河道改移中的挡土墙设计及施工*

2015-09-18

建筑施工 2015年3期

上海建工二建集团有限公司上海 200080

1 工程概况

1.1 概念的提出

昆山市中环快速化改造工程E-Ⅱ标段三星电机厂（下称三星厂）门口河道（MK6+363～MK6+740）需要向东改道4 m，新建河道挡土墙为悬臂式钢筋混凝土挡墙，混凝土等级为C30，挡墙内净宽度为10 m，深度为东侧6.3 m，西侧6.1～8.56 m。沉降缝设置为10～15 m一道，每2～3 m设置一道泄水孔。东侧挡土墙下基础为厚50 cm碎石垫层，西侧挡土墙下基础为PTC管桩加50 cm碎石基础（图1）。

图1 三星厂新老河道关系示意（M6+450～6+710段）

1.2 地质条件

本工程沿线主要为工业厂房及现有黄浦江路，地势较平坦，实测的勘探孔标高一般为1.0～3.0 m。浅部岩性主要为第四系冲积、湖积、海积相粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉土、粉砂等。本工程驳岸基坑底标高为-4.13 m，该标高以上为粉质黏土层。

1.3 方案优化

由于东侧河道改移工程紧挨三星厂区，无开挖放坡条件。于2012年12月5日在昆山市交通发展股份有限公司召开了关于昆山中环快速化工程东线三星厂河挡土墙方案讨论会，会议决议三星厂河东岸挡土墙采用预制混凝土板桩结构，并在河底设置横向撑梁，河道西侧挡墙维持原方案（图2）。

预制混凝土板桩采用钢筋混凝土C35，结构厚度为0.35 m，每0.5 m放置1 块板，板长为10.6～16.6 m，板顶以下 60 cm凿除混凝土后与上部挡墙挡板结构现浇为整体。同时在河床以下0.5 m设置东西向横撑，为改善板桩的受力及增强横撑结构整体稳定性，在地梁横撑东侧设置八字形斜撑。横向撑梁与围檩及西侧挡墙固结。

图2 现设计图纸

1.4 主要施工技术难点

1.4.1 对围堰体系受力要求高

围堰安全可靠：满足围堰支护结构本身强度、稳定性以及变形的要求，确保周围环境的安全[1]。

1.4.2 对工期要求高

施工便利、经济合理及保证工期：在安全可靠的前提下，选择施工工期短、节约成本有效可行的方案。

1.4.3 对板桩打设要求高

板桩数量多且打设要求高，需实地踏勘，了解河道周边情况并选取合理的打桩机及打桩工艺。

2 主要施工技术措施

2.1 三星厂河道改移围堰

因三星厂河道两侧均与其他河浜互通，因此该段河道采用封闭式断流施工，施工前先在河道两侧筑1 条草包坝。草包坝围堰两侧各设置宽0.75 m编织袋装土护坡，中间用素土填筑密实，围堰顶宽2.5 m，外侧坡度1∶1，内侧坡度1∶0.5。施工期间南侧河道流水流入马路河，北侧河道流入景王河。

2.2 河道清淤及原有驳岸挖除

待两侧河道断流围堰结束后，在两侧坝内各设置一个集水坑，集水坑长宽各为3 m，深2 m，并在集水坑内放置1 台抽水泵，先抽干坝内积水，然后由外向内清除坝内淤泥，淤泥清除采用挖掘机挖除，并用密封土方车装置固定废弃点倾倒。

因原有老驳岸底部为八字护坡底，并且设计图纸要求需对新建挡墙至老驳岸之间需采取湿喷桩土体加固，因此在河道清淤后需对老驳岸的基础及墙体进行挖除并外运，便于后续PTC管桩施工。

2.3 素土回填

因西侧新建挡墙下及新建挡墙至老驳岸之间按照设计图纸要求需进行湿喷桩土体加固，因此在河内清淤及老驳岸拆除以后需回填素土，素土回填采取分层填筑，并采用挖掘机在每层上面进行碾压密实后再回填上一层。待素土回填至现状挡墙顶时，挖除原有河道驳岸，施工PTC管桩[2,3]。

