高君杰 鄭躍

摘要：清遠樞紐二線船閘工程，由于周圍復雜環(huán)境的制約，船閘主體建筑物的基坑需采用帶撐支護結構對其進行支護，本文介紹了帶撐深基坑[1]支護設計方案、施工步驟及要求，并采用有限元軟件 Plaxis 對其進行數值模擬，模擬結果與實際監(jiān)測數據進行對比分析，為類似工程提供了一定的參考。

關鍵詞：帶撐支護結構;深基坑;支護設計方案;數值模擬;對比分析

中圖分類號：U61? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1006—7973（2022）03-0134-03

1船閘工程概況及特點

1.1船閘工程概況

新建清遠水利樞紐二線船閘建設規(guī)模：按1000噸級船閘（Ⅲ級船閘）建設，船閘有效尺度為220m×34m×4.5m（閘室有效長度×閘室有效寬度×檻上水深）。通航凈高為10m。考慮過壩貨運量需求，將新建清遠水利樞紐二線船閘按照單線船閘設計。

二線船閘布置在一線船閘右岸、兩閘中心距90m。二線船閘上閘首與右岸船閘上閘首及門庫段前沿（壩軸線）平齊，上閘首左側通過地連墻支護與現有一線船閘門庫段相連接，右側與清遠水利樞紐土壩相連接。

1.2船閘基坑工程特點

根據本項目工程地質報告、船閘建設方案以及周邊建筑物分布情況，本船閘基坑圍護工程具有如下特點：

（1）本基坑縱向長度約為517m，橫向寬度為65.5m。

（2）本基坑最大開挖深度為22.52m，屬深基坑，基坑最大水頭差為22.05m。

（3）本基坑位于原一線船閘的右側，與一線船閘平行，兩閘中心距90m，

（4）本基坑開挖影響范圍內土層自上而下大致為填砂、中粗砂、淤泥質粉質黏土混粉砂、卵石土、中風化灰?guī)r，不良地質現象主要為巖溶，場地區(qū)粘性土混粉砂，較多表現為流塑～軟塑，地基承載力差，開挖后邊坡穩(wěn)定性也相對較差，易發(fā)生邊坡坍塌等不良地質現象，局部粉砂含量較多處，存在管涌、流砂的可能性。

2工程地質及水文地質

根據建設場地地質勘察報告，船閘基坑開挖范圍內土層至上而下構成如下：①素填土：軟塑，土質不均 ， 局部含碎石 ， 層厚約0.5m～2.5m;②填砂：稍濕，松散～稍密，層厚約2.0～19.0m;③卵石土：中密～密實，地基承載力較好，滲透性強，層厚約3.0～9.0m;④中風化灰?guī)r：巖芯呈柱狀，局部呈塊狀，溶洞較發(fā)育，層厚約8.0～19.0m，場地地質參數見下表。

3基坑支護設計及關鍵技術

3.1施工導流標準

上游全年圍堰位于樞紐右岸土壩上游庫內，施工導流標準按清遠水利樞紐土壩設計標準，即上游圍堰建筑物級別為2級，洪水標準為50年一遇設計，300年一遇校核。

下游全年圍堰為樞紐右岸土壩下游，下游圍堰建筑物級別為4級，考慮到清遠水利樞紐實測水文資料可靠，且上游有飛來峽水利樞紐防洪調度，洪水標準為10年一遇，相應壩下水位為▽12.91m。

3.2基坑支護方案

本項目基坑支護由上游導航墻段、上閘首段、閘室段、下閘首段和下游導航墻段組成，本文以閘室段基坑支護為例。閘室段支護結構采用地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土支撐系統(tǒng)的設計方案，地下連續(xù)墻混凝土強度等級為 C30。基坑典型斷面見下圖。

3.3水平支撐體系

本基坑內支撐主要采用水平對撐、八字斜撐、聯(lián)系梁等組合桁架形式，為土方的挖運和施工提供較為開闊的空間。本基坑內支撐設計為兩層。支撐砼構件強度等級為 C40。對撐最大間距8.5m，最小間距4.25m，具體支撐信息見表2。

