钻孔灌注桩在城市河道整治工程的应用研究

吴荣清

摘 要对钻孔灌注桩的基本概念进行了介绍，在前人研究成果的基础上，通过建立有限元模型，并结合河道工程实例详细介绍了利用钻孔灌注桩的设计过程，并对其效果进行了分析，解决了河道整治过程中对合流污水箱涵的影响问题。

关键词河道整治;钻孔灌注桩;有限元模型

随着城市的发展，人们对河道的防洪、排涝、排污以及环境治理等要求的提高，城市地区的河道整治工程不断开展，这种河道开挖建设过程中不可避免地会碰到其他建筑物，比如各种地下管道（线）、箱涵、隧道等[1]。河道整治工程中护岸桩基一般采用预制桩，这种锤击沉桩的施工方法对现有地下的箱（管）涵、地铁隧道等建筑物产生不良影响。为了降低这种影响，引进一种已趋于稳定、成熟的灌注桩技术，这种桩基础结构本身存在着无振动、无挤土、无噪音的施工优势，已广泛地应用在各类工程项目中[2]。本文结合工程实例详细介绍灌注桩在上海某河道整治工程中的应用，并利用有限元软件计算分析其效果，结果可为其他类似工程提供参考。

1 钻孔灌注桩简介

二十世纪六十年代，灌注桩技术引入我国，随着时间的推移，该技术已经在现代化建设的各个领域得到普及[2]。据统计，钻孔灌注桩已在各类工程建设中都得到比较广泛的应用。如：杨占山[1]等介绍钻孔灌注桩在水利工程中的应用现状;吴睿[4]等介绍了悬臂灌注桩在张家塘泵闸工程中的应用;汪艳涛[5]在水利施工中分析了钻孔灌注桩技术应用及质量控制等。

一般灌注桩主要是指通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中钻挖一个圆筒形的孔洞，然后在孔洞中放置钢筋笼，灌入混凝土而制成的桩。依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类，钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型[2]。

2 钻孔灌注桩在河道整治工程中的应用

2.1 工程概况

本工程位于上海浦东新区唐镇1号动迁基地地块内，项目范围为华东路—龙东大道—顾家浜—东横港合围区域。工程范围内有一段约630m长的合流污水箱涵位于龙东大道与王家浜河道之间。本工程新开挖河道王家浜位于龙东大道北侧，华东路东侧，其中有长约400m的王家浜河道蓝线（南侧）位于污水箱涵20m保护范围内，此段河道蓝线距合流污水箱涵外边线最窄处仅3.7m。此段河道现状已经开挖，开挖长度约210m，现状为土坡，口宽为16～23m。现状地面标高为4.0～5.0m，河道桩基工程及土方开挖卸载施工可能对合流污水箱涵产生一定的影响。

2.2 保护方案设计

根据上海市相关管理条例、管理办法及技术标准要求，在污水输送干线管道、直径八百毫米以上的排水管道或者雨水、污水泵站外侧二十米内进行打桩施工的，在合流污水管道中心线两侧各50米以内进行打桩施工，应当事先提供桩基设计、打桩工艺程序及控制打桩土体位移措施的有关方案;在保护和控制范围内进行工程建设，必须严格控制附加变形量，渠道伸缩缝两侧结构的差异沉降≤5mm;在控制范围内，桩基不得采用实心挤土桩[6-8]。

综上所述，为了减小开挖王家浜造成对合流污水箱涵的影响，通过优化设计河口线、护岸桩基类型、护岸结构型式等方法来降低影响。本次王家浜河道整治工程大多数河段对合流污水二期（中线）箱涵无影响，局部河段位于箱涵20m保护区域。具体设计方案简述如下。

