邻近长江干堤新型防渗隔离体系基础施工研究_曹勤涛.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202204058开放科学（资源服务）标识码（OSID）邻近长江干堤新型防渗隔离体系基础施工研究曹勤涛，任立亮（中交第二航务工程局有限公司，武汉430014）摘要：在邻堤桥梁建设过程中，桩基施工是一个控制因素，需要解决桩基防渗及岸坡抗滑安全等问题。工程界对防渗的解决方法有很多，如土工膜、防渗墙，但桩基离大堤很近时，以上开挖方法均会对堤防造成安全隐患。通过对左岸大道临堤桩基防渗的 3 种方案比选，提出了一种新型临近长江干堤桥梁基础防渗隔离体系。经现场实施，防渗效果良好，保证了沿江堤防安全。关键词：邻堤桥梁；堤防安全；桩基防渗；隔离体系；高压旋喷桩中图分类号：U443.16文献标志码：A文章编号：1003 8825(2023)01 0191 04 0 引言在桥梁邻堤基础施工中，常对结构的防渗有要求。如九江长江公路大桥主桥南塔基础采用防渗墙+支护桩的方案，江北快速路采用土工膜的施工方案，另外还有工程采用钻孔桩+系梁+冠梁结合高压旋喷灌浆（防渗墙）和袖阀花管注浆（防渗墙）等。以上方法均需要对基础进行开挖，会对邻近大堤造成扰动。左岸大道项目有部分桥梁基础邻近长江大堤，采用以上开挖方法进行防渗会对堤防安全造成影响，均不能满足设计要求。为解决左岸大道项目桩基施工难题，确保堤防安全，保证防渗效果，本项目实施对桩基周围进行旋喷桩处理的方案，在减少开挖的同时确保大堤的稳定性，同时可取得较好的防渗效果。1 工程背景 1.1 工程概况左岸大道（万家湖南路小军山）项目位于武汉经济技术开发区，沿线上跨通顺河，途径滩涂地，下穿四环线，止于小军山，全长 6 540 m。全线采用道路+桥梁+道路形式，其中 K0+000+645、K6+085+540 为道路段，采用路堤结合方式；K0+645K6+085 为桥梁段，桥梁长 5 440 m。根据桥梁桩基布置情况，对大堤（或防渗墙）背江侧 100 m 和临江侧 50 m 范围内的桩基进行防渗处理。工程项目有 4 处与防汛堤防相连，分别为烂泥湖堤、沌南洲院堤（2 处）、军山堤，而堤身桩基钻孔、开挖堤坝施工承台将威胁堤防的安全，历年来是桥梁施工的禁区。此外，本工程高架桥部分桩基邻近堤防布置，桩基穿透黏土层进入粉砂层。为防止粉砂层地下水沿桩周渗透逸出，并形成渗漏通道，需研发适用于长江堤防上桩基础施工的防渗结构和施工方法。1.2 水文地质条件本项目在长江边，有近 3 km 在长江滩地泄洪区，历年最高水位 29.73 m（1954 年 8 月 18 日，吴淞高程），历年最低水位 10.08 m（1965 年2 月 4 日，吴淞高程），多年平均水位 18.97 m（吴淞高程）。一般流速 1.52.0 m/s，最大流速3.0 m/s 以上，水位比降约为 0.025 0.038，枯水位时约 0.020 0.003。地势起伏较平坦。属堆积平原区（相当于长江级阶地），表层为松散填土、上部为软-可塑状一般黏性土，中部为稍密-中密砂层，下部基岩为K-E 粉砂质泥岩、灰岩质砾岩；T1d 灰岩、P 炭质灰岩、C 泥灰岩；S2f 泥岩，上部存在松散软土、强度低、自稳性能差，砂层可能出现流土、流砂等渗透变形破坏。下伏基岩灰岩质砾岩存在溶蚀现象。上部填土、淤泥和软塑黏性土的工程性质差，有一定厚度，易对桩形成负摩阻力。下伏基岩灰岩、灰岩质砾岩、泥灰岩中存在岩溶等不良地质作用。收稿日期：2022 05 16作者简介：曹勤涛（1984），男，湖北天门人。高级工程师，硕士，主要从事道路与桥梁工程施工研究工作。E-mail：。曹勤涛，等：邻近长江干堤新型防渗隔离体系基础施工研究 191 2 方案比选大堤位置桥梁基础采用钻孔灌注桩形式，为左右分离矩形承台，边长 7.1 m7.1 m，承台高度2.53.0 m，每个承台下布置 4 根直径 1.5 m 的钻孔灌注桩，桩长 35.043.0 m。