张 慧

(中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 510000)

河道在防洪、排涝等方面发挥着巨大的作用，随着社会经济的高速发展和人口的不断增加，河道的防洪、排涝标准随之提高，为了保证河道防洪、排涝安全，适应社会发展对河道提出的高标准、高要求，对河道进行综合治理尤为重要。考虑到不同地区的经济发展水平存在较大差异，治理过程中需要充分考虑治理措施的经济性[1]，河道综合治理中，最基础、最重要、投资占比最大的往往是河道堤岸结构设计。其中软土地区地质条件复杂，对河道堤岸支护设计进行研究探讨，选择安全、经济的支护方案，可以为类似的工程提供参考借鉴，具有现实意义。

1 工程概况

某工程位于深圳市西部，河道设计防洪标准为100年，设计防潮标准为200年，河道出口位于珠江口。设计河底高程-1.5m，设计堤顶高程6.5m，河道宽40m，长1.2km，堤防工程等级为1级，现状地面高程约3.0m。河道两岸用地空间有限，河道断面设计为直立式，需要对河道堤岸进行支护设计。

2 地质条件

区域地层从上至下主要有素填土、淤泥、粉质黏土、残积土、强风化岩，其中设计河底基本位于淤泥层中，淤泥主要呈流塑状，含水率较高，具有高压缩性，淤泥层厚度8～11m。区域土层的主要物理力学参数见表1。

表1 主要土层的物理力学参数表

3 支护方案设计

由于工程施工工期紧张，不考虑对淤泥采用真空或堆载预压的处理方式。河道最大深度为8m，支护深度较大，且支护结构为永久性结构，双排桩支护具有施工影响小、占地少、施工快等优点[2]，结合地质条件，初步拟定河道堤岸支护方案采用以双排灌注桩为主的支护方案，支护结构安全等级为1级。设计灌注桩直径1m，前排桩间距1.3m，后排桩间距2.6m，前后排桩排距3.5m，冠梁和连梁尺寸均取值为1m×1m。

根据规范[3]，支护结构抗滑稳定系数不得小于1.35，抗倾覆稳定安全系数不得小于1.25，桩顶的最大水平位移不得大于24mm。根据规范[4]，堤顶沉降不宜超过240mm。

双排灌注桩，冠梁刚度对桩顶位移影响较大，其值与支护长度、桩顶荷载及地层变化有关[5]，本工程中冠梁刚度取值为5MN/m，基坑外侧严禁堆放荷载和行走重型车辆，计算时，堤顶外的施工荷载按10kPa考虑。

结合工程特点初步拟定了双排桩、双排桩+被动区加固、双排桩+被动区加固+内支撑+桩顶挡墙3种支护方案，采用理正深基坑计算软件对不同支护方案的稳定性进行计算。

3.1 方案一：双排桩

表2给出了不同桩长时双排桩支护结构的稳定系数及桩顶位移。

表2 双排桩支护不同桩长支护结构的稳定系数及桩顶位移

双排桩支护情况下，在桩长达31m时，支护结构的抗倾覆稳定安全系数才能满足规范要求，但桩顶水平位移偏大，水平位移超过50mm，不满足规范要求。考虑加大排桩长度，对支护结构稳定进行试算，结果显示，加大桩长，对减小桩顶位移效果甚微，是因为桩顶位移主要受土层力学特性及基坑深度的影响。

3.2 方案二：双排桩+被动区加固

由于基坑底部主要位于淤泥层，土体抗力小，采用双排灌注桩支护，桩顶水平位移过大，为了减小桩顶水平位移，考虑对基坑底部的被动区进行加固，设计加固被动区的厚度为6.5m，穿透淤泥层。

表3给出了几种不同桩长和被动区宽度下支护结构的稳定性。

结果表明，在被动区相同的情况下，增加桩长，可以增加支护结构的抗倾覆稳定性和整体稳定性，对减少桩顶水平位移和桩顶沉降作用不显著。在桩长相同的情况下，增加被动区宽度，对支护结构的抗倾覆稳定、桩顶位移、桩顶沉降几乎无影响，但随着被动区宽度的增加，支护结构的整体稳定性增加。

若采用双排桩+被动区加固的支护方式，设计桩长25m，被动区宽度4.2m、深度6.5m时，基坑支护的整体稳定系数及抗倾覆稳定系数才可满足规范要求，但桩顶位移仍偏大。

表3 双排桩支护不同被动区宽度支护结构的稳定系数及桩顶位移

3.3 方案三：双排桩+被动区加固+内支撑+桩顶挡墙

由于现状地面高程约3.0m，为了节约工程投资和方便施工，考虑堤岸支护结构使用桩基托梁挡墙结构，即在现状地面以下部分采用双排灌注桩支护，在灌注桩上部采用混凝土挡墙结构。当支护结构使用双排桩+被动区加固时，最小桩长达25m时，支护结构的稳定安全系数才满足规范要求，从节省投资的角度出发，若想在减小桩长的同时保证支护结构的整体稳定，考虑在基坑底部增加内支撑体系。其中内支撑体系由腰梁、联系梁和内支撑梁组成，典型支护设计如图1所示。为了防止内支撑体系沉降变形，在连系梁与内支撑梁的交点处设置DN400预制管桩，桩长23m。内支撑梁采用钢筋混凝土结构，结构尺寸为1m×1m，内支撑梁顶高程为-1.5m，平面间距为7m。