3.4水平支撐系統(tǒng)施工步驟

第一步：開挖至第一道支撐底高程，其后澆筑第一道冠梁和支撐

第二步：待第一道支撐達到設計強度的100%后，分層、分塊、對稱、平衡地開挖至第二道內支撐底高程，并澆筑第二道鋼筋混凝土腰梁和支撐;

第三步：以此類推，開挖至基底，及時澆筑底板。

4數值模擬分析

4.1模型建立

數值模擬計算采用Plaxis 有限元軟件。根據實際尺寸，分別建立各個控制斷面的數值模型。各巖土層均采用彈塑性模型，屈服準則參考相關文獻采用 Mohr- Coulomb 準則，地下連續(xù)墻及內撐結構采用彈性模型，水平與豎向邊界均采用位移約束邊界。結合基坑開挖全過程，在初始應力場下進行逐步開挖。邊界條件為：模型的側面和底面為位移邊界，限制側面水平位移，限制底面豎直位移;上面為原地面，取為自由邊界，其中典型斷面模型如圖2。

地連墻和鋼筋混凝土水平支撐的單元參數詳見下表。

4.2施工過程的模擬

基坑在施工過程中工序繁多，工藝也比較復雜，施工時既需要理順基坑施工各工序間的先后順序[3]，又需要確定基坑施工和主體結構施工之間的順序。該模型模擬的施工過程為利用設計水位生成初始孔壓→利用“K0過程”生成初始應力→激活各土層單元→激活地連墻單元→激活第1道內支撐體系→依次開挖土體并激活內支撐直至坑底。在基坑每層土開挖前，需把坑內地下水位降到開挖面以下0.5m。計算工況為兩個最不利工況（①對于左岸地連墻最不利工況：左岸外側水位▽12.91m，右岸外側水位▽4.5m，內側水位基坑底以下0.5m;②對于右岸最不利工況：左岸外側水位▽5.0m，右岸外側水位▽4.5m，內側水位基坑底以下0.5m）進行計算。

5監(jiān)測數據分析

根據現場對應監(jiān)測點的監(jiān)測數據，與數值模擬計算值進行對比分析，本文對閘室擋水側（左岸）前排地連墻水平位移、閘室非擋水側（右岸）地連墻水平位移和水平撐軸力進行對比分析，具體對比值詳見以下圖表。

由以上圖表可以看出，地連墻的水平位移特性表現為中間大、兩端小的弓形特征，該特征符合典型的深厚軟弱土中帶內支撐開挖基坑地連墻的變形規(guī)律，隨著時間和開挖深度的增加，地連墻的最大水平位移逐漸下移，最終移到基坑底部位置附近。擋水側（左岸）前排地連墻最大水平位移各工況模擬值為34.3mm、18.4mm，其各時間點監(jiān)測值分別為6.2mm、19.1mm、22.3mm、25.2mm，模擬值與監(jiān)測值大致符合;非擋水側（右岸）地連墻最大水平位移各工況模擬值為26.2mm、31.1mm，其各時間點監(jiān)測值分別為11.0mm、10.3mm、25.2mm、44.0mm，由于右岸監(jiān)測水位沒有到達設計洪水位，故監(jiān)測值最大水平位移大于模擬值最大水平位移，整體變形趨勢與監(jiān)測值大致符合;每道撐的軸力值模擬值與監(jiān)測值相比都相對較小，是由于模擬值沒有考慮溫度應力對水平支撐軸力的影響，若采用支撐因溫度產生的附加軸力公式對模擬值進行修正，其計算結果為第一道撐軸力值為5544kN，第二道撐軸力值為11355kN，與監(jiān)測值基本符合。

6結語

本文在分析了依托工程的工程地質和水文地質特點的基礎上，對帶撐深基坑支護設計方案、施工步驟及要求進行了總結，并研究了關于深基坑內撐施工的關鍵技術，主要包括：

（1）本文提出了水平支撐系統(tǒng)的施工步驟、立柱施工定位控制要求以及水平支撐施工的控制要素。

（2）本文利用有限元軟件 Plaxis 對依托工程的閘室段基坑支護進行了模擬，模擬結果得出：設計水平支撐計算軸力時應適當考慮溫度應力對內撐軸力的影響，這樣與實際監(jiān)測的數據更加吻合，這對實際工程應用有一定的參考價值。

參考文獻：

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