桥梁在起、终点处分别与烂泥湖堤与军山堤平交，两次上跨沌南洲垸堤，所涉及的堤防均为武汉长江干堤，经过多年的整险加固，可有效清除堤身和堤基存在的渗透破坏隐患，防止岸坡崩塌，确保了武汉市区防洪安全。因此，桥梁施工中不可对堤防造成损害。桥梁建成后，堤防需满足渗透稳定要求。临近堤防处桩基，粉砂层地下水易沿桩周渗透逸出，形成渗漏通道，影响堤防稳定，需采取措施进行防渗处理。桥梁实施后由于桥桩有抗滑作用，对大堤边坡稳定有利。桥梁桩基施工完成后，可有效抵抗堤防的侧向移动，起到抗滑作用，抗滑系数需满足要求。施工期间桩基钻孔对堤防安全不容忽视，应采取工程措施保证堤防安全。施工期间应采取措施减少对堤防的影响，可采取打设钢护筒、布置抗滑桩等方式。桥梁基础施工期间保证大堤安全是项目建设的一大挑战。据调查，针对桩基防渗施工，工程上常采用高喷防渗墙+支护桩、土工膜、钻孔桩+系梁+冠梁结合高压旋喷灌浆和袖阀花管注浆等施工工艺。为研究出适用于依托项目的桩基防渗施工方法，对以上施工工艺进行分析对比。2.1 高喷防渗墙+支护桩依托工程设计采用高喷防渗墙+支护桩形式，根据调查，九江长江公路大桥也采用此种施工方案，主要是在南主塔承台与长江永安大堤之间实施一道防渗墙，根据水头、地质等情况分析，防渗墙中线距承台边缘 6 m，单排布置，防渗墙渗透系数不大于 1106 cm/s，J允80。防渗墙深度穿透细砂层嵌入粉质黏土层 2.0 m 以上。总深度大于 32.0 m。防渗墙平面布置折线形。长度约 165.0 m；两端弧向永安堤轴线，并与永安堤原防渗墙体相连1。其间设复合土工膜使其形成整体防渗。高压喷射采用定喷，孔距 1.5 m，喷射方向与钻孔中心线夹角15。防渗墙布置，见图 1。依托工程项目大堤背江侧 100 m 和临江侧50 m 范围内的桩基均需进行防渗处理，故要求防渗墙最端头距离桩基至少 100 m，因此，防渗墙的长度为 200 m 左右，高喷防渗墙+支护桩布置，见图 2。承台桩基高喷防渗墙主墩中心线C30钻孔桩地面线旋喷桩图1防渗墙布置 堤防防渗墙支护桩钻孔桩+旋喷桩100 m100 m图2高喷防渗墙+支护桩布置 2.2 土工膜土工膜法施工，见图 3。（a）立面（b）平面承台地面线桩基土工膜基坑开挖区基坑承台1n土工膜范围图3土工膜法施工 根据调查，江北快速路堤防护桩基施工防渗结构采用土工膜施工方案，主要施工方法为：桩基混凝土浇筑完成后，待混凝土强度达到 10 MPa，将桩基周围地面以下的原状土挖开，开挖的边坡倾斜度根据地质情况而定；清洗外露桩基混凝土，利用打磨机打磨桩基四周表面的混凝土，同时修补桩基路基工程 192 Subgrade Engineering2023 年第 1 期（总第 226 期）混凝土表面的缺陷；待桩基的混凝土干燥后涂刷环氧树脂，同时在桩基四周黏贴土工膜，土工膜黏贴高度为基坑底面以上 1.0 m 高度至承台底部，土工膜沿桩基周围黏贴一层；底部横向预留 1.5 m 的长度；土工膜黏贴高度 1.0 m 范围内设置三道抱箍对桩基上的土工膜进行固定；基坑内回填黏性土至土工膜底部时，将预留的 1.5 m 土工膜平铺在黏土回填区中的黏土上；黏土回填区渗透系数小于1.0105 cm/s，压实度不小于 95；土工膜上继续回填黏土回填区至原地面，压实原地面，防渗施工完成2。2.3 高压旋喷桩及桩周高压旋喷桩高压旋喷灌浆施工方案与高喷防渗墙+支护桩方案相同，防渗墙注浆采用袖阀花管注浆法，采用常规施工工艺。从可行性、高效性、经济性分析，以上施工工艺均不能满足依托工程的桩基防渗施工。对大堤背江侧 100 m 和临江侧 50 m 范围内桩基进行防渗处理，借鉴调查中的施工工艺，提出桩周高压旋喷桩施工方案。防渗方案对比分析，见表 1。