喀斯特河滩深基坑旋喷桩与钢板桩组合支护技术

胡超

摘要：针对喀斯特河滩覆土层薄、流沙层厚、地下水活跃、基岩面破碎、岩溶强发育等特殊自然条件，结合理论分析与施工经验，采用旋喷桩与钢板桩组合深基坑支护技术，取得了良好的支护及止水效果，具有较好的推广应用前景。

关键词：喀斯特；河滩；旋喷桩；钢板桩；深基坑支护

1、工程概况

1.1工程项目简介

毕节市倒天河新建2号桥位于毕节市德溪新区，横跨观音河，为90m+130m不等跨斜塔斜拉桥，桥梁全长233m，桥宽27.4m，桥面高9米，双向4车道，为城市次干路。大桥主塔为A字型倾斜构造，总高71m，其中桥面以上62m，主塔轴线纵桥向倾斜15°。桥下为500亩月亮湖湿地公园，大桥建成后，将成为新区的交通要道，公园的核心景观建筑，地方的人文特色标志，展示毕节试验区的快速崛起。

主塔承台总长47.4m，宽23.9m，高4m，哑铃型结构，内设预应力体系，下设34根群桩基础。基坑开挖深度7米左右，覆土层10米左右，最大流沙层厚度达6米，临近河道，地下水丰富且流动性大。主塔承台深基坑是本桥施工重难点、风险集中点。

1.2施工现场环境

拟建桥梁位于典型贵州喀斯特地区，位于倒天河与观音河交汇河滩处，85°斜交上跨观音河。观音河总宽20米，桥位处成90°曲折，上游段与桥位近乎平行，最小距离15米左右，且为毕节市饮用水源，环水保要求高。桥位区内原始地地面标高位于1449.0~1450.2m之间，最大高差为1.2m，整体地势比较平坦，均为已征收农田。

1.3地质水文情况

工程建设地为贵州典型喀斯特地区，炭酸盐岩分布区，拟建桥梁地处冲积河滩上，为溶蚀中低山及河流侵蚀堆积地貌，具有覆土层薄、冲积流沙层厚、岩溶裂隙强发育、入岩面凹凸起伏不平等地质特征，以本桥主塔承台处地质分部为例，其地质构造自上而下为：①、耕植土，层厚0.5m；②、粘土层，可塑状态，土层分布厚度为3.5~6.1m之间；③、卵石层，属河流冲积,厚度3.6~6.0m；④、中风化灰岩，节理裂隙发育，基岩面整体结构为破碎。

桥位区地表水、地下水丰富，地下水位在1446.4~1447.4m之间，河面常水位在1446.6m左右。场区位于河湾处，流沙层滞留地下水活跃，流动性较大。河道两岸汇水面积较大，水量受季节性影响较大，根据资料收集，最大洪水位标高为1452.2m左右，将淹没整个施工场区。

2、方案设计及研究

2.1支护方案设计

综合项目特殊地质环境因素，本桥主塔承台深基坑施工必须采取有效的基坑支护及止水措施，克服喀斯特地区河滩覆土层薄、流沙层厚、地下水活跃、基岩面起伏大、环境保护要求高等综合难题，确保施工安全。

在具体方案的选择过程时，我们对本单位在该地区同类桥梁基坑的施工经验，总结了新建2号桥上游1500米处德溪大桥在基坑支护实施中水泥土搅拌桩的失败应用，以及拟建桥梁西侧新建2号桥在旋喷桩基坑支护中局部开裂、坍塌的风险应对，结合本桥特殊地质水文情况、基坑规模及深度、综合环境因素、施工计划安排等，拟定该承台深基坑采用钢板桩与旋喷桩组合支护方式，形成止水帷幕，旋喷桩起首要支护止水作用，钢板桩对支护结构增强加固，双重保障，确保基坑在全过程施工中安全、稳定。

本桥主塔承台基坑尺寸53.8m×30m，四周预留3.2m宽作业面。钢板桩采用SP-IV型拉森钢板桩，设置于支护结构内侧，钢板桩顶部、中部、底部设置H型钢围檩3道，局部浅埋段顶部设置外拉加强措施。旋喷桩采用4排格构式构造，桩径80cm，咬合深度20cm，形成3.8m厚整体水泥土墙。基坑内侧四周设置集水井、排水沟，基坑内系梁两侧设置直径1m的降水管井4口，基坑外四周设置截水沟、安全防护，河道边缘设置拦水围堰。

2.2计算分析研究

支护结构采用PKPM岩土工具箱进行验算，选取粘土层、卵石层厚度分配两种极限状态位置进行验算。首先，采用水土合算法，取地勘报告中相关地质水文参数，对旋喷桩水泥土墙的倾覆稳定性、滑移稳定性、整体稳定性、抗隆起进行验算，使水泥土墙自身在设计参数下基本能够满足规范要求。然后，取改良后的水泥土相关参数，对钢板桩受力及稳定性进行验算，确保组合支护结构满足规范要求，同时具备一定的安全系数，确保后续施工都能安全、稳定、顺利进行。

旋喷桩水泥土墙计算取1-2#、1-28#桩位地质参数，进行验算。取地面标高0.00m，基坑开挖深度H=-7.12m，基坑外侧地下水位标高取-2.00m，基坑内侧地下水位标高取-7.62m，水泥土墙厚度3.8m，深度接基岩面，基坑外地面均布荷载取20kPa。其他岩土分层及力学参数由地勘报告查取，详见表2.2-1.

