山西省阳泉市盂县滨水空间综合治理工程需对河道开挖一条埋设箱涵的沟槽。工程开挖段地势西高东低, 两岸为土质边坡与浆砌片石护坡。河道两侧紧邻民用住宅和街道, 四周密布排污管道、热力管道、通信电缆及天然气管线。沟槽基坑沿河道为弯曲长条形, 宽7.5m、长8.7km、挖深6.5m。河道两侧护岸高6m, 坡度约80°。局部区段沟槽基坑需从桥下穿过。支护结构安全性等级为一级, 项目总平面及地形剖面如图1, 2所示。

场地地貌单元属于盆地, 主要的微地貌单元为香河河床。场地地下水类型为孔隙水, 富水性较好。河道中平时干枯, 仅在雨季有流水, 主要补给来源为大气降水、侧向径流及上游向下游径流排泄。

1) 周边环境复杂, 基坑紧邻建筑物和街道, 沿线密布通信电缆、排污管道、热力管线及天然气管道;局部地段北侧护岸坝体距基坑仅1.5m, 需在确保支护结构安全可靠的同时, 严格控制基坑侧壁变形, 避免对周边环境造成不利影响。

2) 基坑面积大, 土方挖运量大, 工作面狭小, 而且河道不平顺, 下游河道弯曲处有孤石。

3) 河道沿线地下水位变化, 需合理设置止水帷幕与降水井。

4) 局部区段基坑从桥下穿过, 施工过程需要保证桥梁正常使用。

因河道沿线工程地质条件、水文地质条件及周边环境变化, 故分段设计, 选用不同的支护和降水方案。

1) 工程地质条件

场地地基土自上而下依次分为: (1) 杂填土物质成份杂乱, 均匀性差, 呈欠压密状态; (2) 卵石土稍密～中密, 湿; (3) 粉土中密～密实, 湿, 中等压缩性; (4) 粉质黏土局部夹有薄层粉土, 夹极薄层细砂, 软塑～可塑状态, 中等压缩性; (5) 粉土中密～密实, 湿, 中等压缩性; (6) 粉土中密～密实, 湿, 中等压缩性。

上游地基土物理力学性能参数如表1所示。

2) 水文地质条件

上游区段初见水位埋深介于7.50～7.80m, 实测稳定水位埋深介于6.60～6.80m。

3) 支护设计

采用SMW工法桩+锚杆的支护体系。采用40b型钢, 隔二插一。设计参数如表2、图3所示。

4) 降水设计

每隔50m沿基坑宽度方向设置1道水泥搅拌桩止水帷幕, 坑内设3口疏干井, 井深11m;坑外设观测井, 井深6.5m, 间距50m。

1) 工程地质条件

场地地基土自上而下依次分为: (1) 杂填土物质成份杂乱, 均匀性差, 呈欠压密状态; (2) 卵石土稍密～中密, 湿; (3) 粉质黏土局部夹有薄层粉土, 夹极薄层细砂, 软塑～可塑, 中等压缩性; (4) 粉土中密～密实, 湿, 中等压缩性; (5) 粉质黏土局部夹有薄层粉土, 零星混夹有粉细砂, 软塑～可塑, 中等压缩性; (6) 粉土中密～密实, 湿, 中等压缩性。岩性以杂填土、卵石土、粉土、粉质黏土为主。

下游地基土物理力学参数如表3所示。

2) 水文地质条件

下游区段初见水位埋介于2.60～2.80m, 实测稳定水位埋深介于2.20～2.40m。

3) 支护设计

采用SMW工法桩+锚杆+钢管撑的支护体系。采用40b型钢, 隔二插一。

钢管撑规格为609×16, 水平间距为5m。钢腰梁由2榀I40b拼接, 内肋板、外肋板、钢缀板焊接而成。钢腰梁与支护结构间用50mm厚C30细石混凝土填充。腰梁托架与支护桩之间通过膨胀螺栓使其表面紧贴。基坑开挖必须遵循先撑后挖的原则。设计参数如表4、图4所示。

4) 降水设计

每隔50m沿基坑宽度方向设置1道水泥搅拌桩止水帷幕, 坑内设6口疏干井, 井深11m;下游建筑物较为密集, 为防止地下水流失给周边的建 (构) 筑物造成不均匀沉降的危险, 坑外观测井兼做回灌井, 随时检查地下水位变化情况, 水位降低时应及时进行回灌, 保证其最初的承压水位, 井深6.5m, 间距50m。

