呂寶順，高 峻，方 艷

(1.哈爾濱市西泉眼水庫(kù)管理處，哈爾濱 150300;2.湯原縣水務(wù)局，黑龍江 湯原 154700;3.蘿北縣寶泉嶺農(nóng)場(chǎng)水務(wù)局，黑龍江 蘿北 154211)

1 簡(jiǎn)介

某水電站擋水壩段基礎(chǔ)覆蓋層開(kāi)挖擬借鑒工業(yè)與民用建筑及市政工程應(yīng)用較多的圍井技術(shù)進(jìn)行開(kāi)挖與混凝土澆筑，圍井就是在覆蓋層基礎(chǔ)上直接造防滲墻，然后采用逆作法挖除防滲墻所圍的覆蓋層，一邊下挖，一邊進(jìn)行支撐，開(kāi)挖至建基面后，回填混凝土至設(shè)計(jì)高程。使用圍井的優(yōu)點(diǎn)是不修筑圍堰即可實(shí)現(xiàn)大壩全年施工，圍井技術(shù)在水電行業(yè)鮮見(jiàn)應(yīng)用，因此，對(duì)大壩采用圍井技術(shù)進(jìn)行初步計(jì)算分析。圍井布置見(jiàn)圖1，圖2。

2 圍井設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及原則

1)根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-99)規(guī)定，由于本基坑為建筑物基礎(chǔ)開(kāi)挖過(guò)程中的臨時(shí)基坑，開(kāi)挖完畢將以混凝土回填封閉，且基坑位于河床內(nèi)，不存在影響周圍建筑物安全的問(wèn)題，因此將基坑安全等級(jí)定為二級(jí)，其重要性系數(shù)取1.0。

2)圍井及支撐的設(shè)計(jì)方法采用《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-99)推薦的平面豎向彈性地基梁分析方法，采用理正深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件作為計(jì)算工具進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

3)圍井的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)基坑側(cè)向變形以及連續(xù)墻結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進(jìn)行確定。根據(jù)本工程的計(jì)算分析，基坑側(cè)向變形較小，不足以影響到基坑的正常使用，因此側(cè)重于根據(jù)連續(xù)墻的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及配筋狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)控制。

4)支撐的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合規(guī)范要求以及施工實(shí)施等情況確定布置方案，因此支撐設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下一些問(wèn)題:①相鄰支撐之間的水平距離一般≥4 m;當(dāng)采用機(jī)械挖土?xí)r宜≥8 m;②豎向相鄰水平支撐的凈距≥3 m;當(dāng)采用機(jī)械下坑挖土運(yùn)輸時(shí)≥4 m;③由于本工程長(zhǎng)條矩形基坑中5個(gè)小圍井地質(zhì)地形情況分布不均，因此根據(jù)計(jì)算各段支撐情況布置有一定差別，為了使相鄰基坑支撐結(jié)構(gòu)體系的受力均勻以及基坑穩(wěn)定協(xié)調(diào)，應(yīng)綜合考慮盡量使各層水平支撐在相同高程并且盡量使各基坑的開(kāi)挖進(jìn)度保持一致，但對(duì)于地質(zhì)情況或者深度變化較大的部位，水平支撐高程做適當(dāng)調(diào)整。

3 圍井結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 計(jì)算內(nèi)容

①圍井連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形計(jì)算(考慮分步開(kāi)挖施工仿真);②圍井連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。

3.2 計(jì)算方法

本次初步計(jì)算采用理正深基坑支護(hù)軟件進(jìn)行平面計(jì)算，軟件采用《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-99)建議的豎向彈性地基梁(板)的基床系數(shù)法(m法)進(jìn)行初步分析計(jì)算。由于本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)其實(shí)是一個(gè)三維的支撐體系，而該程序的平面計(jì)算僅僅能考慮支撐的平面支撐效應(yīng)，因此采用該方法初步計(jì)算結(jié)果相對(duì)于實(shí)際的圍井支撐體系受力情況有較大裕度。

3.3 水土壓力計(jì)算原則

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-99)建議，土壓力，對(duì)黏性土按水土合算方法計(jì)算;對(duì)沙性土按水土分算方法計(jì)算。

3.4 計(jì)算點(diǎn)的選擇

本工程基坑其5個(gè)圍井基坑地質(zhì)地形沿長(zhǎng)度方向變化較大，根據(jù)地勘資料分析，計(jì)算選取壩0+000.0m(橫Ⅴ-3剖面)、壩0+030.0 m(B-B剖面)、壩0+060.0 m(C-C剖面)、壩0+092.5 m(D-D 剖面)、壩0+125.0 m(E-E剖面)代表5個(gè)圍井進(jìn)行圍護(hù)支撐計(jì)算。

