武艷紅

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 工程概況

四川省李家?guī)r水庫(kù)位于崇州市懷遠(yuǎn)鎮(zhèn)文井江出口河段，是四川省重點(diǎn)水利項(xiàng)目，國(guó)家級(jí)中心城市成都市的“第二水源”，水庫(kù)總庫(kù)容1.73億m3，工程規(guī)模大(2)型。工程建成后將為成都市自來(lái)水六廠、七廠提供原水，以保證主城區(qū)及天府新區(qū)應(yīng)急供水。水庫(kù)與水廠之間輸水管道線路總長(zhǎng)度約50.0km，雙管并行敷設(shè)，管徑分DN3000、DN2000、DN2800三種，自取水點(diǎn)至受水點(diǎn)管道途經(jīng)崇州市懷遠(yuǎn)鎮(zhèn)和街子鎮(zhèn)、都江堰市石羊鎮(zhèn)、溫江區(qū)壽安鎮(zhèn)、郫都區(qū)德源鎮(zhèn)、唐昌鎮(zhèn)、三道堰鎮(zhèn)，并在崇州市街子鎮(zhèn)雙河社區(qū)穿越味江河。

根據(jù)前期對(duì)味江河特性調(diào)查結(jié)果，輸水管道穿越味江河段初設(shè)采用明渠導(dǎo)流，分期明挖的施工方式。該處河道寬度約80～110m，河道內(nèi)大部分區(qū)域?yàn)楦珊院訛铀睾拥雷髠?cè)流經(jīng)，寬約5～10m左右，水深約1.0～2.0m?，F(xiàn)狀河中底標(biāo)高583.0～585.0m，兩岸現(xiàn)狀地面標(biāo)高589.0～590.0m。根據(jù)工藝布置，管道穿越河道時(shí)考慮沖刷及行洪要求，采用“U”型下穿方式，管道埋深約7.0～8.0m。穿越味江河施工階段，圍堰施工時(shí)發(fā)現(xiàn)河道地質(zhì)情況較初步設(shè)計(jì)變化較大，通過(guò)補(bǔ)充勘察，主河道管道穿越段K0+357～K0+430基坑開(kāi)挖范圍主要存在軟塑素填土，深度約6.0～12.0m，由粘性土及中砂組成，顏色呈灰色、灰青色，狀態(tài)較軟，易變形，物理力學(xué)參數(shù)差(c=8KPa，φ=4°)，推斷為盜采砂卵石后采空區(qū)回填淤積而成。針對(duì)此類(lèi)地質(zhì)條件，對(duì)該段基坑支護(hù)擬定方案進(jìn)行對(duì)比分析[1]，并選用最優(yōu)方案用于指導(dǎo)實(shí)施。

2 基坑支護(hù)方案的選擇

2.1 方案擬定

李家?guī)r輸水管道味江河穿越段下游距已建成都市第三繞城高速公路橋約50.0m，上游左右岸均有地方砂石加工廠和木材加工廠。根據(jù)《中華人民共和國(guó)公路安全法、公路安全保護(hù)條例》，“屬于高速公路的，公路建筑控制區(qū)的范圍從公路用地外緣用地起向外的距離標(biāo)準(zhǔn)不少于30米”[2]，線路無(wú)法向下游側(cè)調(diào)整；由于地方砂石加工廠和木材加工廠拆遷和停工補(bǔ)償費(fèi)用較高(約1750萬(wàn)元)，線路向上游調(diào)整的可行性不強(qiáng)。同時(shí)，味江河是崇州市重點(diǎn)河流西河的一級(jí)支流，為典型的季節(jié)性河流，為保證施工安全，地方水行政主管部門(mén)要求只能在每年10月1日—次年4月30日進(jìn)入河道施工。

該河道穿越段基坑有以下顯著特點(diǎn)：①基坑開(kāi)挖深度大。開(kāi)挖深度約7.0～8.0m，屬深基坑施工范疇；②地質(zhì)情況差。施工區(qū)域主要為軟塑素填土，土層厚度較厚，天然含水率高，呈流塑狀，地基承載力低[3]；③地下水位高。由于管道穿越主河道，基坑位置與河道水系相連通，對(duì)基坑支護(hù)的防滲要求高[4]；④周邊環(huán)境情況復(fù)雜?；又苓叴嬖谝呀ǜ呒軜蛄汉筒牧霞庸S、堆場(chǎng)，施工干擾大。