3 实施过程

板桩施工：在PTC管桩施工的同时，施工东侧河道的混凝土板桩。

3.1 施工便道浇筑

为便于挡土墙的施工及板桩的场内运输，在东侧征地线至新建挡墙位置内新建一条宽3.5 m的混凝土施工便道，便道结构为10 cm碎石+20 cm C30混凝土。

3.2 施工放样

1）根据轴线图，测出轴线控制点，将木桩打入土中，并在木桩上定出控制点位置。根据控制点做好基线，再由基线测放出各个桩位和相应的控制桩。

2）在施工期间还应认真做好桩位的保护与定期校验工作，发现问题，及时纠正，防止在打桩中土体受打变位，现场轴线控制点位置应不受沉桩作业影响[4]。

3）在场内建筑上设置不受沉桩影响的水准点，在施工过程中保护水准点不被破坏。

4）根据设计桩位图，将桩逐一编号，依桩号所对应轴线尺寸；桩基的轴线和标高均已测定完毕，并经过检查办了预检手续。

5）根据轴线放出桩位线，用短竹片或短钢筋打好定位桩，并用白灰做出标志，便于施打，并设置样桩，以供桩机就位和定位。

6）桩位放样的允许偏差为：群桩不得超过20 mm，单排桩不得超过10 mm。

3.3 工艺流程

测量放线定位→桩位复验→就位打桩→平面及标高复测

3.4 打桩操作工艺

1）桩机安装。安装必须按有关程序或说明书进行。

2）桩机就位。打桩机就位时，应对准桩位，垂直稳定，使桩架（或导杆）处于铅垂状态，并在拟打桩的侧面或桩架上设置标尺，并确保在施工中不倾斜、移动。打桩前，应在桩身画出每米刻度线，便于掌握桩的入土深度及沉桩变化情况。插桩前应检查桩身，发现裂缝宽度大于0.25 mm，长度大于250 mm，掉角深度超过10 mm，且局部蜂窝、麻面超过表面积的0.5%等情况，均应报告有关人员处理，未经处理，不得使用。

3）起吊混凝土板桩。先栓好吊混凝土板桩的钢丝绳及索具，然后应用索具捆住桩上端吊环附近处，一般为50 cm，再起动机器吊桩，使桩尖对准桩位中心，将桩帽徐徐松下套在桩顶，解除吊钩，检查并使千斤顶、桩帽及方桩三者处于同一纵轴线上，且垂直缓缓放下插入土中，位置要准确；插桩必须正直，垂直度偏差不得超过0.5%，再在桩顶扣好桩帽，即可卸去索具。桩帽与桩周边应留5～10 mm间隙，锤与桩帽、桩帽与桩顶之间应有相应的弹性衬垫，一般采用麻袋、纸皮或木砧等衬垫材料，打缩后的厚度以120～150 mm为宜，在打桩过程中，应经常检查，及时更换。

4）稳桩。桩尖插入桩位后，先用较小的落距冷锤1～2 次，桩入土一定深度，再使桩垂直稳定。在2 台经纬仪的校核下，使插桩保持垂直，无异常即可打桩。桩插入时垂直度偏差不得超过0.5%。桩在入土前，应在桩架或桩身上设置尺寸标记，以便的施工中观测、记录[5]。

5）打桩。打桩顺序根据基础的设计标高，先深后浅；依桩的规格宜先大后小、先长后短。由于桩的密集程度不同，由一侧向单一方向进行。在桩尖垂直对准桩位中心时，同时利用垂直的2 个方向用经纬仪检查垂直度。桩尖插入桩位后，先用较小的落距试锥1～2 击，桩入30～50 cm后，应调准桩锤、桩垫及打桩的导杆，使之与打入方向成一线，桩在打入前，应在桩的侧面或桩架上设置标尺，以便在施工中观测记录。正式施打时，开始落距小，在确认桩的中心位置及角度无误后方可提高到规定的高度施打，用柴油锤打桩时，应使锤跳动正常。送桩前用水准仪确定地面标高，在送桩杆上做记号，送桩过程中进行跟踪动态检查送桩深度，送桩器下端设置桩垫，桩垫厚度均匀并与桩顶全断面接触。当板桩桩尖达到设计标高时，终止锤入。打桩过程中注意桩身是否发生位移或倾斜，若有不正常，应及时纠正，并同时做好打桩记录。