设计施工平台及灌注桩顶高程为3.0m，桩长18.5m，桩顶设冠梁和连梁，为了后期桩顶挡墙施工方便，在冠梁和连梁之间的间隙处设连接板，板厚250mm，钢筋混凝土结构，冠梁、连梁及连接板之间的钢筋相互锚接。桩顶新建悬臂式挡墙。

设计施工工序为施工场地平整——水泥搅拌桩施工——灌注桩及冠、连梁施工——基坑开挖——内支撑体系施工——桩顶挡墙施工——堤后回填。根据施工顺序，主要对两种最不利工况支护体系的稳定进行计算。

工况一：被动区及灌注桩施工完成，基坑开挖至-2.5m，施工内支撑体系前，基坑最大深度为5.5m。对支护结构进行稳定计算，计算得支护结构抗倾覆稳定安全系数为1.63，整体稳定系数为1.80，桩顶最大水平位移16.15mm，最大沉降14mm。满足规范要求。

图1 方案三典型支护断面图

工况二：内支撑体系及桩顶挡墙施工完成、堤后回填完成。此时内支撑体系发挥作用，堤后填土的作用力由挡土墙传导至下部支护桩。基坑最大深度为8m。对支护结构进行稳定计算，计算得支护结构抗倾覆稳定安全系数为1.55，整体稳定系数为1.77，桩顶最大水平位移20.04mm，最大沉降28mm。满足规范要求。

3.4 方案的选择

根据计算，方案一和方案二都不能有效解决桩顶位移超出规范允许值的问题，采用方案三可以将桩顶水平位移控制在规范允许范围内，本工程设计堤岸支护最终选用方案三，即下面采用桩基，上部新建挡墙，又称作桩基托梁挡墙结构。

桩基托梁挡墙是一种挡土墙与桩的组合型式，由托梁或承台相连接，桩基托梁主要用于解决地基承载力较低的问题，通常应用于填方区较厚、覆盖土层稳定性较差、基岩埋藏又较深的情况，在铁路、公路行业应用较多，在水利行业应用相对较少[6- 7]。本工程结合场地周边环境及区域地质等实际情况，对河道堤岸采用桩基托梁挡墙进行支护，在保证堤岸稳定的前提下，可以有效减少灌注桩的工程量，减少工程投资，此外，在桩顶新建挡墙，下部的排桩既可作为河道堤岸的支挡结构又可作为上部挡墙的基础桩，很好地解决了软土地区新建挡墙时花费大量的工程投资进行地基处理的问题。在河道整治工程中，特别是河深较大的河道，可考虑采用桩基托梁挡墙结构进行堤岸支护。

3.5 水泥搅拌桩施工讨论

在软土地区，水泥搅拌桩常被用于被动区加固和基坑止水。为了保证工程施工质量，施工现场对水泥搅拌桩分别采用12%、15%、18%、20%四种不同的水泥掺量进行了试桩实验。对28d龄期的水泥搅拌桩进行钻孔抽芯检测，水泥搅拌桩抽芯检测照片如图2所示(其中水泥掺量为12%和15%的搅拌桩在28d龄期时无法抽芯取样，图中为养护35d后的取样结果)。抽芯取样结果表明，水泥掺量为12%和15%时成桩效果较差，芯样较为分散、破碎，难以抽芯。水泥掺量达到18%时，芯样取出时有部分成型，但均匀性不好。水泥掺量为20%时，成桩效果明显增强，桩体完整性明显提高，各地层均能保持芯样完整。根据试桩结果，工程最终确定水泥掺量为20%。

图2 不同水泥掺量搅拌桩钻芯取样图

厉见芬等[8]指出，对含水量较高的软土区搅拌桩施工，干法施工效果要优于湿法施工，因为干法施工喷粉可以吸收软土中较多的水分，有利于加固土体和桩身强度的提高，而湿法施工会通过浆液带入水分进入软土中，对软土加固不利。本工程试桩过程中，采用的是湿法施工，淤泥层本身含水量高，且施工过程中水泥浆液带入部分水分进水土层，不利于土体的固结，导致在水泥掺量较小时需要的养护时间更长且成桩效果差。含水量较高的软弱淤泥层，水泥搅拌桩施工应优先采用干法施工。

4 结语

桩基托梁挡墙作为一种新型的支护结构，已经广泛应用于铁路、公路等市政工程，在水利工程中的应用较少，本文结合某河道工程实例，研究了桩基托梁挡墙在河道堤岸支护中应用的可行性，结果表明，桩基托梁挡墙在提高结构稳定性、控制桩顶位移方面具有优越性，可以考虑用于河道堤岸支护。

对于桩基托梁挡墙在软土地区河道中的受力机理和变形特性本文未及研究，后续可以对桩基托梁挡墙结构的受力和变形特性进行研究，为桩基托梁挡墙在河道堤岸支护中的应用提供理论支撑。