板桩内力及位移包络图

（2）整体稳定安全系数由计算结果可知,滑裂面数据整体稳定安全系数=4.270>1.15，满足规范要求。

（3）抗倾覆安全系数

抗倾覆安全系数：

式中：——被动土压力及支点力对桩底的弯矩；

——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

经计算， =1.581>1.20，满足规范要求。

（4）地面沉降

经计算，本工程桩顶地面沉降最大值为 23mm，小于规范允许值 30 mm，满足要求。

4施工要点

4.1灌注桩成孔

由于部分灌注桩离民房较近，选用震动较小的旋挖灌注桩，避免采用冲孔灌注桩。桩成型后须清除孔底沉渣，清孔后沉渣厚度不得大于0.1m，并应立即进行混凝土浇筑。旋挖桩泥渣应泥水分离后，再及时运走，孔口四周 2 m 范围内不得堆放淤泥等杂物。旋挖桩分二序隔桩施工，在第一序混凝土达到 70%的设计强度后，方可第二序成孔施工。

4.2 混凝土浇灌

采用导管灌注水下混凝土，导管的构造和使用以及灌注水下混凝土的施工要领，按现行规范和规程处理。为确保水下混凝土的质量，向导管灌注水下混凝土时建议采用混凝土输送泵。混凝土浇筑时，导管必须埋入混凝土里面 2～3 m，混凝土实际浇筑桩顶高程应高于设计桩顶标高 0.5 m。

4.3 应急预案

施工时，施工单位应在现场准备一些砂包和反压土料，以及基坑加固处理的钢材、水泥等。若出现异常情况，采取的相应应急方案如下：

（1）可通过水泥搅拌桩、松木桩、钢板桩等一些措施来提高土体的抗剪强度。

（2） 当基坑发生整体或局部土体滑塌失稳时，应在基坑顶卸载、在坡脚用砂包反压，或在基坑内侧土打入短桩，及时降低地下水位，加强地表排水。

（3）当基坑的止水帷幕出现漏水，坑内降水开挖造成坑周边地面沉降时，应立即停止施工开挖，及时堵漏补修或重新设置止水帷幕，并加强变形观测。

4.5 基坑监测

工程施工过程中及完工后，需对桩顶、现状民房进行位移、沉降监测。基坑监测要求如下：

（1）基坑支护结构最大水平位移控制值为 30 mm，位移预警值为 24 mm，竖向沉降控制值为 20 mm，竖向沉降报警值为 16 mm。变形速率报警值为：基坑开挖期间每天变形速率大于 3 mm/d。土方开挖时每三天观测一次，遇大雨后加密监测。

（2）对于基坑周边的位移、围护结构的测斜：当水平位移达到 30 mm，地面沉降达到 30 mm 或 24 h 内位移超过 5 mm 时，应及时通知有关部门采取处理措施。

5 结论

从板桩墙现场施工影像，结合施工期桩基的变形观测，桩顶边坡未见垮塌现象，与边坡稳定计算基本吻合，说明边坡是稳定可靠的；桩间土开挖过程中，变形监测数据分析表明板桩墙在施工期各监测点存在微小变形，未见监测点数据超出报警值，桩前地基无隆起现象。实际情况表明，在开挖深度、粘土层厚度不大的渠段，钢筋砼矩形明渠方案可以发挥其整体刚性较好的特性，在施工期和运行期都具有较好的适应性。

［参 考 文 献］

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