摘要：在抛石填海造陆区地层回填时间短，填料成分多以开山碎石为主，碎石粒径不均，多含有大块石，结构松散，空隙较大，地下水与海水连通性好，在潮汐作用下水位变化大，导致常用的高压旋喷桩止水帷幕在基坑止水中的应用难以发挥作用。本文以某填海地区具体工程为例，介绍粘土联合拉森钢板桩止水法在基坑止水中的应用，为填海地区相似地质条件的基坑设计提供借鉴。
关键词：抛石填海；大块石；止水帷幕；高压旋喷桩；粘土联合拉森钢板桩
前言
随着社会经济的高速发展，沿海地区的基础建设越来越多，抛石填海造陆面积日益扩大，各种功能性建筑设施也逐渐增加，在动水下的基坑支护开挖施工也越来越多，工程建设的难度也变得越来越难。在抛石填海造陆区地层回填时间短，填料成分多以开山碎石为主，碎石粒径不均，多含有大块石，结构松散，空隙较大，地下水与海水连通性好，在潮汐作用下水位变化大，对基坑支护桩和止水围幕的施工造成了难题。本文详细阐述了某市抛石填海造陆区污水厂升级改造工程中的一座臭氧催化氧化接触池基坑支护止水设计内容，希望能够为今后类似工程提供借鉴。
1 工程概况
该污水厂[1]升级改造工程位于某市经济开发区，地貌单元属滨海滩涂，座落在人工填海块石层上，地势平坦。臭氧催化氧化接触池为半地下式钢筋混凝土结构，平面布置大致为规则长方形，长边长度为37.8m，短边长度27.8m，高度为10.3m，设计地面标高为3.90m，设计池底标高为-1.85m，池顶标高为8.45m。基坑设计深度为5.75m，地下水位标高2.50m。臭氧催化氧化接触池西北侧临近一期氧化沟，基坑施工条件受到限制，不得采用冲孔灌注桩等振动较大的支护桩型。
2 工程地质与水文地质条件
2.1工程地质条件
根据该工程的岩土工程勘察报告，拟建场地内土层特征按自上而下顺序描述如下：
碎石层：褐黄、青灰色，松散，由长石石英砂岩碎石、角砾混少量粘性土组成，碎石占70%以上，粒径2-75cm，最大136cm。
淤泥质粘土：褐灰、灰黑色，不均匀夹薄层粉砂，具腥臭味，摇震反应缓慢，光泽反应有光泽，干强度及韧性高，呈饱和，流塑状态。
粗砂：灰褐、灰黑色，石英质砂，充填约5-15%的粘粒，饱和，主要呈松散状、局部稍密状。
粘土：褐黄色、灰白、灰褐等色，摇震无反应，光泽反应有光泽，干强度及韧性较高，呈饱和，可塑状态。
淤泥质粘土：灰褐、灰黑色，含有机质，具腥臭味，摇震反应缓慢，光泽反应有光泽，干强度及韧性高，呈饱和，流塑状态。
砾质粘性土：褐黄、棕红、灰白等色，系由花岗岩原地风化而成，可辨残余结构，呈饱和，可塑~硬塑状态。
全风化花岗岩：褐红、灰白色，主要矿物成份为长石、石英及黑云母，中粗粒结构，块状构造。绝大部分矿物已风化成土状，手捏易碎且有砂感，岩芯呈坚硬土柱状，合金钻具易钻进。
强风化花岗岩：褐红、灰白色，主要矿物成份为长石、石英及黑云母，中粗粒结构，块状构造。大部分矿物已显著风化，节理裂隙极发育，岩芯呈土夹碎屑状，岩块用手可折断，合金钻具较易钻进。
2.2水文地质条件
各钻孔均遇见地下水，且均为潜水类型，主要补给来源为场地西南部的海水，大气降水对地下水也有一定的影响。场地地下水与海水连通，地下水位随海水潮汐而变化。勘察期间测得各钻孔地下水稳定水面埋藏深度介于1.34~2.18米之间，相当于标高1.72~2.56米。
3基坑支护止水设计
3.1方案比选思想
工程实践中基坑支护方式种类繁多，基坑支护方式的确定需要考虑诸多因素，如工程位置、地下水、地质条件、基坑深度、周边环境等，当采用单一支护方式不能满足要求时，还需多种方式结合使用。基于上述原因，设计人员应根据安全、合理、经济、施工简便等原则进行各种方案的比较，从中选定最优方案。对于本基坑工程，应根据实际情况初步选出几种方案，再对其进行比较，以选定最优支护方案。
3.2方案比选分析