表1防渗方案对比分析防渗方案项目数量折合到每根桩基经济效果工期/d材料费/元人工/人高喷防渗墙+支护桩高压旋喷桩24640 m0.75102323效果好但经济性低钻孔灌注桩46200 m高压防渗墙1200 m土工膜土工膜12474 m20.5068552经济性高但效果差环氧树脂5984 m2钻孔桩+系梁+冠梁结合高压旋喷灌浆+袖阀花管注浆高压旋喷桩17664 m0.87135515效果好但经济性低钻孔灌注桩32360 m高压防渗墙2518 m桩周高压旋喷桩高压旋喷桩33880 m0.6773113效果好，经济可行 2.4 复合桩大堤防渗施工高压旋喷桩沿着桩基轮廓线外扩 20 cm，沿桩周均匀布置 10 根，旋喷桩中心圆半径为 0.95 m，10 根旋喷桩绕桩中心 360等角度布置，旋喷桩直径 800 mm，桩长 5.50 m。桥墩桩基防渗旋喷桩施工停灰面应高于承台底面 50 cm，待施工承台时，再破除旋喷桩 50 cm，保证新浇筑混凝土与旋喷桩连接密实，从而保证防渗效果3。旋喷桩在钻孔灌注桩混凝土强度达到设计值的 70%后开始施工，为防止施工时相邻孔位串浆，采取分批跳孔的顺序施工旋喷桩。见图 4、图 5。承台地面线800 mm高压旋喷桩桩基606015050050图4桩周旋喷桩立面(单位：cm）1-12-11-2362-21-32-31-42-41-5R=0.95R=0.752-5图5旋喷桩施工顺序（单位：m）高压旋喷桩法防渗工程数量 33 880 m。3 主要施工工艺及效果堤防桩基础防渗施工技术研究成果于 2021 年4 月在依托工程项目应用，产生经济效益约 180 万元，节省工期约 50 天。采用桩周高压旋喷桩防渗施工工艺与高喷防渗墙+支护桩、土工膜、钻孔桩+系梁+冠梁结合高压旋喷灌浆+袖阀花管注浆施工方案相对比，针对桩基穿透黏土层进入粉砂层，粉砂层地下水容易沿桩周渗透逸出，形成渗漏通道的问题，实施折合到每根桩基桩基，为工期 0.67 天、材料费 7311 元、人工 3 人，效果好，经济可行。在采用桩周旋喷桩对桩基进行防渗处理后，对曹勤涛，等：邻近长江干堤新型防渗隔离体系基础施工研究 193 临近堤防进行位移沉降监测。数据表明：堤防沉降及位移均为零，表明该方法对堤防稳定没有影响。同时，对试验区域施工 28 天后的旋喷桩开挖后进行检查，特别是检查两桩咬合处渗点情况。检查结果显示，搭接连续性较好，紧密无缝，无明显渗漏点，达到防渗要求。另外，对灌注桩桩基进行检测，桩身完整，为 I 类桩，表明桥梁桩基混凝土及钢筋结构稳定，防渗效果满足要求。由上述分析可以得出：采用沿桩周布置高压旋喷桩进行防渗处理的施工方法，不仅解决了粉砂层地下水沿桩周渗透逸出的问题，保证了堤防的稳定性，实施效果更好、更加经济。4 结语基于邻堤桥梁下部结构桩基施工中遇到的当基础穿透黏土层进入粉砂层，粉砂层地下水容易沿桩周渗透逸出，从而形成渗漏通道的问题，通过现状调查常用的防渗方案，从可行性、高效性、经济性上进行方案比选，选定了沿桩周布置高压旋喷桩进行防渗处理的施工方法。本方案在左岸大道项目实际应用，经局部开挖后检测桩基抗渗满足要求，解决了粉砂层地下水沿桩周渗透逸出的问题。同时堤防经监测未发生位移，保证了堤防的稳定性，实施效果良好，在以后同类型涉堤桥梁桩基施工过程中可以借鉴应用。参考文献(References)：1 殷潇.某高速铁路跨塘路基防渗加固措施研究 J.路基工程,2020（3）:66 69.DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.201911034.YIN X.Study on seepage prevention and reinforcement measures of asubgrade crossing weir pond of a high speed railway J.SubgradeEngineering,2020（3）:66 69.DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.201911034.2 夏炎,刘海笑,刘军.膨胀土地区土工膜结合抗滑桩结构在滑坡治理与桥梁桩基防护中的应用 J.岩土工程学报,2016,38（增刊 1）:248 252.DOI:10.11779/CJGE2016S1046.XIA Y,