6）施工记录。做好打桩原始记录，认真记录每根桩迄止时间、锤击数、贯入度、桩尾偏移及桩的标高与设计标高差值等。遇到异常情况，在备注中详细说明。

7）打桩过程中，遇见下列情况时，应暂停施工，并及时与有关单位研究处理：

（1）贯入度剧变；

（2）桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹；

（3）桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎、断裂；

（4）桩到一定深度后打不下去，或桩锤和桩尖突然回弹。

造成上述现象原因很多，可能是桩尖穿过硬土层进入软弱土层或桩已被打断，桩尖碰到孤石或已打到硬土层。这时应减小桩锤落距，慢慢往下打，待桩尖穿过障碍之后再加落距，总之必须及时会同有关单位共同研究、处理，并应对照地质资料进行检查，采取可行、有效地实施方案后方可继续施工。

8）检查验收。每根桩打到贯入度要求，桩尖标高进入持力层，接近设计标高时，或打至设计标高时，应进行中间验收。在控制时，一般要求最后3 次10 锤的平均贯入度不大于规定的数值，或以桩尖打至设计标高来控制，符合设计要求后，填好施工记录。如发现桩位与要求相差较大时，应会同有关单位研究处理。然后移桩机到新桩位。待全部桩打完后，开挖至设计标高，做最后检查验收。

3.5 成品保护

1）桩在起吊和搬运时，必须做到吊点符合设计要求，应平稳并不得损坏。

2）桩的堆放应符合下列要求：

（1）场地应平整、坚实，不得产生不均匀下沉；

（2）垫木与吊点的位置应相同，并应保持在同一平面内；

（3）同桩号的桩应堆放在一起，而桩尖应向一端；

（4）多层垫木应上下对齐，最下层的垫木应适当加宽，堆放层数一般不宜超过4 层。

3）妥善保护好桩基的轴线和标高控制桩。不得由于碰撞和振动而位移。

4）打桩时如发现地质资料与提供的数据不符时，应停止施工，并与有关单位共同研究处理。

5）在邻近有建筑物或岸边、斜坡上打桩时，应会同有关单位采取有效的加固措施。施工时应随时进行观测，确保避免因打桩振动而发生安全事故。

6）打桩完毕进行基坑开挖时，应制定合理的施工顺序和技术措施，防止桩的位移和倾斜。

4 挡土墙施工

挡土墙分阶段施工，先施工一阶段，并打设一阶段的钢板桩，挖土后钢板桩内侧用H型钢围檩及支撑。

一阶段施工时再分段施工，即先施工1、3段落，再施工2、4段落，每个段落长度控制在10～15 m之间。待一阶段施工结束后，拔除一阶段钢板桩，施打二阶段钢板桩并施工新建驳岸，依次类推进行施工。

挡土墙施工东西两幅分幅施工，先施工西侧挡土墙，待西侧悬臂式挡土墙施工完成后，再开挖施工板桩内侧的围檩及地梁。西侧挡土墙因墙体为混凝土，开挖较深，因此需采取钢板桩围堰措施施工，东侧挡墙因墙身为板桩，压顶开挖深度浅，因此外侧采取放坡施工工艺。

4.1 西侧挡土墙钢板桩围护

因西侧新建挡土墙挖深在6.08～8.56 m之间，属于深基坑施工。结合现场实际情况，采取长6 m普通钢板桩围护，围护时，两侧上口适当放坡，左侧钢板桩在基础面上3 m位置开始打设，右侧打设在有湿喷桩的外沿口，顶面和PTC管桩齐平，具体如下：