針對(duì)該段基坑的特點(diǎn)，結(jié)合地質(zhì)補(bǔ)充勘察資料，提出以下3種方案進(jìn)行對(duì)比分析。

方案一：放坡開(kāi)挖支護(hù)?；由舷掠螄咄瓿珊蠓旨?jí)放坡開(kāi)挖，坡比1∶1.5～1∶3，坡面進(jìn)行掛網(wǎng)噴混凝土封閉，并采用土釘加強(qiáng)支護(hù)，因基坑下游側(cè)距離第三繞城高速公路較近，放坡坡比采用較陡的1∶1.5～1∶2，為增加邊坡穩(wěn)定性，首先在下游側(cè)邊坡原狀河床高程打三排高壓旋噴樁(φ400～600mm，@600mm，L=12m)再進(jìn)行基坑開(kāi)挖[5]?；臃罎B采用高壓旋噴樁。方案一如圖1所示。

圖1 方案一示意圖

優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單便捷，如無(wú)軟弱地質(zhì)，則造價(jià)低，施工工期短。

缺點(diǎn)：遇深厚淤泥等軟土層須先行加固處理(常采用旋噴樁、碎石樁、水泥樁)后再開(kāi)挖；樁身質(zhì)量難以保證；開(kāi)挖過(guò)程中位移變形較大，安全風(fēng)險(xiǎn)大；基坑較深時(shí)，加固范圍較寬，需格柵式布置[6]，造價(jià)高，不經(jīng)濟(jì)；需開(kāi)闊的施工場(chǎng)地。

方案二：灌注樁支護(hù)。沿基坑邊線填筑施工平臺(tái)，施工平臺(tái)頂高程滿(mǎn)足枯期防汛標(biāo)準(zhǔn)，在施工平臺(tái)上施工灌注樁做為深基坑圍護(hù)。灌注樁采用φ1200mm樁徑，樁間距@1600mm，樁身長(zhǎng)度18.5～20.5m，伸入中密卵石層4.0～6.0m[7]。灌注樁間設(shè)φ600mm高壓旋噴樁止水，以保證基坑的防滲效果。灌注樁頂部設(shè)1000mm×1200mm鋼筋混凝土冠梁支撐，基坑下部設(shè)一道φ609×16mm鋼管內(nèi)撐[8]。方案二如圖2所示。

圖2 方案二示意圖

優(yōu)點(diǎn)：支護(hù)對(duì)形式施工場(chǎng)地面積要求低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，開(kāi)挖后變形易控制，基坑周邊沉降小，土層擾動(dòng)小，施工工藝簡(jiǎn)單，對(duì)周邊建筑物影響較小。

缺點(diǎn)：施工過(guò)程中機(jī)械噪音大；灌注樁完成后需養(yǎng)護(hù)；施工質(zhì)量要求高；支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有支撐，只能滿(mǎn)足小型施工設(shè)備進(jìn)入，不利于挖裝作業(yè)及管道安裝施工。

方案三：鋼板樁支護(hù)。沿基坑邊線填筑施工平臺(tái)，施工平臺(tái)頂高程滿(mǎn)足枯期防汛標(biāo)準(zhǔn)，在施工平臺(tái)上施工鋼板樁做為深基坑圍護(hù)。鋼板樁打入方法采用復(fù)式打入法[9]，初選寬度為400mm，長(zhǎng)度9.0m(長(zhǎng)度可根據(jù)需要尺寸加工)。為保證支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，鋼板樁垂直方向每間隔1.0m增加一道圍檁，圍檁采用20mm型鋼；基坑內(nèi)沿開(kāi)挖深度每間隔2.0m添加一道內(nèi)撐，內(nèi)支撐采用φ400×16mm鋼管或20mm型鋼[10]。圍檁和內(nèi)支撐隨開(kāi)挖深度及時(shí)安裝。方案三如圖3所示。

圖3 方案三示意圖

優(yōu)點(diǎn)：支護(hù)形式平面布置靈活，對(duì)施工場(chǎng)地面積要求低，施工工藝簡(jiǎn)單，對(duì)周邊建筑物影響較小，鋼板樁拔出后可重復(fù)使用，鋼板樁重復(fù)使用時(shí)造價(jià)較低。

