何華軍，陳千富，傅理文，路漫漫

（1.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；2.瑞安市水利工程建設(shè)中心，浙江 瑞安 325200；3.杭州市交通運輸局，浙江 杭州 310005；4.杭州市交通運輸行政執(zhí)法隊，浙江 杭州 310005）

1 問題的提出

近年來，浙江省大力開展沿海平原防洪排澇工程，位于城區(qū)的大、中型排澇泵站及水閘不斷增多，基坑開挖深度和面積隨之增加。受場地周邊基礎(chǔ)設(shè)施等鄰近建筑物影響，部分城區(qū)的水工建筑物無法沿用常規(guī)無支護開挖的設(shè)計及施工經(jīng)驗，基坑設(shè)計、施工難度及建設(shè)成本大幅增加。尤其部分沿海鄰近堤防的閘泵出口建筑物施工，不僅需要考慮周邊環(huán)境（道路管線、民房設(shè)施、堤防構(gòu)筑物等）、場地條件（地質(zhì)、水文）等常規(guī)因素對基坑設(shè)計的影響[1]，還需考慮潮位、汛期等因素影響，設(shè)計、施工難度劇增。故在臨江復雜條件下的排澇工程建設(shè)中，閘泵關(guān)鍵部位合適的設(shè)計、施工方案對于安全、經(jīng)濟、高效地開展工程建設(shè)有著重要意義。

常規(guī)水工建筑物圍堰施工條件（周圍環(huán)境、地質(zhì)條件）尚可[2]，且供參考的實例應(yīng)用較多；部分臨江建筑物施工[3-4]，非依水而建，具備基坑支護干地施工條件，無需考慮度汛要求（防汛、防臺、洪潮等直接影響）；橋墩圍堰[5]四面環(huán)水，施工圍堰與周邊現(xiàn)有建筑物銜接干擾相對較少，其對水工建筑物施工的借鑒性較為局限。

本文以緊鄰飛云江防洪墻的某沿江閘泵排水箱涵施工方案為例，結(jié)合工程布置及場地條件，考慮工程度汛要求，分析施工條件，提出箱涵結(jié)構(gòu)優(yōu)化分段、施工時段合理選擇、利用相鄰既有結(jié)構(gòu)作為基坑圍護的施工方案，工程施工順利。

2 工程概況

2.1 工程簡介

工程位于溫州瑞安市城區(qū)，由閘泵主體、交通橋、出水池、出水箱涵等組成。閘泵出水經(jīng)由出水池，通過箱涵穿越濱江大道和防洪堤排入飛云江；排水箱涵段總長29.00 m，總寬18.20 m，結(jié)構(gòu)頂高程4.88 m，墊層底高程-0.90 m（建基面）。閘泵出水箱涵平面及周邊環(huán)境見圖1。

圖1 工程平面及周邊環(huán)境圖

箱涵出口所至的現(xiàn)狀外江框架堤背水側(cè)防洪墻為扶壁式鋼筋混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，墻頂高程4.70 m，底板頂高程0.80 m，底板厚0.80 m，墻前拋石回填，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 外江框架堤防洪墻剖面圖

2.2 地質(zhì)條件

建設(shè)場地位于深厚軟土地基，按土的沉積年代、成因類型及物理力學特性，自上而下共劃分為9 個主要土層，各土層物理力學性質(zhì)指標見表1。場地土層滲透性弱，地下水水位2.80～3.42 m。根據(jù)鄰近場地的瑞安市水文站資料，設(shè)計高潮位5.31 m，平均高潮位2.61 m，汛期5 a 一遇水位4.50 m，非汛期5 a 一遇水位3.91 m，設(shè)計平均低潮位-1.72 m。