3.5 計(jì)算參數(shù)選取

3.5.1 土層物理力學(xué)參數(shù)采用可行性研究報(bào)告中地質(zhì)提供的參數(shù)(從上至下)

含漂砂卵礫石層:γ=23.2 KN/m3，C=0 kp，φ =arctan(f)=27.7°

粉砂質(zhì)黏土:γ =19 KN/m3，C=10 kp，φ =arctan(f)=19.8°

Ⅴ類巖石:γ =24 KN/m3，C=150 kp，φ =arctan(f)=33°

Ⅳ類巖石:γ =27 KN/m3，C=250 kp，φ =arctan(f)=38°

3.5.2 土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-99)，在無(wú)試驗(yàn)資料的的情況下，結(jié)合規(guī)程經(jīng)驗(yàn)公式(C.3.2)，以及參考書(shū)籍《深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)、分析與實(shí)例》(P164～P166)列舉的各地各類土的m經(jīng)驗(yàn)值，本工程各地層m取值:

含漂砂卵礫石層:m=30 MN/m4粉砂質(zhì)黏土:m=6 MN/m4

Ⅴ類巖石:m=150 MN/m4

Ⅳ類巖石:m=250 MN/m4

3.5.3 支撐布置參數(shù)選取

根據(jù)計(jì)算分析，結(jié)合連續(xù)墻以及支撐的內(nèi)力及變形分析，初步擬定基坑各段分別采用4～6層水平支撐，其布置見(jiàn)表1。

表1 基坑水平支撐梁布置參數(shù)表 m

其中支撐剛度kT值根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-99)附錄C公式C.2.2計(jì)算

式中:kT為支撐結(jié)構(gòu)水平剛度系數(shù);α為與支撐松弛有關(guān)的系數(shù)，取0.8～1.0，計(jì)算中采用0.8;E為支撐構(gòu)件材料的彈性模量，采用C35混凝土彈性模量31 500 N/mm2;A為支撐構(gòu)件斷面面積;L為支撐構(gòu)件的受壓計(jì)算長(zhǎng)度;S為支撐的水平間距;Sa為連續(xù)墻的計(jì)算寬度，該程序計(jì)算采用連續(xù)墻單位寬度1 m作為計(jì)算寬度。初步設(shè)計(jì)方案的kT計(jì)算見(jiàn)表2。

3.6 計(jì)算結(jié)果分析

通過(guò)運(yùn)用理正深基坑設(shè)計(jì)軟件，對(duì)以上各典型設(shè)計(jì)斷面的水平支撐梁進(jìn)行初步計(jì)算，得出以下計(jì)算成果進(jìn)行分析。

表2 基坑水平支撐梁設(shè)計(jì)參數(shù)表

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以看出該設(shè)計(jì)方案各典型計(jì)算斷面的基坑連續(xù)墻變形均較小，內(nèi)力也滿足配筋要求。

3.6.1 圍護(hù)支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移包絡(luò)圖

包絡(luò)圖見(jiàn)圖3～圖7。

圖3 0+000～0+030段基坑典型剖面圍護(hù)地連墻內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖4 0+030～0+060段基坑典型剖面圍護(hù)地連墻內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖5 0+060～0+090段基坑典型剖面圍護(hù)地連墻內(nèi)力位移包絡(luò)圖

3.6.2 連續(xù)墻截面及配筋設(shè)計(jì)

通過(guò)計(jì)算，各典型剖面連續(xù)墻截面及配筋計(jì)算成果見(jiàn)表3。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算分析，在水電工程中引入圍井這種技術(shù)是基本可行的，該技術(shù)的引入，為在窄河床、深覆蓋層特性的河道加快建筑物的施工創(chuàng)造了條件。但由于該技術(shù)在水電工程中尚未有應(yīng)用先例，因此，應(yīng)結(jié)合水電工程特性及建筑物布置，進(jìn)一步對(duì)圍井技術(shù)在水電工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

圖6 0+090～0+120段基坑典型剖面圍護(hù)地連墻內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖7 0+120～0+150段基坑典型剖面圍護(hù)地連墻內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖1 圍井平面布置圖

圖2 圍井平面剖面圖

表3 典型剖面圍護(hù)連續(xù)墻配筋設(shè)計(jì)參數(shù)表

[1] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ120-99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[2] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[3] 中華人民共和國(guó)水利部.SL191-2008隊(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)水利水電出版社，2008

[4] 王衛(wèi)東，王建華.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)、分析與實(shí)例.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.