佛山市沉管隧道暗埋段深基坑支護(hù)設(shè)計

汪海洋

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院，廣州 510635)

文章編號：1006—2610(2015)03—0042—03

佛山市沉管隧道暗埋段深基坑支護(hù)設(shè)計

汪海洋

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院，廣州 510635)

廣東省佛山市汾江路南延線沉管隧道工程，暗埋段基坑最大開挖深度達(dá)21.5 m，基坑西邊靠近東平水道，地下水位較高，基坑支護(hù)是本工程的重點和難點。暗埋段基坑采用C30地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土和鋼管組合的支撐方案，地下連續(xù)墻最深達(dá)27.5 m，嵌固深度達(dá)6 m。按照開挖、支撐及拆撐的的先后順序，共分18個施工步序，文章重點介紹暗埋段基坑支撐體系的布置、支護(hù)設(shè)計與內(nèi)力計算。

深基坑;地下連續(xù)墻;支撐

1 工程概況

廣東省佛山市汾江路南延線工程路線設(shè)計全長2.41 km，過東平水道段采用沉管法施工，兩岸采用地下連續(xù)墻深基坑圍護(hù)，基坑使用年限為2 a，根據(jù)規(guī)程[1]支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級為2級。沉管段全長445 m，共分4節(jié)管段(115 m+115 m+105 m+110 m)，管段寬39.9 m、高9.0 m，在岸邊設(shè)沉管接口段與主體部分相接。

基坑地面高程為3.5 m左右，暗埋段開挖至高程-15.5～-17.5 m,采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻長度為26.5～27.5 m，嵌固深度為6～8 m。基坑開挖深是本工程的一個顯著特點，本文重點介紹暗埋段深基坑支撐體系設(shè)計。

2 場區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)

根據(jù)地勘資料，所取計算E-E剖面，地質(zhì)參數(shù)參照Zkk55孔,參數(shù)見表1。

地表水主要為東平水道，其河面寬200～300 m，河流中心水深8～11 m，警戒水位為4.84 m，50年一遇水位為6.804 m，歷史最高水位為6.85 m。

表1 ZKK55鉆孔各土層的地質(zhì)參數(shù)表

圖2 施工步序與內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)簡圖

3 主要支護(hù)形式

3.1 支撐平面布置

沉管隧道暗埋段樁號范圍為SK1+645 m～SK1+727 m，平面上為矩形，長約82 m，開挖高程-17.5～-15.5 m，最大開挖深度H為21.5 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂高程3.5 m。支撐平面布置如1所示，暗埋段對撐寬為40.115 m，基坑中央設(shè)2道格構(gòu)式鋼立柱4×L160×16，鋼立柱的跨度為14.23 m,鋼立柱嵌入?1 000 mm鉆孔灌注樁2 m，鉆孔灌注樁嵌入基坑開挖面以下6.0 m。

基坑支護(hù)采用1層鋼筋混凝土支撐+5層鋼管支撐(支撐層號為Ⅰ～Ⅶ，含1道鋼管換撐)，各層支撐豎向間距分別為4.5、4.5、3.5、1.5、2 m。為了保證整體的剛度和強度，首層支撐采用C30混凝土支撐，梁截面形式為600 m×700 m。為了便于拆除和回收利用，其它層支撐采用鋼管?609(δ14)支撐。地下連續(xù)墻墻頂中心線高程為3.0 m，墻底高程為-23～-25 m，地下連續(xù)墻墻頂冠梁高1 m，冠梁頂高程為3.5 m，詳見圖2。

3.2 結(jié)構(gòu)計算

3.2.1 荷載計算

(1) 土壓力

根據(jù)JGJ 120-99《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》 規(guī)定，地下連續(xù)墻宜采用的土壓力計算模式：基底上部主動側(cè)(迎土側(cè))按朗肯主動土壓力進(jìn)行計算，基底下部考慮兩側(cè)土壓力相抵后形成矩形土壓力荷載，并在被動側(cè)(基坑側(cè))計入1組彈性支撐(地層抗力)。

(2) 水壓力

地下水位按實際地下水位計,且水壓力不折減。地下水位以下，對于巖土層中透水性較強的砂性土、巖石按水土分算，其余土層按水土合算。

(3) 地面超載

沉管段北面鋼管樁緊臨東平水道，不計入地面超載；其余部位地面超載取20 kPa。

3.2.2 計算工況

根據(jù)不同開挖深度和加撐順序，共分18個施工步序，詳見圖2。所取計算E-E剖面(SK1+652 m～SK1+727 m)，從頂層冠梁高度依次往下，在高程3.0、-1.5、-6.0、-9.5、-11.0、-13.0 m處分別設(shè)1道支撐，共6道支撐，其中第Ⅴ道支撐為換撐。在基坑開挖至各道支撐以下0.5 m時，必須設(shè)該道支撐。開挖工況(按從上到下開挖的先后順序，施工步序依次為①、③、⑤、⑦、⑨、)、加撐工況(按從上到下的先后順序，施工步序依次為②、④、⑥、⑧、⑩、)和拆撐工況(按先后順序施工步序依次、、、)，分述如下：

(1) 開挖、加撐工況

基坑開挖從上至下分層進(jìn)行，開挖至每道支撐結(jié)構(gòu)底面以下0.5 m時，施工該道支撐安裝，不得超挖。在每道支撐安裝完畢，才能進(jìn)行下一層的土方開挖，直到開挖到坑底設(shè)計高程。