表1 場地土層分布及物理力學參數(shù)表

3 工程特點及難點分析

3.1 施工空間狹小

閘泵出口箱涵段依江而建，與既有防洪墻（飛云江側(cè)）相貼，施工場地局促，箱涵布置及基坑圍護施工難度極大。根據(jù)現(xiàn)場查勘，外江側(cè)框架堤與防汛墻之間的頂蓋板難以打開，外江圍堰及防滲設(shè)施無法布置，故基坑支護需結(jié)合圍堰設(shè)計要求綜合考慮。此外，箱涵主體結(jié)構(gòu)受防汛墻底板及其樁基礎(chǔ)等影響，結(jié)構(gòu)布置障礙多、難度大。箱涵的設(shè)計、施工應(yīng)充分考慮防洪墻現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)與新建箱涵及開挖基坑之間的相互影響。

3.2 建設(shè)約束條件多

基坑施工為臨時工程，資金投入有限，建設(shè)進度要求高。箱涵基坑及主體結(jié)構(gòu)方案需綜合考慮制約因素影響，在滿足結(jié)構(gòu)安全、功能完整的條件下，盡可能從經(jīng)濟合理的角度去探究優(yōu)化。

3.3 周圍環(huán)境復雜、地形地質(zhì)不確定因素多

閘泵出口箱涵建設(shè)區(qū)域較長、穿越沿江主干道，交通斷流對社會影響大；歷史防洪堤和沿江道路下可能存在拋填塊石，河岸灘涂不斷沖淤變化，工程建設(shè)不確定因素多，設(shè)計、施工難度增加。

4 箱涵設(shè)計、施工方案對策優(yōu)化

設(shè)計方案直接影響施工質(zhì)量、工程造價及工程進度；根據(jù)箱涵施工的建設(shè)條件，優(yōu)化設(shè)計方案，保障施工質(zhì)量的同時盡量控制施工成本，實現(xiàn)效益最大化。方案對策總體思路如下：

一是方案設(shè)計施工前全面調(diào)查放樣，施工期密切監(jiān)測關(guān)鍵部位特征參數(shù)，減少外界不確定因素影響（水文、地質(zhì)、天氣、相鄰構(gòu)筑物等），增加設(shè)計可靠度，使工程得以順利實施。二是按照“設(shè)計、施工一體化”的原則，優(yōu)化箱涵結(jié)構(gòu)及基坑圍護設(shè)計方案，避免過大的結(jié)構(gòu)安全儲備，提高施工材料、設(shè)備的重復利用。三是合理安排箱涵施工時序，將對道路交通及相鄰防洪堤的影響減小到最低程度，同時也降低外江潮汛對基坑施工的安全風險。

4.1 箱涵主體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案優(yōu)化

4.1.1 分段設(shè)計

閘泵下游連接段包含出水池、排水箱涵，箱涵順水流向與規(guī)劃濱江大道基本同寬，原箱涵設(shè)計自內(nèi)河向外江分為3 段（8.0 m、11.0 m、10.0 m）?？紤]原箱涵設(shè)計出口段較長，其基坑開挖和主體施工工期相應(yīng)較長，且該段箱涵直接受相鄰框架堤銜接影響，布置受限；同時考慮外江潮汛、圍堰施工及基坑支護條件較差，工期加長容易增加安全風險。因而，根據(jù)箱涵總體長度，結(jié)合箱涵不同區(qū)段荷載特點、水力流態(tài)、防洪墻銜接段現(xiàn)狀條件，對箱涵分段設(shè)計施工方案分析如下。

4.1.1.1 外荷條件

箱涵外載主要包含自重及交通荷載。本工程排水箱涵頂部分別對應(yīng)空置場地、市政道路、人行道及景觀綠化，各段結(jié)構(gòu)盡可能布置于相同外載對應(yīng)部位，減少荷載差異對同一結(jié)構(gòu)段受力的影響。

4.1.1.2 水流流態(tài)

根據(jù)不同外江水位條件下的閘泵排水工況，箱涵內(nèi)部呈現(xiàn)無壓流（外江水位低于箱涵內(nèi)部頂高程）或淹沒壓力流（外江水位高于箱涵內(nèi)部頂高程）；在閘、泵運行工況下，排澇水流自出水池匯集至排水箱涵，其內(nèi)部水力流態(tài)基本平順，內(nèi)水壓力沿程變化不大，其對結(jié)構(gòu)分段影響較小?？紤]箱涵各孔均勻泄流，可在閘泵出水池中增設(shè)導流隔墩（也可增設(shè)整流裝置），使得閘泵出水水流過渡平順。

