江小輝,夏開鋒

(浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310002)

1 工程概況[1]

浙東引水蕭山樞紐工程是浙東水資源配置的一項(xiàng)重大工程,工程位于錢塘江、富春江、浦陽江三江匯合口義橋附近,供水對象為蕭山、紹興、寧波、舟山地區(qū)的一般工業(yè)用水及農(nóng)業(yè)灌溉用水,設(shè)計(jì)引水流量為50 m3/s。

蕭山樞紐工程主要由外江側(cè)閘站上游段、閘站段、內(nèi)河側(cè)閘站下游段、閘站后輸水河道及跨河橋梁等組成。閘站段場地高程6.80～7.10 m,西南側(cè)浦陽江防洪堤頂高程10.05m左右,閘站段西北側(cè)可用的基坑圍護(hù)用地寬度最小只有4.6～6.6 m,閘站段東南側(cè)可用的基坑圍護(hù)用地寬度最小只有6.0～7.3 m,西南側(cè)防洪堤距離擬建構(gòu)筑物最近為13.80 m,除閘站段北側(cè)為空地外,基坑3側(cè)圍護(hù)用地寬度都比較小,限制了基坑支護(hù)采取的形式,基坑開挖尺寸長×寬約為133 m×115 m,開挖面積約為15 295 m2,基坑挖深6.95～9.10 m。

圖1 閘站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置圖

根據(jù)JGJ 120—99《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》,該工程閘站基坑安全等級定為一級,重要性系數(shù)為1.1。閘站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置見圖1。

2 工程區(qū)狀況及地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘探,工程區(qū)土層主要由Ⅰ1、Ⅱ1粉質(zhì)黏土;Ⅱ2層黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土、粉砂夾淤泥質(zhì)土;Ⅲ層淤泥質(zhì)土;Ⅳ層黏土、粉質(zhì)黏土等組成,各土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)表

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選[2]

根據(jù)閘站段基坑支護(hù)工程特點(diǎn),基坑圍護(hù)可考慮如下3種支護(hù)方案:

3.1 鉆孔灌注樁+止水帷幕結(jié)合內(nèi)支撐方案 (方案1)

鉆孔灌注樁圍護(hù)形式一般采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁加止水帷幕。其優(yōu)點(diǎn)為工藝成熟、造價(jià)較低;圍護(hù)結(jié)構(gòu)既能擋土又能防水,具有較大的剛度、變形比較小,對鄰近建筑物影響小。結(jié)合工程實(shí)際,由于該工程主體結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,因此采用與主體結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)同一施工工藝的鉆孔灌注樁作為圍護(hù)樁,不但可以與工程樁同步施工,縮短工期,而且可以大大減少機(jī)械進(jìn)場費(fèi)用。因場地地下水位較高,支護(hù)結(jié)構(gòu)需考慮止水,該工程采用旋噴樁止水帷幕。支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面:地面高程7.00～5.50 m按1∶1放坡處理,坡面噴射混凝土及掛鋼筋網(wǎng),5.50 m高程下設(shè)φ 1 000@1 200mm鉆孔樁,頂部設(shè)混凝土支撐,支撐尺寸為850 mm×850 mm,鉆孔樁插入深度為10.0 m,鉆孔樁外側(cè)用旋噴樁φ 800@600 mm止水 (見圖2)。

圖2 方案1圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

3.2 雙排樁支護(hù)體系方案 (方案2)

雙排樁支護(hù)體系即采用2排鉆孔灌注樁,與鉆孔灌注樁+止水帷幕結(jié)合內(nèi)支撐相同,因場地部分基巖埋深淺,圍護(hù)樁具有良好的嵌固段,對控制整體穩(wěn)定與變形有利。

由于該工程主體結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,因此采用與主體結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)同一施工工藝的鉆孔灌注樁作為圍護(hù)樁,不但可以與工程樁同步施工,縮短工期,而且可以大大減少機(jī)械進(jìn)場費(fèi)用,該工程采用旋噴樁止水帷幕。方案2支護(hù)形式因?yàn)橹ёo(hù)本身占用場地較大,對周邊可用場地要求也較大。支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面:地面高程7.00～6.00 m按1∶0.5放坡處理,坡面噴射混凝土及掛鋼筋網(wǎng),5.50 m高程下2排φ 1 000 mm鉆孔樁,鉆孔樁插入深度為12 m,2排鉆孔樁排距為5.0 m,前后排樁用混凝土連梁1 100 mm×400 mm連接,前排鉆孔樁間距為1.2 m,后排鉆孔樁間距為2.4 m,前排鉆孔樁外側(cè)用旋噴樁φ 800@600 mm止水 (見圖3)。

圖3 方案2圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

3.3 地下連續(xù)墻結(jié)合內(nèi)支撐方案 (方案3)

地下連續(xù)墻是一種傳統(tǒng)的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度大,整體性、防滲性和耐久性好,可作為永久主體結(jié)構(gòu);施工時振動小、噪聲低,對周邊地基擾動小,適用于多種地層條件和各種復(fù)雜的施工環(huán)境。但因采用與主體結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)不同施工工藝的鉆孔灌注樁作為圍護(hù)樁,相對工期較長,而且增加機(jī)械進(jìn)場費(fèi)用,圍護(hù)造價(jià)大大提高。支護(hù)結(jié)構(gòu)典型剖面:地面高程7.00～5.50 m按1∶1放坡處理,坡面噴射混凝土及掛鋼筋網(wǎng),5.50 m高程下設(shè)1.0 m寬的地下連續(xù)墻,高程5.50 m設(shè)混凝土支撐,支撐尺寸為850 mm×850 mm,連續(xù)墻插入深度為10.5 m(見圖4)。