桥跨长39m, 桥墩间距13m。工程地质条件、水文地质条件及降水方案同上游。

考虑到桥墩桩基础挡土作用、桥墩间距以及现场施工条件, 采用高压旋喷桩+锚杆+钢管撑的支护体系。采用40b型钢, 隔一插一。钢管撑参数同下游。设计参数如表5、图5所示。

1) SMW工法桩和水泥搅拌桩采用P·O32.5普通硅酸盐水泥, 水泥掺入量16%, 水灰比0.45;施工工艺采用四搅两喷, 一三喷, 搅拌下沉速度控制在0.8m/min, 提升速度为1.2m/min。搅拌桩施工完成后大约30min内, 采用振动插入法, 用起重机将工字钢对准桩中心, 逐步振入, 直至设计标高, 桩位偏差不应大于50mm, 垂直度偏差应<1%, 以保证墙体的抗渗性。

2) 高压旋喷桩采用P·O32.5普通硅酸盐水泥, 水灰比1∶1;采用单重管法, 91, 喷嘴1.8mm, 钻杆的转速控制在15r/min左右, 提升速度为10～15cm/min, 当提升至设计桩顶下1.0m深度时, 放慢提升速度至设计标高, 喷射作业结束后, 用冒出浆液回灌到孔内, 防止因浆液凝固后体积收缩, 造成桩顶面下降。

3) 型钢上游长9m, 下游长10m, 外露500mm, 并用塑料薄膜包裹, 待箱涵施工完成后回收, 回收后的空隙用水泥浆填充。

4) 河道曲折变化, 拐角处对防渗漏和结构强度要求高, 型钢必须布置且密插。

5) 锚杆自由段采用100波纹管护管, 钻孔成渣段0.5m。浆液采用水灰比为0.50的P·O32.5普通硅酸盐水泥, 注浆强度不低于25MPa, 注浆压力1.5MPa。

6) 疏干井呈双排线状分布;井管采用外径400mm水泥砾石滤水管, 井管与井孔之间的环状间隙填入直径为1～3mm石英砂滤料, 环隙上端1.0m用黏土填塞。

7) 北侧坝体距基坑不足2m的地段, 对坝体进行削坡, 并在坡脚处密插40b型钢进行加固。

1) 下游帷幕外侧水位较高, 坑内降水后造成帷幕内外水位差较大, 锚杆打入土体后, 帷幕外侧地下水通过锚孔流入基坑, 应及时将锚杆孔眼内塞填布条并注浆, 防止锚杆孔内砂土流失, 破坏锚杆注浆段和土层粘结, 使锚杆失效, 同时防止因砂土流失导致上层土体塌陷。

2) 下游河床曲折处地下3m有大孤石沉积, 而且该区域稳定水位埋深介于0.60～1.70m, 为避免畸形桩或断桩, 结合现场情况, 采用放坡开挖换填、分段开挖、开挖长度不得超过10m、随挖随填的方案, 取得了良好效果。

3) 局部地区成井塌孔, 采用外加套管分段打入, 成井后分段拔出的方案, 取得了良好效果。

4) 施工过程正处于雨季, 长时间的强降雨导致雨水从上游和基坑两侧涌入坑内, 造成基坑长时间泡水。为此, 在基坑两侧加设挡水围堰, 高1m, 采用蒸压粉煤灰加气块, M10水泥砂浆砌筑厚度为200mm, 型钢外侧砌筑, 顶部增加100mm压顶混凝土, 内放2根8 HPB300钢筋, 外侧采用1∶2水泥砂浆抹灰 (迎水面一侧) 。两端无型钢支撑的, 采用砖砌护墩加固。

为保证施工过程中基坑支护结构的安全及周边建 (构) 筑物、街道的正常使用, 对支护结构的水平位移和竖向沉降及基坑周边地面沉降等进行了监测。项目从2017年4月份开始施工, 至2017年12月全线箱涵结构完工, 土方开挖后, 其支护结构最大水平位移和竖向位移及周边地面沉降点变化趋势如图6～8所示。

监测结果显示基坑侧壁变形在允许范围内, 未对周边环境造成明显影响, 支护效果符合预期设计要求。

采用SMW工法桩+锚杆, 部分地段加设钢管撑的支护体系, 取得了良好的挡土和止水效果, 克服了现场施工场地狭小的困难, 缩短了工期, 降低了造价, 有效避免了施工过程对周边环境的影响和破坏。SMW工法桩型钢可以重复利用, 绿色节能, 取得了良好的经济效益。