根据地勘报告，桩号王S S0+000.0～王S S0+058.4范围内采用钢筋砼挂板挡墙+灌注桩，调整南侧设计河口线距箱涵外边线的距离，调整后设计河口线与箱涵外边线相距4.6～11.4m;桩号王S S0+058.4～王S S0+406.2范围内采用浆切块石挡墙+灌注桩，设计河口线按照河道蓝线设计，设计河口线与箱涵外边线相距8.0～20.0m。

选取最不利断面C—C进行模型计算，具体平面位置和剖面关系详见上图1、图2。

经统计，与合流污水二期（中线）箱涵距离最近的护岸基础见下表1：

2.3 河道开挖对合流污水箱涵的影响分析

对王家浜挖河进行有限元分析，因河道与污水箱涵相对位置恒定，故计算采用岩土专用有限元分析软件Plaxis进行三维有限元模型的平面计算，数值计算中充分考虑了河道开挖的影响范围建立计算模型[9]。目的在于通过有限元分析，对王家浜按规划挖河过程中对污水箱涵结构影响进行分析评估。分析过程中将计算值与污水箱涵工程位移控制标准进行比较，从而为判断本工程对污水箱涵结构的影响程度提供理论依据，并对设计及施工方案提出建议。

為了较准确地反映河道开挖施工时填土卸荷对污水箱涵的附加变形影响，计算采用弹塑性有限元分析方法，准确考虑各结构的空间位置和刚度大小，按实际施工工序，精确模拟河道开挖对污水箱涵的影响。数值计算中，土体采用实体单元进行模拟;箱涵采用板单元模拟，并根据截面进行刚度换算[10]。其中，土体采用莫尔-库仑模型模拟;围护结构材料考虑为弹性受力阶段，设为弹性材料[11]。计算中考虑地下水的渗流影响，以及初始固结沉降和初始应力的影响，并通过施工阶段来模拟施工工况。

由图7可知，施工期间，河道开挖至设计口宽为最不利工况，此时河底最大变形值1.62mm，污水箱涵最大变形值为1.05mm。根据上述分析结果，对照相关条例、标准并结合已有的工程经验可知，本工程实施过程中能满足污水箱涵正常运行的要求。

3 结论

通过三维有限元模型计算，钻孔灌注桩能够降低河道开挖对箱涵附近土体的扰动，减小土体位移，从而控制箱涵变形。此外通过后续对污水箱涵水平及竖向位移监测、分层沉降监测，以及实际使用效果，证明了采用钻孔灌注桩对保证污水箱涵安全稳定运行是切实可行的，从而解决河道开挖对污水箱涵的影响问题。钻孔灌注桩可满足承载力及地基变形要求，施工简便，非挤土桩，不会对附近结构造成不良影响，可以为其他类似工程提供参考。

参考文献

[1]杨占山，张传才.钻孔灌注桩在水利工程中的应用现状[J].水利科技与经济，2008（01）：70-72.

[2]王昕.钻孔灌注桩在水利工程中的应用技术[J].现代农业科技，2011（18）：284-285+287.

[3]李渊.钻孔灌注桩在水利工程中的应用[J].水科学与工程技术，2017（04）：66-68.

[4]汪艳涛.水利施工中的钻孔灌注桩技术应用及质量控制分析[J].建筑技术开发，2019，46（14）：142-143.

[5]吴睿，陈峰.悬臂灌注桩在张家塘泵闸工程中的应用[J].上海水利，2000（01）：27-29+45.

[6]《上海市排水管理条例》.

[7]《上海市合流污水治理设施管理办法》.

[8]《上海市原水引水管渠保护技术标准》.

[9]李志刚，王福强，王婷婷.PLAXIS数值模拟在分离卸荷式钢管板桩码头计算中的应用[J].港工技术，2017，54（06）：43-48.

[10]汤子扬，牛志国，陈春燕.Plaxis在板桩码头分析中的应用[J].水利水运工程学报，2013（01）：81-85.

[11]张建标，吴力平，冯杨.钻孔灌注桩支护结构技术分析与研究[J].消费导刊，2009（20）：209-211.