1）景王桥东南侧桥头至MK6+450段。该段西侧老驳岸外3 m处有一根φ500 mm的自来水管道及信息等综合管道，并且西侧老驳岸外4 m处为新建人非混合车道，西侧新建挡墙高度在6.08～8.56 m之间，按1∶1.5放坡后宽度为在9～13 m之间，如放坡施工，将对自来水管道及人非车道进行破坏，因此不具备放坡条件，需打设钢板桩施工。在西侧新建挡墙施工前，在新建挡墙基础两侧20 cm外各打设一排长6 m普通钢板桩，中间间距4 m用型钢进行支撑。钢板桩施工断面布置如图3所示。

图3 西侧河道挡土墙施工断面示意

2）M6+450～M6+710段。该段西侧挡墙施工时，因西侧老驳岸外3 m处有一根φ500 mm的自来水管道及信息等综合管道，并且西侧老驳岸外4 m处为新建人非混合道，西侧新建挡墙高度在6.08～8.56 m之间，按1∶1.5放坡后施工，将对自来水管道及人非混合道进行破坏，因此也不具备放坡条件，需打设钢板桩施工。

在西侧新建挡墙施工前，在新建挡墙基础两侧20 cm外各打设一排长6 m普通钢板桩，中间间距4 m用型钢进行支撑。

4.2 挡土墙施工工艺

4.2.1 施工测量准备

1）测量控制原则。认真对业主提供的测量数据进行复测，若在复测中发现有超出容许范围的误差，重新进行复测，直至无误为止。利用业主所提供的控制点和资料，在现况路面进行控制适当加密，在没有控制点的施工区，新做测量控制网，其所作测量控制网点的原则与加密点原则相同，均应满足设计要求[6]。

2）控制点检测与横断面复核。开工前，对平面、高程控制网点进行复测验线。利用全站仪对导线点进行检测，配合自动安平水准仪及双面尺进行测量，将检测结果及时上报监理工程师审批。

3）挡土墙施工测量。测量人员应严格按照道路、桥梁施工中线、高程点控制挡墙的平面位置和纵断高程。

4.2.2 挡土墙施工方法

1）开槽。沟槽开挖前详细调查现况管线位置，物探人员测定管线高程并现场挖探坑，对现有管线做明显标记，开槽时遇有管线处必须人工开挖，施工中，遇到不明管线，及时妥善保护，并通知有关部门处理。开挖采用挖掘机，挖出的土方及时外运，在挖至底部时，在顶部下1 m处用H型钢围檩并支撑。当挖至距槽底标高20 cm时用人工清底，不得超挖，严禁扰动槽底原状土。

2）基础处理。设计基础尺寸与基础处理厚度均与地基承载力有关，基础处理的材料采用厚50 cm碎石垫层，碎石垫层应分层摊铺平整夯实。

3）模板安装。挡墙模板采用组合模板和九夹板，根据挡墙基础上控制线进行立模，模板与模板拼缝处采用双面胶带纸防止接缝漏浆，底部用厚2～3 cm水泥砂浆找平；模板采用φ48 mm钢管作竖横楞，双向间距500 mm，并设对拉螺杆，螺杆外套塑料套管，模板上口以钢管固定位置，外侧设斜撑、抛撑固定；模板安装好后，进行模板内杂物清理和堵渗漏工作，再组织相关人员对模板的几何尺寸、拼缝、稳定性、支撑、螺杆间距等进行自检，经自检合格后，报监理复查，经监理验收合格后方可进入下道工序施工。

4）浇筑挡墙混凝土。混凝土配比必须符合设计强度要求；混凝土要振捣密实，墙身位置更应加强加细振捣，以防漏筋和出现蜂窝麻面；预埋件按设计位置钢筋焊接，以免振捣混凝土时发生变形和位移。

5）其他附属工程施工。挡土墙每10～15 m，设置1 条沉降缝，沉降缝用2 层油毛毡3 层热沥青胶合，缝宽约2 cm；挡土墙泄水孔间距为2～3 m，在泄水孔的墙背入口处附近填30 cm碎石，外面加以土工织物覆盖，以免淤塞。泄水口出口应高于路面或地面20 cm，保证出口畅通。在挡土墙顶预留钢筋与混凝土护栏连接，在要安装栏杆的地方需预埋钢管。