圖4 方案3圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

3.4 方案綜合比較

3種支護(hù)方案綜合比選見表2。

表2 支護(hù)方案比選表

經(jīng)綜合分析比較,采用鉆孔灌注樁+止水帷幕結(jié)合內(nèi)支撐方案(方案1)作為閘站基坑支護(hù)方案。

4 圍護(hù)體系穩(wěn)定分析[3-4]

圍護(hù)體系受力與穩(wěn)定,采用極限狀態(tài)法分析,整體穩(wěn)定計(jì)算模型采用圓弧滑動簡單條分法。對基坑的整體穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、插入深度、樁側(cè)向位移等進(jìn)行驗(yàn)算。

4.1 整體穩(wěn)定計(jì)算

整體穩(wěn)定計(jì)算見圖5。

圖5 整體穩(wěn)定計(jì)算簡圖

式中:cik、φik為最危險(xiǎn)滑動面上第i土條滑動面上土的固結(jié)不排水(快)剪粘聚力、內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值;li為第i土條的弧長;bi為第i土條的寬度;γk為整體穩(wěn)定分項(xiàng)系數(shù);wi為作用于滑裂面上第i土條的重量。按上覆土層的天然土重計(jì)算,θi為第i土條弧線中點(diǎn)切線與水平線夾角。

4.2 抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算

排樁抗傾覆計(jì)算見圖6。

圖6 抗傾覆計(jì)算簡圖

式中:Mp為被動土壓力及支點(diǎn)力對樁底的抗傾覆彎矩,對于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定;Ma為主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

4.3 嵌固深度設(shè)計(jì)值

嵌固深度設(shè)計(jì)值計(jì)算見圖7。

圖7 嵌固深度計(jì)算簡圖

式中:ealk為水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值;eplk為水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值;∑Eac為設(shè)定彎矩零點(diǎn)位置以上基坑外側(cè)各土層水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值的合力之和;hal為合力∑Eac作用點(diǎn)至設(shè)定彎矩零點(diǎn)的距離;∑Epc為設(shè)定彎矩零點(diǎn)位置以上基坑內(nèi)側(cè)各土層水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值的合力之和;hpl為合力 ∑Epc作用點(diǎn)至設(shè)定彎矩零點(diǎn)的距離;hTl為支點(diǎn)至基坑底面的距離;hcl為基坑底面至設(shè)定彎矩零點(diǎn)位置的距離,確定位置的方法為 ealk=eplk。

4.4 樁側(cè)向位移計(jì)算

樁側(cè)向位移計(jì)算見圖8。

圖8 彈性支點(diǎn)法計(jì)算簡圖

支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本撓曲方程:

式中:EI為支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算寬度的抗彎剛度;m為地基土水平抗力的比例系數(shù);b0為抗力計(jì)算寬度,對于圓形樁按下式計(jì)算:b0=0.9×(1.5d+0.5),式中:d為樁身直徑;z為支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部至計(jì)算點(diǎn)的距離;hn為第n工況基坑開挖深度;y為計(jì)算點(diǎn)水平變形;bs為荷載計(jì)算寬度,排樁可取樁中心距。

4.5 計(jì)算軟件

北京理正f-spw6.0基坑支護(hù)計(jì)算、同濟(jì)啟明星軟件校核,MATLAB計(jì)算程序,以及理正結(jié)構(gòu)工具箱。圍護(hù)體系穩(wěn)定計(jì)算成果見表3。

表3 穩(wěn)定分項(xiàng)系數(shù)要求計(jì)算成果表

5 施工監(jiān)測

為了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀況,對推薦方案1的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平位移監(jiān)測,上游及左右側(cè)中間點(diǎn)最大位移分別為20,24,28 mm,與理論計(jì)算基本相符,圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠。

6 結(jié) 語

(1)為減少基坑開挖對周邊環(huán)境的影響,深基坑支護(hù)在水利工程中將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。

(2)通過理論計(jì)算和實(shí)測驗(yàn)證,蕭山樞紐深基坑采用鉆孔灌注樁+止水帷幕結(jié)合內(nèi)支撐方案,其受力可靠、剛性大、變形小,確保了周圍環(huán)境的安全,取得了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益,是一種值得推廣的基坑結(jié)構(gòu)型式。

(3)該工程采用的理正f-spw6.0基坑支護(hù)計(jì)算程序,在計(jì)算參數(shù)率定的前提下能全面、準(zhǔn)確地反映基坑結(jié)構(gòu)體在不同挖土和施工階段的整體受力和變形,為深基坑設(shè)計(jì)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理提供了保證。

[1]杭州市建筑業(yè)管理局.深基礎(chǔ)工程實(shí)踐與研究 [M].北京:中國水利水電出版社,1999.

[2]中華人民共和國水利部.SL/T 191—96水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京:中國水利水電出版社,1999.

[3]黃強(qiáng).建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用手冊 [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[4]中華人民共和國建設(shè)部.GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范 [S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.