中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西省 西安市 710065
摘要：本文以中老铁路欣合楠里河特大桥水中桥墩承台深基坑施工为例，介绍了水泥搅拌桩围堰对深基坑坑壁进行支挡和防渗的施工工艺原理、适用范围和具体的施工方法，总结了施工经验和优缺点，对以后类似工程施工要较好的借鉴和参考价值。
关键词：深基坑；水泥搅拌桩围堰；支挡；防渗；施工
1适用范围和优点
水泥搅拌桩一般用来进行路基或结构物深软基的地基处理，主要起到加固地基、提高地基承载力的作用。本施工技术以水泥搅拌桩做为防护围堰，对深基坑坑壁起到支挡和防渗作用，防止基坑坑壁坍塌。该施工技术适用于深基坑坑壁的支挡和防渗，比如采用筑岛围堰施工承台时深基坑的防护等类似工程。和常用的钢板桩围堰相比，水泥搅拌桩围堰防渗效果要好得多。另外，水泥搅拌桩自身刚度较大，一般围堰内不用设水平钢支撑用来增加围堰的整体刚度和稳定性，没有内支撑的阻碍，大大方便了基坑内结构物的施工。
2工艺原理
在深基坑开挖前，先沿基坑周围施工水泥搅拌桩，在水泥搅拌桩的支挡保护下再开挖基坑，水泥搅拌桩对基坑坑壁起到支挡和防渗的作用，防止基坑坑壁坍塌，和钢板桩围堰的作用相同。
3工程概况
中老铁路欣合楠里河特大桥中心里程DK324+866，桥梁全长639.208m，为单线桥梁，跨河主桥为（48+80+48）m连续梁，两侧引桥为24m、32m标准跨径预制安装简支T梁。桥墩基础为钻孔灌注桩，桥墩为圆端型实心墩，其中7号桥墩位于水中，桥墩基础为11根直径Ф1.5m的钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩基以上为承台，承台几何尺寸横桥向、顺桥向和高度为12.1×8.5×3m，整个承台埋入河底以下，承台顶面和河底基本齐平；承台以上为墩身。桥墩处河床砂砾覆盖层厚度约1.0m,覆盖层以下为强风化砂岩。旱季时该桥墩处水深约4m，雨季汛期最大水深约13m，在深水环境中承台施工难度较大，应根据地质、水文、地形和现有资源选择合适的施工方案。
4施工方案的选择
7号水中桥墩的钻孔灌注桩和承台安排在旱季施工。由于桥墩处旱季水深约4m，设计采用搭设钢栈桥和钢板桩围堰的施工方案，即先从岸边搭建钢栈桥至桥墩一侧，在桥墩位置搭设工作平台，工作平台和钢栈桥连为一体，然后在工作平台上用冲击钻机施工桥梁桩基。桥梁桩基施工完成后，沿承台四周插打钢板桩形成封闭围堰，抽排围堰中的水，然后开挖承台基坑，浇筑水下封底混凝土，再次抽排基坑渗水后，在无水的环境中施工承台。由于河床砂砾覆盖层较薄，厚度只有1m，覆盖层以下为强风化砂岩，钢板桩难以打入，插打深度有限，基坑开挖后，在围堰外面4m水深的水头压力和8m高土压力作用下，钢板桩很容易失稳，难以形成有效支护。并且，搭设钢栈桥、钢板桩围堰施工麻烦，工期长，费用高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经现场水文、地质、地形调查、研究、分析和对比，综合考虑后我部采用了筑岛+水泥搅拌桩围堰的施工方案，该方案总体施工顺序为：先填土筑岛形成工作平台，在人工岛上采用冲击钻机施工桥梁钻孔灌注桩，待所有桩基施工完成后，沿承台靠河流三周施工水泥搅拌桩（靠岸边一侧不设水泥搅拌桩），然后开挖承台基坑，基坑底设集水坑，水泵一边抽排基坑少量渗水，人工一边在无水的环境中施工承台。
5施工方法
5.1筑岛
从岸边向河中填土不断侵占河道，渐渐形成一个如同半岛的工作平台，平台根据预计将来水位变化情况高出水位约0.5~1.0m，填料利用路基挖方弃土。随着往河中不断侵占，水会越来越深，水流速会越来越大，侵占会变得越来越困难，倒入河中的土很快会被水流带走。在此情况下，可采用大粒径石渣或块片石侵占，或者采用大编织袋装土侵占，筑岛范围根据施工需要确定。
5.2桩基施工