4.1.1.3 相鄰結(jié)構(gòu)銜接及基礎(chǔ)優(yōu)化

出口箱涵段布置長度需考慮新建箱涵段樁基與既有防洪墻基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)性，以及上部結(jié)構(gòu)劃分段落對基礎(chǔ)設(shè)計的影響，具體見4.1.3 小節(jié)。

此外，相近條件下的結(jié)構(gòu)分縫不宜過多，且長度盡可能均勻劃分，以減少箱涵不均勻沉降及滲漏接頭的潛在風險。綜合箱涵各區(qū)段特點，確定將箱涵分為4 段（由內(nèi)河至外江依次劃分為7.90 m+10.0 m+6.05 m+5.30 m，見圖3）。

圖3 閘泵排水箱涵剖面圖 單位：cm

4.1.2 孔徑優(yōu)化

根據(jù)閘、泵設(shè)計排澇流量及運行工況確定排水箱涵總凈寬14.20 m，結(jié)合閘泵布置及工程規(guī)模，原設(shè)計箱涵孔徑凈寬為4.50 m+4.85 m+4.85 m（依次對應(yīng)泵站出口和雙孔水閘閘孔）。依據(jù)現(xiàn)場框架堤墩柱測量定位，原設(shè)計箱涵布置孔徑正對框架堤墩柱，考慮避開水流對框架堤墩柱的直接沖刷，減小閘泵出水對現(xiàn)狀框架堤的影響，設(shè)計根據(jù)框架防洪堤墩柱間距布置排水箱涵孔徑，使空箱中墩與現(xiàn)狀框架堤墩柱銜接，排水箱涵孔徑優(yōu)化布置凈寬為3.50 m+4.25 m+3.45 m+3.00 m。

4.1.3 基礎(chǔ)優(yōu)化

考慮箱涵出口段（4 號箱涵）布置于現(xiàn)狀防洪墻樁基礎(chǔ)部位，作為既有地下障礙結(jié)構(gòu)，不利于新建結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工；且該區(qū)段對應(yīng)人行道，樁基所受箱涵結(jié)構(gòu)附加荷載較原址防洪墻墻背填土荷載略有減少。經(jīng)復核，直接利用現(xiàn)有防洪墻樁基作為4 號箱涵結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，并將4 號箱涵與3 號箱涵采用植筋錨固，剛性連接，減少4 號箱涵結(jié)構(gòu)對現(xiàn)狀下部樁基的偏心影響，提高整體結(jié)構(gòu)的安全度（見圖4）。

圖4 4號箱涵施工支護剖面圖 單位：cm

4.2 箱涵施工時序及支護方案

4.2.1 施工時間選擇

浙江省每年4 月15 日至10 月15 日為汛期，汛期受梅雨、臺風影響，降雨量較大，容易引起基坑邊坡地下水位變化，給基坑施工安全造成威脅；考慮排水箱涵出口段基坑臨路臨江，基坑支護施工條件不佳，施工支護需結(jié)合圍堰設(shè)計要求綜合考慮。故結(jié)合工程總體施工組織，1～4 號箱涵整體施工段利用非汛期；其中，出口段4 號箱涵安排在枯水期（12 月—次年2 月），同時結(jié)合潮水預報擇期組織施工，以降低基坑開挖、施工作業(yè)的風險。

根據(jù)天文潮位，大潮為農(nóng)歷初一、十五，小潮為初八、廿三；依據(jù)瑞安市潮位站在箱涵施工期間的觀測資料，大潮、小潮高潮時間約為9 h，大潮、小潮低潮時間約為18 h；每日潮位滯后時間約為1 h；漲潮歷時約6 h，落潮歷時約6 h。故出口段4 號箱涵基坑開挖、底板澆筑等相對不利的工序，盡可能利用小潮期（初五至十二；廿十至廿七），每日施工時間選擇06 點至18 點（結(jié)合考慮后文所述本工程支護圍堰工作條件），以策安全。圖5 為箱涵施工期間某工作日的潮位過程圖。