缺點(diǎn)：施工過(guò)程中噪音、振動(dòng)較大；需要特殊的施工設(shè)備；樁身剛度小，基坑較深時(shí)鋼板變形較大，安全風(fēng)險(xiǎn)較大；支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部支撐較密集，非常不利于挖裝設(shè)備進(jìn)入及管道安裝；在砂卵石層或含有漂石的地層中不易打入[11]。

2.2 方案比選

結(jié)合工程實(shí)際，通過(guò)對(duì)3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析，主要從施工安全、工程費(fèi)用、作業(yè)環(huán)境、工程工期4方面進(jìn)行方案比選，詳見(jiàn)表1。根據(jù)表1，具體分析如下。

表1 方案比選表

(1)施工安全。三種方案均存在安全隱患，主要為基坑坍塌、機(jī)械傷害等。相比而言方案一基坑加固采用的旋噴樁施工質(zhì)量難以保證，開(kāi)挖過(guò)程中邊坡位移變形不易控制[8]，安全風(fēng)險(xiǎn)高，下游圍堰及基坑距離第三繞城公路橋較近，施工過(guò)程中安全風(fēng)險(xiǎn)較大；方案三采用鋼板樁圍護(hù)基坑，樁身剛度小，基坑較深時(shí)鋼板變形大，而且鋼板樁在砂卵石層或含有漂石的地層中不易打入，安全風(fēng)險(xiǎn)較大；方案二在嚴(yán)格控制灌注樁施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上施工高壓旋噴樁間止水，并利用冠梁、混凝土橫梁、鋼管內(nèi)支撐等對(duì)基坑加固，基坑穩(wěn)定性強(qiáng)，防滲效果好，安全保障性較高。

(2)工程費(fèi)用。方案一由于涉及到軟塑填土層需加固處理后再進(jìn)行放坡開(kāi)挖，且基坑加固范圍較寬，基坑形成預(yù)計(jì)造價(jià)約504073元/m(單純放坡開(kāi)挖預(yù)估造價(jià)約68000元/m)；方案二基坑形成預(yù)計(jì)造價(jià)約108289元/m；方案三基坑形成預(yù)計(jì)造價(jià)約91672元/m。就工程費(fèi)用而言，方案二、方案三工程費(fèi)用相對(duì)較低。

(3)作業(yè)環(huán)境影響。根據(jù)工藝布置需要，方案一對(duì)施工場(chǎng)地面積及周邊建筑物距離要求較高，下游側(cè)圍堰高壓旋噴防滲樁施工及下游側(cè)基坑邊坡施工距離高速公路較近，容易對(duì)高速公路橋梁樁基等結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生不利影響；方案二和方案三形成的基坑遠(yuǎn)離高速公路橋梁，對(duì)公路橋梁的影響較低。另外，通過(guò)對(duì)后續(xù)基坑開(kāi)挖及管道安裝施工作業(yè)環(huán)境分析，方案一挖裝設(shè)備可以通暢進(jìn)入基坑進(jìn)行作業(yè)，管道安裝階段可在基坑上游側(cè)設(shè)置吊裝平臺(tái)對(duì)輸水管道進(jìn)行吊裝施工，施工便捷；方案二和方案三由于內(nèi)支撐的設(shè)置，大型挖裝設(shè)備難以進(jìn)入基坑，輸水管道僅能從基坑左右岸方向端部送入，逐節(jié)安裝，但從內(nèi)支撐設(shè)置間距上看，方案三的內(nèi)支撐設(shè)置密集，非常不利于開(kāi)挖作業(yè)及管道安裝，人工作業(yè)較多，方案二可以利用小型設(shè)備進(jìn)入基坑挖裝，龍門(mén)吊吊運(yùn)的方式出渣，方案二與方案三相比，方案二對(duì)作業(yè)環(huán)境影響較小。