在水泥土墙3.8m厚度下，在不同极端卵石层厚度情况下，抗滑移稳定性、抗倾覆稳定性分别与规范值有少量差距，其他各项指标均能够满足规范要求。

钢板桩计算长度取10.2m，接中风化灰岩面，其中基坑深度7.12m，钢板桩埋深3.08m，不考虑内支撑，按悬臂支护验算。水位参数同旋喷桩计算参数，岩土特性取改良后的旋喷桩水泥土力学参数，其重度γ取20kN/m3，内聚力C取35.0kPa，内摩擦角φ取25°。基坑外取20kPa均布荷载，采用PKPM岩土工具箱进行验算。经计算，算钢板桩最大位移2.71mm，小于规范值5H/1000=35.6mm，稳定性安全系数达13.17，钢板桩自身最大负弯矩77kN.m，最大弯应力38Mpa，强度安全系数达200/38=5.26。组合支护满足要求。

综合上述计算分析，本桥1#承台深基坑采用3.8m厚旋喷桩水泥土墙及钢板桩组合方式进行支护，能够克服该喀斯特河滩薄覆土层、高地下水位、厚流沙层等特殊环境因素，满足综合稳定性要求，具备一定的安全系数。

3、方案实施及效果

3.1施工工艺方法

1、深基坑属于危大专项方案，对超过5m，地质情况复杂，环境特殊的，应按住建部要求，组织专家论证，完善报批手续，并对项目技术管理人员、作业队进行详细技术交底；

2、方案实施前，对桩基施工平台填碴进行清理，避免大块片石影响钢板桩打入及旋喷桩成孔；对基坑支护位置进行准确放样；

3、钢板桩采用振动打拔桩锤打插。施工前清除钢板桩锁扣处铁锈，保证相邻两根桩之间锁口联系牢固、紧密贴合。设置导向架，严格控制钢板桩走向、垂直度，采用轴线修整法，对板桩墙闭合轴线长度和位置的调整，实现封闭合拢。

4、旋喷桩施工前采用全站仪测定轴放样，用钢尺和测线一桩一签布设桩位，其误差不大于2cm，在轴线拐弯处设固定桩，在施工轴线5～10m范围设控制桩。旋喷桩施工前按比例进行试桩试验，验证方案设计参数指标，确定最佳水灰比、工作压力、提升喷浆速度。钻机就位后，精调机台水平，立轴垂直，机架牢靠，保证成孔垂直度，逐桩纠正，确保成桩咬合质量，避免与钢板桩冲突碰撞。

5、旋喷桩制浆采用PO.42.5水泥，旋喷桩每延米水泥用量根据试桩效果确定，不小于195kg/m。用水满足《混凝土搅拌用水》（JGJ63-06）要求，水灰比为1.1～1.3。

6、施工时，钻杆直接下放到底至中风化灰岩面，开启送浆旋喷，由于其基岩面中风化灰岩裂隙强发育，且凹凸起伏不定，开始送浆高压旋喷时，桩底基岩面位置因定点旋喷30s，确保水泥浆完全渗透封闭，保证止水帷幕效果。旋喷桩提升速度根据试桩效果确定，不大于30cm/min。喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直到浆面不再下沉为止，保证高喷防渗墙固结后墙顶标高，回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆静压充填。

7、基坑开挖采用机械开挖方式，垂直开挖，开挖前先通过基坑内降水管井降排基坑内地下水，分层开挖，同步施作围檩。基坑开挖完成后，对基底软弱层进行处理，并及时封底。

8、基坑开挖及承台施工期间，全周期进行基坑支护监控量测预警，出现隐患及时后拉加固，确保施工全过程中支护结构的安全稳定。

9、承台施工完成后，对钢板桩进行拔出、清理、转存，方便后续部位使用，及时按要求对承台四周进行回填，消除所有安全隐患。

3.2实施效果检查

本桥主塔承台深基坑支护施工于2019年2月14日开始，4月3日完成，4月5日基坑开挖，6月15日基坑回填。基坑开挖至回填70天，其中雨天26天，基坑侧壁未出现一处漏水现象，基坑支护四周无涌起，基地基本处于无水状态，累计支护变形13mm，基坑始终处于安全、稳定状态，该方案取得了成功应用，支护及止水效果显著。

4、结论

通过计算分析，结合本桥实施效果，在贵州喀斯特地区河滩上进行深基坑作业，采用旋喷桩与钢板桩组合支护方式，有效的克服了覆土层薄、流沙层厚、地下水丰富、基岩面破碎、岩溶强发育等自然条件，获得很好的支护及止水效果，钢板桩循环使用经济合理，自然环境得到良好的保护，在类似工程条件下，具有较好的推广应用前景，尤其是在喀斯特地区河滩部位的桥梁深基坑工程。

参考文献

[1]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[s].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]JGJ120-2012,建筑基坑支护技术规程[s].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]GB50497-2009，建筑基坑工程监测技术规范[s].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[4]GB50202-2018，建筑地基与基础施工质量验收规范[s].北京：中国建筑工业出版社，2018.