圖5 典型潮位歷時趨勢圖（瑞安站）

4.2.2 施工工序安排

1 號箱涵與出水池相連，2 號、3 號箱涵穿越沿江道路，4 號箱涵與外江側(cè)防洪堤相接。結(jié)合箱涵所在場地條件劃分施工段落：Ⅰ期施工1 號箱涵與出水池，保持道路通行，同時為后續(xù)道路施工中涉及的綜合管線銜接預留結(jié)構(gòu)廊道；Ⅱ期施工2號、3 號箱涵，交通分流至沿江西路及1 號箱涵所在場地；Ⅲ期施工4 號箱涵。分期施工可減少箱涵施工對周圍環(huán)境的影響。

4.2.3 施工支護方案

1 號箱涵位于濱江大道臨路側(cè)，1 號箱涵與相鄰出水池合并一期，整體支護施工；2 號、3 號埋地箱涵穿越濱江大道，考慮路基下部可能存在回填拋石，采用表層放坡開挖與常規(guī)鋼板樁支護的組合形式進行支護。

4 號箱涵緊鄰飛云江，該節(jié)箱涵的基坑支護、圍堰安全是施工安全的核心要素。根據(jù)現(xiàn)場條件，4 號箱涵基坑施工機械進出困難，支護樁施工極為不易。綜合考慮施工進度、工程造價等建設(shè)控制要求，設(shè)計采用永臨結(jié)合方案：箱涵兩側(cè)采用素混凝土重力式擋土墻作為基坑支護，兼做箱涵邊墩。

同時，利用現(xiàn)狀防洪墻作為4 號箱涵臨江側(cè)基坑支護兼做擋水圍堰。考慮防洪墻底板部分拆除，原樁基作為基坑支護（防洪墻）底部的約束效果削弱，且防洪墻外江側(cè)存在土體淤積、潮水漲落等不利因素影響，故防洪墻與已建3 號箱涵之間采用2 道型鋼支撐支護，增加防洪墻（臨時支護）的穩(wěn)定性、安全性，作為應(yīng)對可能出現(xiàn)超標準洪水等不利條件下的施工措施。同時，為避免支撐拆除引發(fā)施工安全事故，型鋼支撐保留整體澆入箱涵隔墩內(nèi)部。

此外，加強施工期安全巡視和監(jiān)測措施，為工程安全、順利施工打下良好基礎(chǔ)。

各節(jié)箱涵施工時序及支護方案布置見表2。

表2 閘泵排水箱涵施工方案匯總表

5 實施效果

5.1 結(jié)構(gòu)方案可行

箱涵結(jié)合既有結(jié)構(gòu)改造方案（即箱涵單體間植筋錨固連接、箱涵主體嵌錨原結(jié)構(gòu)樁基的優(yōu)化設(shè)計）可行；箱涵主體各段結(jié)構(gòu)有序施工，通過驗收。重力式擋墻、現(xiàn)狀防洪墻作為箱涵施工的基坑支護及支撐結(jié)構(gòu)，滿足基坑穩(wěn)定、變形控制要求；結(jié)合防洪墻局部墻體填補加固，實現(xiàn)圍堰擋水，出口段箱涵施工順利。根據(jù)施工期監(jiān)測數(shù)據(jù)（2 號、3 號箱涵施工），各測點均未出現(xiàn)異常，基坑地表累計沉降量為2～5 mm，支撐軸力約為68 kN，均小于設(shè)計值?？紤]箱涵施工方案需應(yīng)對可能極端不利工況，故適當提高設(shè)計安全度，可在一定程度上降低施工風險，減輕安全生產(chǎn)管理壓力。