基于上述地质条件，基坑开挖的难点在于止水帷幕的施工，基坑开挖较深，地层透水性极高，地下水与海水相通，碎石层中块石含量较多，粒径较大等多种因素增加传统高压旋喷桩止水帷幕[2]施工难度。在这种地层中进行传统高压旋喷桩止水帷幕施工存在三大难点：一是难成孔，孔壁坍塌严重，无法钻进，难以形成钻孔；二是漏浆、冒浆严重，浆液从填石层中的空隙漏失或从孔口流失，帷幕体不连续，止水效果差；三是受潮汐影响强烈，每天2次的涨潮落潮，水位变化大，地下迳流紊乱，海水的冲刷能力强，使浆液不易在原处凝固，帷幕体上多蜂窝状孔洞，帷幕体的整体性和连续性差。而且同一地区的其他地块基坑工程的实践证明高压旋喷桩止水帷幕的效果不理想，遇块石时桩机无法钻孔，达不到止水目的。本基坑支护方案基本排除传统的放坡开挖+高压旋喷桩止水帷幕和支护桩+高压旋喷桩止水帷幕方案。另外支护、止水一体化的钻孔咬合桩[3]方案，遇大块石时灌注桩钻孔施工难度大；槽板式地下连续墙[4]费用又较高。经过多方面因素考虑，该项目最终创新性地选用了一种施工简便，造价经济，工期较短，可就地取材的基坑支护止水方法，本文将其称为粘土联合拉森钢板桩止水法。
4 基坑施工步骤
臭氧催化氧化接触池基坑底标高-1.85m，处于碎石层中，碎石层底标高-2.63m。本基坑选用的粘土联合拉森钢板桩止水方案，分两级开挖，设置双排钢板桩悬臂支护，桩型采用内排12m和外排9m拉森钢板桩（Ⅲ型）。内排钢板桩桩端穿透淤泥质粘土层至粗砂层，经基坑验算，基坑整体稳定、抗倾覆、坑底抗隆起及桩底抗隆起等安全系数均满足基坑支护规范[2]要求。施打钢板桩时，为了克服场地内表层碎石的阻碍，先用长臂勾机翻挖表层碎石形成沟槽，再将钢板桩插入土层中。勾机翻挖深度约为6.53m，达到不透水层淤泥质粘土层顶，随挖随插钢板桩，钢板桩外侧及时铺设防水塑料薄膜并回填粘土止水，内侧回填碎石土。双排钢板桩悬臂支护（见图1）施工步骤如下：
1．施工外排钢板桩止水帷幕：先挖除外排止水帷幕沟槽范围内的表层碎石，并及时插入外排拉森钢板桩。拉森钢板桩施打完成后，钢板桩外侧及时铺设防水塑料薄膜，并在钢板桩内外分别回填碎石土和粘土（两侧同时均匀回填），回填土密实度需≥0.93。
2.外排钢板桩止水帷幕施工完成后，对外排钢板桩内部碎石层进行降水施工，需将内部地下水位降至碎石层底。
3.外排钢板桩内部开挖基坑至标高1.00m。
4．施工内排钢板桩止水帷幕：先挖除内排止水帷幕沟槽范围内的表层碎石，并及时插入内排拉森钢板桩。拉森钢板桩施打完成后，钢板桩内外分别回填碎石土和粘土（两侧同时均匀回填），回填土密实度需≥0.93。
5.内排钢板桩内部开挖基坑至坑底。
结语
本基坑工程经过半年工期的施工，全部地下结构施工完成，基坑回填完毕。根据现场实际监测结果，施工期间，支护结构位移、地表沉降等均在基坑监测规范[5]允许范围之内。实践证明，粘土联合拉森钢板桩止水法在填海造陆地区能够克服表层碎石中大块石、孤石等障碍，同时满足设计的止水、支护要求，特别在止水方面，达到基坑干作业。由于其施工简便、造价经济，工期较短，可就地取材等优点，可以对其他沿海城市在面对填海造陆区基坑支护止水问题上提供一种新思路。
参考文献：
[1]张辰.污水厂设计[M].北京：中国建筑工业出版社出版2011.
[2]中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[3]王根.咬合桩的设计与施工[J].山西建筑，2009，35（22）.
[4]刘国彬，王卫东.基坑工程手册（2版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[5]中华人民共和国国家标准.建筑基坑工程监测技术规范GB50497-2009[S].北京：中国计划出版社，2009.
论文作者:邓立邦
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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