沈　波　陳能成

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司上海分公司上海200439）

門架式永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)在基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

沈波陳能成

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司上海分公司上海200439）

西彌浦泵閘工程周邊條件復(fù)雜，基坑無法滿足開挖，并要求于非汛期完成主體結(jié)構(gòu)施工。針對(duì)這種施工周期緊張、施工條件復(fù)雜的情況，本工程內(nèi)外河翼墻采用門架式雙排樁永臨結(jié)合的方案。通過技術(shù)分析，特別是對(duì)內(nèi)力及位移計(jì)算，并結(jié)合施工措施控制及對(duì)周邊建筑物影響分析，本方案切實(shí)可行，既節(jié)省造價(jià)，又減少施工周期，優(yōu)勢明顯。本文以工程實(shí)例應(yīng)用作介紹，可為類似案例提供借鑒。

門架式結(jié)構(gòu)；永臨結(jié)合；基坑圍護(hù)；泵閘

1　工程概況

西彌浦泵閘工程位于上海市寶山區(qū)，主要由泵閘主體及上下游消能結(jié)構(gòu)等組成。本工程為Ⅰ等工程，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)千年一遇。泵閘段長27m，上游側(cè)設(shè)長12m的消力池以及長25m的海漫，下游側(cè)設(shè)長15m的消力池及長40m的海漫，內(nèi)外河海漫、進(jìn)水池、消力池及連接段翼墻均采用與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)形式。

2　基坑概況

基坑場地四周條件復(fù)雜，主要以企業(yè)廠房為主。左岸為工業(yè)碼頭及廠房：左岸閘室段基坑開挖邊界距離廠房最近處約為5.17m；左岸消力池段基坑開挖邊界距離廠房最近處約為6.60m；左岸內(nèi)河連接段基坑開挖邊界距離廠房最近處為4.70m。右岸毗鄰改建道路，右岸閘室段基坑開挖邊界距離道路最近處約為10.80m，道路寬約3m，道路右岸為1層～2層成片民居，磚混結(jié)構(gòu)?；又苓叺孛娼^對(duì)標(biāo)高取5.00m，各區(qū)段開挖深度達(dá)5m～8.1m。

3　基坑地質(zhì)情況

基坑場地內(nèi)揭露有①1層填土、①2層浜底淤泥，②層粉質(zhì)粘土，③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，③夾層砂質(zhì)粉土，④層淤泥質(zhì)粘土，⑥層粉質(zhì)粘土、⑦1層砂質(zhì)粉土及⑦2層砂質(zhì)粉土，所采用的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。其中，基坑淺層主要土層為③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及④層淤泥質(zhì)粘土，土質(zhì)差較，對(duì)基坑穩(wěn)定帶來不利。

③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土參數(shù)：c=11 kPa，φ=12.5°；④層淤泥質(zhì)粘土參數(shù)：c=16.6kPa，φ=10.5°

4　基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)必須確保周圍環(huán)境安全可靠，力求做到經(jīng)濟(jì)合理，方便施工，節(jié)約工期。本基坑開挖深度為1.30m～8.20m，屬淺～中等深度基坑；開挖深度范圍內(nèi)③、④層淤泥質(zhì)土具觸變和流變等特性，在動(dòng)力作用下土體強(qiáng)度極易降低，因此在開挖過程中應(yīng)防止土體擾動(dòng)，并應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)底板澆筑；基坑開挖范圍內(nèi)③夾層砂質(zhì)粉土粘聚力低，在水頭壓力下有產(chǎn)生流砂的可能性，故應(yīng)確保圍護(hù)體具有良好的止水性能。

根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范《基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DG/TJ08-61-2010），判定基坑臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，永臨結(jié)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí)［3］。本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合考慮因素主要有：

1）經(jīng)濟(jì)合理，部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)要求與泵閘永久結(jié)構(gòu)相結(jié)合，在保證安全的情況下要盡量做到經(jīng)濟(jì)合理；