5.2 施工進度提前

箱涵單體各期施工較原方案計劃工期有所提前：鋼板樁、鋼管樁、鋼支撐的應(yīng)用節(jié)省了鋼筋、模板的加工時間，同時也節(jié)省了混凝土支撐構(gòu)件的澆筑、養(yǎng)護、拆除時間；通過分段施工，利用相鄰施工區(qū)段的支護結(jié)構(gòu)，避免拆樁打樁，節(jié)省工序；同時，直接利用現(xiàn)狀防洪墻作為基坑圍堰，減小外江圍堰施工難度，且無需候潮，提高箱涵的施工效率。

箱涵整體實施順利。通過箱涵優(yōu)化分段、與現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)及主體結(jié)構(gòu)結(jié)合設(shè)計（即箱涵側(cè)壁兼做支護結(jié)構(gòu)、現(xiàn)狀防洪墻作為臨時圍堰擋水）后的施工時間可較原設(shè)計方案計劃工期縮短31 d。表3 為箱涵施工方案對比表。

表3 箱涵基坑方案工期數(shù)據(jù)表 d

5.3 節(jié)能效果良好

永臨結(jié)合（箱涵重力式擋土墻側(cè)壁作為基坑支護及外江側(cè)圍堰支撐結(jié)構(gòu)）、結(jié)合既有建筑物（防洪墻現(xiàn)狀樁基）作為箱涵基礎(chǔ)的施工對策，減少混凝土、鋼筋、土方圍堰等建筑材料的消耗，節(jié)省相應(yīng)部位工程投資約20%，有益于節(jié)能環(huán)保。

6 結(jié) 論

（1）臨江復雜條件下的建筑物施工歷時長、影響范圍廣，設(shè)計施工前應(yīng)充分收集現(xiàn)場資料（相鄰建筑物、管線）、分析場地和環(huán)境條件（氣象、水文、地質(zhì)、交通），與建設(shè)各方積極溝通、密切合作，有助于解決技術(shù)可靠性與施工可行性之間的銜接問題、落實設(shè)計施工方案，創(chuàng)造良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

（2）臨江穿路的建筑物施工應(yīng)結(jié)合不同施工部位結(jié)構(gòu)特點、外部環(huán)境、度汛條件，適當減小基坑規(guī)模，分期分段施工，由此緩解施工作業(yè)對環(huán)境的影響，同時，也可降低設(shè)計施工難度，有益于安全生產(chǎn)管控。此外，箱涵施工可結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)條件，通過結(jié)構(gòu)裝配（箱涵底板、墩墻、頂板優(yōu)化連接）、合理安排施工順序，控制建設(shè)成本、加快工程進度。

（3）緊鄰既有建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計施工過程中，合理地利用、改造相鄰既有構(gòu)筑物（適當提高整體結(jié)構(gòu)設(shè)計富余量，作為施工期和運行期不確定因素及不利工況條件下既有結(jié)構(gòu)功能折減下的安全儲備），發(fā)揮既有結(jié)構(gòu)的功能特點（如基礎(chǔ)承載、擋水防浪、支護支撐等），減少施工對周圍環(huán)境的影響，避免出現(xiàn)因作業(yè)條件困難影響施工質(zhì)量、減弱設(shè)計效果的可能。

（4）先后施工的銜接部位、與既有結(jié)構(gòu)連接部位設(shè)計過程中，新舊結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點是工程結(jié)構(gòu)的核心受力部位，通常也是維持功能連續(xù)的關(guān)節(jié)；故完整可靠的連接節(jié)點設(shè)計是發(fā)揮結(jié)構(gòu)功能的關(guān)鍵，應(yīng)予以重視。

（5）永臨結(jié)合（施工期、運行期的結(jié)構(gòu)兩用）是加快施工進度、節(jié)省投資、實現(xiàn)綠色環(huán)保施工的有效途徑。因地制宜選擇合適的基坑支護型式兼顧水工建筑物利用（常用的包含雙排樁、成品鋼筋混凝土板樁、重力式擋墻）是結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的研究重點。