在填筑的人工岛上施工桥梁桩基，施工方法和在旱地上一般施工方法相同，特别注意在埋设钢护筒时，钢护筒要埋深些，钢护筒底端至少要穿透筑岛时所填土层厚度，防止钻孔过程中发生塌孔现象。钢护筒采用先挖埋、再插打的施工方法，因此，注意筑岛时钢护筒位置不能填大粒径石渣或块片石，否则会造成钢护筒插打困难。
5.3水泥搅拌桩围堰施工
一般旱地非软基的桥墩，当桩基施工完成后，下一道工序是开挖基坑、施工承台。但对于水中深基坑，如果直接开挖基坑，基坑壁上半部分为筑岛时所填虚土，水位线以下部分坑壁土体呈饱和状态，在水头压力作用下，坑壁很容易失稳坍塌，并且虚土渗水严重，进一步加剧了坑壁坍塌的可能性。因此，在基坑开挖之前，必须解决两个问题，一个是坑壁支挡问题，基坑开挖后如何保证坑壁不坍塌；一个是如何防渗的问题，基坑开挖后如何保证坑壁不渗水或少渗水。在此情况下，常用的方法是采用钢板桩围堰，即沿承台四周插打钢板桩先支护，然后在钢板桩保护的情况下开挖基坑，同时钢板桩起到防渗的作用，钢板桩围堰内部设水平支撑，增加钢板桩的整体刚度和整体稳定性，防止钢板桩在土压力、水压力的作用下被推倒。采用钢板桩围堰方案有一个前提条件，就是必须保证钢板桩的插打深度，一般情况下基坑开挖后，钢板桩埋入基坑底以下的深度是整根钢板桩长度的三分之一。而欣合楠里河7号墩处河床砂砾覆盖层厚度仅为1m，覆盖层以下为坚硬的强风化砂岩，河底以上为人工填土，填土厚度约5m,平台以外河水深约4m，承台设计高度3m,承台全部埋入河底，即基坑深度达到8m,河水水位比基坑底高7m,人工在如此深的基坑中施工是非常危险的。而采用钢板桩围堰，钢板桩整根长度要9m,而打入基坑底以下的深度只有1m，打入深度远远不足，无法保证施工安全。经过对比分析后，我部决定采用水泥搅拌桩围堰替代钢板桩围堰的施工方案。并且，现场水泥搅拌桩施工设备、人员、材料等可以就近利用，资源调配比较方便。由于基坑比较深，我部采用了内外双层水泥搅拌桩围堰。水泥搅拌桩直径50cm，内外层搅拌桩搭接20cm，围堰断面有效宽度80cm，相当于形成一堵80cm厚的连续防渗墙。水泥搅拌桩施工时，相邻桩之间搭接20cm,在已完成水泥搅拌桩凝固前，相邻桩要施工完成。
6施工技术和经验总结
从实施效果来看，水泥搅拌桩防渗效果非常好，沿水泥搅拌桩垂直开挖基坑后，基坑壁呈干燥状态，几乎无渗水。但水泥搅拌桩围堰也有不足之处，和钢板桩一样，对于河底覆盖层比较薄的河床，水泥搅拌桩底无法伸入坚硬岩石，桩体底端无法生根，而是靠桩体自身重量抵挡外面的土压力和水压力。基于以上原因，我们得出对于河底覆盖层比较薄的河床，水泥搅拌桩以外筑岛面积越大，桩体以外的土体的自稳性越好，桩体受到的土压力也就越小，基坑壁也就越稳定，因此，筑岛时平台面积尽可能大些。另外，和钢板桩相比，桩体自身刚度远远大于钢板桩，无需像钢板桩围堰一样需要内部设置水平支撑以增加围堰的整体刚度和稳定性，这样在基坑开挖、承台模板、钢筋等施工过程中没有了内支撑的阻碍，大大方便了施工。
在施工过程中，也遇到了一些问题。个别水泥搅拌桩底部和基岩顶面连接不紧密，在高水头作用下，形成小的管涌，管涌越来越大，致使部分桩体底部悬空，造成围堰出现沉降和滑动现象。出现以上问题后，我们用直径Φ200的钢管对沉降滑动的围堰段进行了支撑，增加了抽水设备，挖掘机在基坑外靠河侧，通过试探成功截断管涌，渗水得以控制，后续施工比较顺利。
7结束语
一般水中深基坑支挡防渗采用钢板桩的比较常见，采用水泥搅拌桩围堰进行基坑支挡和防渗算是一种新的尝试，结果证明该方案安全可靠，施工简单方便，技术可行，为以后深水基坑支挡防渗提供了一种新的思路和方法，可以根据现场可利用资源情况，经过经济比较，确定采用钢板桩围堰或水泥搅拌桩围堰。
论文作者:刘坤乾
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/27
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