(4)工程工期。由于該河道施工區(qū)域底部主要為軟塑素填土，承載力極差，且距下游高速公路橋梁僅40.5m。方案一開(kāi)挖放坡施工前須對(duì)基坑下游側(cè)固結(jié)加固。按照施工準(zhǔn)備5天→圍堰填筑10天→高壓旋噴樁防滲體施工15天→基坑排水5天→基坑下游側(cè)固結(jié)加固35天→放坡開(kāi)挖及邊坡支護(hù)30天→輸水管道安裝及驗(yàn)收、基坑回填80天的施工程序，總工期預(yù)計(jì)180天<210天?？梢栽谝粋€(gè)枯期完成所有工作。方案二按照施工準(zhǔn)備5天→作業(yè)平臺(tái)填筑7天→灌注樁施工及養(yǎng)護(hù)35天→樁間止水高壓旋噴樁施工、樁頂鋼筋混凝土冠梁和橫梁施工及養(yǎng)護(hù)35天→基坑軟塑填土開(kāi)挖25天(樁底內(nèi)支撐與開(kāi)挖穿插施工)→輸水管道安裝及驗(yàn)收、基坑回填100天的施工程序，總工期預(yù)計(jì)207天<210天?？梢栽谝粋€(gè)枯期完成所有工作，如遇超標(biāo)洪水則工期保障率不高。若把灌注樁施工安排在前一個(gè)枯期實(shí)施，則下一個(gè)枯期可節(jié)約35天，172天可完成后續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)。方案三按照施工準(zhǔn)備5天→作業(yè)平臺(tái)填筑7天→鋼板樁插入20天→基坑軟塑填土開(kāi)挖50天(圍檁、內(nèi)支撐與開(kāi)挖穿插施工)→輸水管道安裝及驗(yàn)收、基坑回填120天的施工程序，總工期預(yù)計(jì)202天<210天?？梢栽谝粋€(gè)枯期完成所有工作，如遇超標(biāo)洪水則工期保障率不高，且該方案不適宜分兩個(gè)枯期施工。可見(jiàn)，方案一工期較短，方案二分兩個(gè)枯期施工，也可以實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)。

綜上分析，本著安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，工期可行的原則，初步選定方案二為設(shè)計(jì)實(shí)施方案。

3 方案咨詢(xún)

方案初選完成后，項(xiàng)目法人組織行業(yè)內(nèi)專(zhuān)家對(duì)方案進(jìn)行了咨詢(xún)。專(zhuān)家組對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘，補(bǔ)充勘察資料研閱后，針對(duì)前述3種方案進(jìn)行討論分析，一致推薦方案二作為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案，同時(shí)提出相關(guān)建議：一是在汛期來(lái)臨前盡可能完成灌注樁施工，確保汛后灌注樁具備承載能力；二是施工過(guò)程中實(shí)施基坑監(jiān)控，確保施工安全[12]；三是基坑內(nèi)、外側(cè)根據(jù)需要設(shè)置排水系統(tǒng)；四是施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)組織，縮短基坑暴露時(shí)間，盡快完成管道穿越施工并對(duì)基坑及時(shí)進(jìn)行回填；五是施工時(shí)應(yīng)編制基坑開(kāi)挖應(yīng)急預(yù)案，備齊應(yīng)急物資。

4 方案實(shí)施

截止2021年10月16日，以方案二為指導(dǎo)的李家?guī)r輸水管道K0+357～K0+430穿越味江河段已于2021年3月底完成灌注樁施工，以及2021年汛后施工平臺(tái)恢復(fù)，高壓旋噴樁間止水施工，目前正在進(jìn)行樁頂冠梁及橫梁施工，待基坑頂部圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成后即可進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。開(kāi)挖作業(yè)期間將對(duì)基坑實(shí)施數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要對(duì)灌注樁應(yīng)力情況、基坑外圍土體沉降及位移情況、鄰近建筑物振動(dòng)情況等進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，防止基坑事故發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，由于河道采挖后隨意回填現(xiàn)象的發(fā)生，容易形成涉河作業(yè)不良地質(zhì)體，相應(yīng)深基坑支護(hù)方案綜合比選對(duì)總體工程的施工安全、經(jīng)濟(jì)，進(jìn)度等綜合效益具有重要指導(dǎo)意義。文章僅對(duì)不良地質(zhì)體河段支護(hù)方案進(jìn)行了闡述，下一步，應(yīng)重點(diǎn)考慮不良地質(zhì)體河段與砂卵石河段銜接處的支護(hù)措施。