(2) 拆撐工況

支撐拆除必須從下往上按圖紙要求執(zhí)行，計算施工步序工共分18步，編號為①～，詳見圖2。

3.2.3 計算方法

基坑支護(hù)計算采用北京理正軟件設(shè)計研究所編制的《理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件F-SPW(6.0版)》及規(guī)程[1]推薦的彈性支點法進(jìn)行設(shè)計，將支撐式支撐結(jié)構(gòu)分解為擋土結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行，按變形協(xié)調(diào)作為約束條件。該方法存在以下假定：支錨點的側(cè)向位移不可逆轉(zhuǎn)，即每一工況計算的支錨點位移不能小于前一階段計算結(jié)果，也不能出現(xiàn)反向位移；回填階段，其位移保持不變。

3.2.4 內(nèi)力和位移計算

各施工步序連續(xù)墻的最大水平位移、彎矩見表2。限于篇幅，僅附工況12 連續(xù)墻最大水平位移、最大正、負(fù)彎矩，見圖3。

圖3 工況12 墻頂位移、彎矩圖

表2 不同施工步序下連續(xù)墻的最大水平位移、彎矩表

由此可見基坑挖至坑底及拆撐時連續(xù)墻的位移、彎矩均較大，因此要及時做好結(jié)構(gòu)底板，進(jìn)行基坑內(nèi)主體結(jié)構(gòu)回填以增加結(jié)構(gòu)抗力，防止基坑坍塌。特別是在拆撐前要及時做好主體結(jié)構(gòu)頂板后的土方回填，以增強結(jié)構(gòu)整體抗力。

對開挖與支撐相鄰的2個施工步序(如①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩)，墻頂位移和彎矩沒有變化，主要有2個原因：一是因為基坑只進(jìn)行支撐，沒有回填，坑外土傳給樁身的應(yīng)力沒有變化、樁后土塑性變形不可恢復(fù)的緣故；二是因為彈性支點法假定每一工況計算的支錨點位移不能小于前一階段計算結(jié)果，也不能出現(xiàn)反向位移。

3.2.5 結(jié) 論

(1) 在邊開挖邊支撐工況下，隨著基坑開挖深度的增加，墻頂?shù)奈灰啤澗仉S之增大。當(dāng)挖至坑底時，墻頂水平位移最大。但此位移并不是在所有工況中最大的，墻頂最大位移發(fā)生基坑挖至坑底后拆第Ⅴ道支撐時，這是因為拆掉該道支撐，支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平內(nèi)力減小的緣故。

(2) 拆撐過程中，隨著內(nèi)支撐拆除，連續(xù)墻不同深度處受到總支撐反力會減小，內(nèi)力重新分配，連續(xù)墻的最大水平位移呈先增大后減小趨勢。

(3) 各計算工況下的連續(xù)墻最大水平位移的絕對值均小于50 mm, 也小于0.005h(h為基坑開挖深度)，滿足GB50497-2009《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》要求,說明基坑支護(hù)設(shè)計是合理的、可行的。

(4) 深基坑施工應(yīng)嚴(yán)格遵循先撐后挖的施工順序，上層支撐未施工嚴(yán)禁下層土方開挖，嚴(yán)格禁止超挖。拆撐前要及時做好主體結(jié)構(gòu)施工及坑內(nèi)土方回填。

4 結(jié) 語

佛山沉管隧道暗埋段基坑平面上為矩形,開挖深度最深為21.5 m，采用地下連續(xù)墻+6道支撐的支護(hù)方案。由于鋼筋混凝土支撐具有剛度大、整體性好的特點，故首層采用C30鋼筋混凝土支撐。鋼管支撐具有自重輕、安裝和拆除方便、可以重復(fù)利用、安裝后能立即發(fā)揮支撐作用的優(yōu)點，故其它5層內(nèi)支撐采用鋼管支撐。隨著基坑開挖深度的增加，墻頂?shù)奈灰啤澗仉S之增大，因此要及時做好支撐、嚴(yán)禁超挖。

[1] JGJ120-2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京： 中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2] 劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[3] 劉家齊,馬林艷.桐子林水電站地下連續(xù)墻安全監(jiān)測[J]. 西北水電，2011，(S1)：30-33，78.

[4] 趙志縉,應(yīng)惠清.簡明深基坑工程設(shè)計施工手則[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2001.

Support Design of Deep Foundation Pit at Underground Section of Immersed Tunnel

WANG Hai-yang

(Guangdong Hydropower Planning and Design Institute, Guangzhou 510635,China)

The maximum excavation depth of the foundation pit at underground section of the immersed tunnel for southern extension of Fenjiang Road in Foushan City is up to 21.5 m. On the west, the foundation pit is close to Dongping waterway, where the ground water level is higher. Therefore, the foundation pit support is difficult and the important works as well. The foundation pit at the underground section is supported by combination of C30 underground continuous wall, reinforced concrete and steel pipes. The continuous wall is up to 27.5 m deep, its embedded depth is up to 6 m. Totally 18 construction steps are divided according to excavation, support provision and support removal in order. In this paper, support system arrangement, support design and internal action calculation of the foundation pit at the underground section are described especially.

deep foundation pit; underground continuous wall; support

2015-01-20

汪海洋(1983- ),男，湖北省隨州市人,碩士,工程師，從事水工結(jié)構(gòu)和水利工程施工工作.

TV672.1;TV554

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.012