2）方便施工，由于本工程主體結(jié)構(gòu)需在非汛期完成，需節(jié)省工期；

3）工程周邊環(huán)境較復(fù)雜，應(yīng)采用對(duì)土體擾動(dòng)小，安全可靠的圍護(hù)形式；

4）基坑形狀狹長，形狀狹長則長邊效應(yīng)明顯，根據(jù)基坑工程時(shí)空效應(yīng)原理，在土體徐變及基坑長邊效應(yīng)的影響下，圍護(hù)可能產(chǎn)生較大的變形。應(yīng)根據(jù)基坑形狀選擇合理的支撐平面布置形式、合理安排開挖順序，減少基坑暴露時(shí)間，減少土體流變產(chǎn)生的影響；

綜合以上因素，內(nèi)外河海漫段、消力池段、及連接段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用永臨結(jié)合。由于基坑較深，永久結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、滲流及位移等要求高，因此采用剛度大、穩(wěn)定性好的雙排鉆孔灌注樁，門架式結(jié)構(gòu)。選取深度最大的外河消力池段作具體介紹：外河消力池段最低處為-2.50m，開挖深度7.50m，采用雙排Φ1000@1150mm鉆孔灌注樁擋土，樁排距3.0m；雙排樁間施做雙排φ700mm雙軸攪拌樁止水帷幕。頂部縱橫向設(shè)置冠梁，形成門架結(jié)構(gòu)。消力池只需設(shè)底板結(jié)構(gòu)，待底板達(dá)到強(qiáng)度后，可形成換撐作用。該基坑位置距周邊廠房約5.17m，廠房為淺埋基礎(chǔ)鋼構(gòu)架結(jié)構(gòu)，施工期對(duì)廠房的影響也是至關(guān)重要。

5　基坑計(jì)算分析

基坑計(jì)算的主要內(nèi)容為：整體穩(wěn)定、抗傾、管涌、隆起、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及位移。其中對(duì)于整體穩(wěn)定、抗傾、管涌、隆起，理論計(jì)算原理雙排樁結(jié)構(gòu)同單排樁一致，相對(duì)簡單。但對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)力及位移計(jì)算，雙排樁較為復(fù)雜，本文側(cè)重對(duì)此進(jìn)行分析。

首先是作用在雙排樁結(jié)構(gòu)上的土壓力難以確定，特別是樁間土的作用對(duì)前后排樁的影響難以確定。其次是雙排支護(hù)結(jié)構(gòu)的簡化計(jì)算模型如何確立，包括嵌固深度的確定、固定端的假定、樁頂位移的計(jì)算等。常見計(jì)算方法有：

a）樁間土靜止土壓力模型

假定前排樁樁前受被動(dòng)土壓力，后排樁樁后受主動(dòng)土壓力，樁間土壓力為靜止土壓力，并采用經(jīng)典土壓力理論確定土壓力值。這種土壓力確定方法較為簡單，但反映的因素較少，計(jì)算結(jié)果誤差很大。

b）前后排樁土壓力分配模型

一般來說，雙排樁由于樁間土的作用和“拱效應(yīng)”的影響，確定土壓力的不定因素很多，前后排樁的排列形式對(duì)土壓力的分布也起關(guān)鍵影響。因此，需要考慮不同布樁形式的情況下，樁間土的土壓力傳遞對(duì)前后排樁的土壓力分布的影響［1］。

為提高計(jì)算精度，達(dá)到計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性和合理性，本次計(jì)算分析采用前后排樁土壓力分配模型計(jì)算。本結(jié)構(gòu)為雙排樁矩形布置，主動(dòng)土壓力σa可以假定作用在后排樁上，樁間土壓力為△σa，則前后排樁土壓力分別為：

前排樁：pa=△σa=βσa

后排樁：pa=σa-△σa=（1-β）σa

圖2　β計(jì)算簡圖

圖1　圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面

圖3　施工期內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖4　運(yùn)行期內(nèi)力位移包絡(luò)圖

主要計(jì)算結(jié)果：永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)，主要計(jì)算兩個(gè)工況，一為施工期，二為運(yùn)行期。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可見，樁身位移最為敏感，由于工程永臨結(jié)合要求及環(huán)境等級(jí)限制，樁身位移允許位值小。因此對(duì)樁體本身的剛度及強(qiáng)度要求高，可見采用門架式雙排樁結(jié)構(gòu)是合理的。

