潁上復線船閘基坑支護方案設計

孫加鑫

（安徽水利開發股份有限公司 蚌埠 233000）

潁上復線船閘基坑支護方案設計

孫加鑫

（安徽水利開發股份有限公司 蚌埠 233000）

潁上復線船閘和現有船閘兩船閘軸線間距為62m，擬建復線基坑開挖深度為20.3～22.2m，為保證基坑開挖過程中不影響現有船閘的安全運行，通過技術經濟比較，采取灌注樁支護措施，并通過安全符合驗算，支護措施安全可靠。

復線船閘 基坑支護 灌注樁 隆起量

1 工程概況

擬建潁上復線船閘位于沙潁河下段，距上游阜陽船閘約80km，距下游入淮河口45km，現有船閘規模為180m× 12m×3m（閘室長×口門寬×檻上水深，下同），其通航能力已不能滿足現在的航運要求，擬在現有船閘的左側新建一座Ⅳ級復線船閘，規模為180m×24m×3m，上閘首為2級建筑物，閘室和下閘首為3級建筑物，導航墻、靠船墩等為4級建筑物。擬建復線船閘軸線和現有船閘軸線距離為62m，根據現場場地條件和目前國內基坑支護的主流方式，設計中對基坑支護進行了技術經濟比較后，選用灌注樁支護方案。

2 基坑支護形式選擇

基坑需要支護的部位有三部分，分別為上閘首（包括上游導航墻）、閘室、下閘首（包括下游導航墻），基坑最大開挖深度超過22m。基坑開挖以不影響現有船閘的穩定和正常運行為原則，根據地質資料，若按1∶2邊坡開挖（每4～5m高留一道平臺），上邊線至現有船閘左側17m高程，將影響現有船閘的穩定，閘室和上下閘首左邊將會有一半以上的高度臨空，船閘將會產生向左側傾斜等不利影響，影響現有船閘的正常運行，甚至可能使現有船閘報廢，其影響和損失巨大。根據穩定驗算，現有船閘上下閘首兩側的填土可對稱卸載至24m高程，閘室兩側填筑可對稱卸載至26m高程，卸載后保留平臺寬度7～10m，再按1∶2坡度開挖，在距建筑物外邊線2m處采取支護措施，可保持閘室及閘首穩定。設計對采用灌注樁和鋼板樁支護進行了比較，鋼板樁施工速度快和方便，但其投資較灌注樁方案多290萬元，且鋼板樁振動拔除過程中可能會對主體建筑產生影響，綜合比較后采用灌注樁支護方案。

擬在基坑右側布置一排支護樁，樁頂以上按1∶2放坡開挖，每4～5m高設一道2m寬平臺，坡頂距現有船閘道外邊線約8～10m。經分析計算，選用樁徑1.2m的混凝土灌注樁，嵌入深度按《建筑基坑支護技術規范》（JGJ120—99）懸臂式支護結構計算，分別得出：上閘首基坑開挖高程7.8m，hd=13.5m，樁頂高程16m，樁底高程-4.7m，樁長20.7m，樁距1.6m，共42根；閘室基坑開挖高程9.5m，hd=11m，樁頂高程16m，樁底高程-0.2m，樁長16.2m，樁距2.4m，共74根；下閘首基坑開挖高程6.8m，hd=18.1m，樁頂高程16m，樁底高程-10.3m，樁長26.3m，樁距1.2m，共53根。支護樁參數表見表1。

表1 支護樁參數表

3 穩定計算

閘址處土質分為5層，以粘土為主，偶夾粉土層及粘土層夾細砂。各土層的抗剪強度和滲透系數見表2。

表2 各土層滲透系數

選取上閘首作為典型計算，其余計算簡圖及閘室和下閘首限于篇幅略，同時閘室四周考慮高噴截滲墻圍封，計算過程已考慮截滲。

3.1 嵌固深度計算

計算參數：嵌固深度系數為1.2，抗滲嵌固系數為1.2。

按《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—99）懸臂式支護結構計算嵌固深度hd值，規范公式如下：

式中：∑Epj——樁、墻底以上根據基坑內側各土層水平抗力標準值epjk的合力之和（kN）；

hp——合力∑Epj作用點至樁、墻底的距離（m）；

∑Eai——樁、墻底以上根據基坑外側各土層水平荷載標準值eaik的合力之和（kN）；

ha——合力∑Eai作用點至樁、墻底的距離（m）；

γ0——建筑基坑側壁重要性系數；對應基坑安全等級二級取1.0；

β——嵌固深度的安全系數，規范值取1.2。

計算得 ：β=1.200，γ0=1.000，hp=5.017m，∑ Epj= 3888.435kPa，ha=7.319m，∑Eai=2219.211kPa，得到 hd= 13.200m，hd采用值為：15.000m。

3.2 整體穩定驗算

計算方法：瑞典條分法，條分法中的土條寬度為1.00m；應力狀態：總應力法。

滑裂面數據：圓弧半徑（m）R=35.090，圓心坐標X（m）X=-8.758，圓心坐標Y（m）Y=18.248，整體穩定安全系數Ks=1.619

3.3 抗傾覆穩定性驗算

式中：Mp——被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩，對于內支撐支點力由內支撐抗壓力決定。

Ma——主動土壓力對樁底的傾覆彎矩。

錨固力計算依據樁體實際錨固長度計算。

計算得：MP=27137.603kN·m，Ma=20550.74kN·m，Ks= 1.329＞=1.20，滿足規范要求。

3.4 抗隆起驗算

抗隆起安全系數分別按Prandtl（普朗德爾）公式和Terzaghi（太沙基）公式計算，安全系數均滿足要求，本文僅列出Prandtl（普朗德爾）公式的計算過程。

Ks=1.311＞=1.1,滿足規范要求（Ks＞=1.1～1.2），《建筑基坑工程技術規范》（YB9258-97）（冶金部）。

3.5 隆起量計算

按以下公式計算的隆起量，如果為負值，按0處理。

式中：δ——基坑底面向上位移（mm）；

N——從基坑頂面到基坑底面處的土層層數；

ri——第i層土的重度，地下水位以上取土的天然重度，地下水位以下取土的飽和重度（kN/m3）；

Hi——第i層土的厚度（m）；

Q——基坑頂面的地面超載（kPa）；

D——樁（墻）的嵌入長度（m）；

H——基坑的開挖深度（m）；

C——樁（墻）底面處土層的粘聚力（kPa）；

Φ——樁（墻）底面處土層的內摩擦角（度）；

r——樁（墻）頂面到底處各土層的加權平均重度（kN/m3）。

計算取δ=0（mm）3.6抗承壓水（突涌）驗算

式中：Pcz——基坑開挖面以下至承壓水層頂板間覆蓋土的自重壓力（kN/m2）；

Pwy——承壓水層的水頭壓力（kN/m2）；

Ky——抗承壓水頭（突涌）穩定性安全系數，規范要求取大于1.050。

Ky=40.00/30.00=1.33＞=1.05。基坑底部土抗承壓水頭穩定。

4 結語

潁上復線船閘基坑開挖靠現有船閘側采用灌注樁支護，根據安全穩定計算，支護方案經濟可行■