6　對(duì)臨近建筑物影響分析

基坑開挖邊線距廠房最近約5.17m，為保證施工期間鄰近建筑物安全，采用有限元就基坑對(duì)鄰近建筑物的影響進(jìn)行了計(jì)算分析。支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用Mohr-Coulomb模型，土層采用Hardening-Soil模型，分析基坑開挖后的周圍土體位移的變化。

計(jì)算區(qū)域?yàn)椋贺Q直向影響深度一般≥2H（H為基坑開挖深度）；水平向影響范圍一般大于≥3H（H為基坑開挖深度）。水平方向?yàn)閄方向，垂直方向?yàn)閅方向，且對(duì)X邊界施加X向位移約束，Y邊界施加Y向約束。計(jì)算中在建筑物與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)之間考慮施工超載20kPa。

圖5　周邊建筑物影響分析云圖

根據(jù)計(jì)算分析，周邊廠房垂直位移為15.32mm，滿足規(guī)定值20mm?？梢姡┕て谥苓吔ㄖ锸前踩?。

7　施工注意事項(xiàng)

施工過程中，應(yīng)做好監(jiān)測工作，用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)對(duì)變位更為敏感，因此監(jiān)測要求更高。

由于基坑周邊建筑物較近，在基坑施工之前，應(yīng)對(duì)基坑周圍的建（構(gòu)）筑物進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，并對(duì)已存在的裂縫、下陷等情況進(jìn)行記錄。并在施工過程中及完工后對(duì)建筑物作好監(jiān)測，各階段進(jìn)行對(duì)比分析，作好建筑物保護(hù)工作。

灌注樁排樁應(yīng)采用間隔成孔的施工順序，剛完成混凝土澆筑的樁與臨樁成孔安全距離不應(yīng)小于4倍樁徑，或間隔時(shí)間不應(yīng)小于36h［1］。深層水泥土攪拌樁施工會(huì)擾動(dòng)土體，引起周邊道路的變形，必須重點(diǎn)監(jiān)測周邊道路地表、擋墻沉降和水平位移，并密切注意周邊道路的變形和裂縫情況。水泥土攪拌樁施工可能會(huì)引起道路隆陷甚至開裂，應(yīng)嚴(yán)格控制攪拌樁的施工速度。必須重點(diǎn)監(jiān)測基坑頂部沉降和水平位移觀測，并注意基坑外觀以判斷基坑止水帷幕的效果［2］。止水帷幕與灌注樁施工時(shí)注意相鄰的攪拌樁與混凝土樁施工的時(shí)間安排和攪拌樁成樁的垂直度。為保證攪拌樁質(zhì)量，應(yīng)安排于灌注樁完成后再施工，以避免因灌注樁施工對(duì)攪拌樁防滲墻形成的破壞。

表2　基坑圍護(hù)計(jì)算結(jié)果

8　結(jié)語

通過本工程實(shí)例可見，泵閘內(nèi)外河兩岸翼墻采用門架式永臨結(jié)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)是可行的，也是合適的。不僅保證了基坑的安全，滿足臨時(shí)及永久結(jié)構(gòu)要求，也減少了兩岸翼墻投資，經(jīng)濟(jì)合理；整個(gè)內(nèi)外河側(cè)主體結(jié)構(gòu)減少，縮短施工周期至少2個(gè)月，為滿足汛期通水創(chuàng)造了時(shí)間條件，減小了區(qū)域防汛壓力。同時(shí)，永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)對(duì)于變位的控制要求較高，在施工過程中也應(yīng)作好詳細(xì)監(jiān)測。綜上可見，門架式永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)在水利工程中有其特定優(yōu)勢的，技術(shù)成熟可靠，能得到廣泛的應(yīng)用。陜西水利

［1］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)（第二版）［M］，中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］龔曉南.地基處理手冊(cè)（第三版）［M］，中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］DG/TJ08-61-2010.《基坑工程技術(shù)規(guī)范》［S］.

（責(zé)任編輯：暢妮）

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