某排水箱涵深基坑基礎處理及支護設計

■鄧 欽，張志剛

■1.廣東粵源水利水電工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510635;2.四會市水利水電勘測設計院，廣東 四會 526200

1 工程概況

本工程位于廣東省東莞市中南部，排洪渠結構采用箱涵整體式結構。箱涵共分四段，總長639.70m。涵身按閉合箱形截面，其中1#、2#箱涵尺寸3.0m×3.0m，3#、4#箱涵尺寸5.0m ×3.0m。排水箱涵采用鋼筋砼結構，涵身采用C30 混凝土，抗滲等級S6;墊層采用100mm 厚C15 細石混凝土。3#、4#箱涵距離已建人行道水平距離不足四米，不能滿足放坡開挖要求(邊坡開挖允許坡度1:1.5)，設計采用拉森鋼板樁支護。且箱涵底部設計開挖高層在該段基本處于淤泥質粘土層，不能滿足箱涵設計承載力基本容許值不小于110kPa 的要求，故對3#、4#箱涵段設計采用水泥攪拌樁進行基礎處理。

圖1 工程平面布置圖

2 地質條件

工程沿線穿越的地貌類型有剝蝕殘丘、溝渠臺地，沿線種植有樹木、開辟有農田及溝渠等，地形稍起伏，線路東側、南側地面標高基本介于16.50～20.45m。箱涵基坑沿線地層由新至老分布為:

2.1 第四系人工填土層(Qml)

①人工填土層:褐紅、褐黃色，稍濕，松散，粘性土(不均勻夾有碎石塊)，土質差，沿線均有分布，層厚為5.50～7.20m;

2.2 第四系沖積層(Qal4)

②-1 淤泥質粘土:灰黑色，軟塑，由粘性土組成，含有腐殖質及有機質，見于鉆孔ZK7～ZK14 中，層厚為0.60～3.00m;

②-2 粉質粘土:褐色，可塑狀，土質較細，成分較均一;

②-3 粉細砂層:褐黃色，松散，飽和，級配差，層厚1.30m，;

②-4 中粗砂層:灰白色，稍密～中密，飽和，分布于鉆孔ZK7～ZK10、ZK13～ZK14 中，埋深較大，層厚為1.80～2.70m;

2.3 殘積層(Qel)

③砂質粘性土層:褐黃色，硬塑，干強度及韌性中等;沿線均有分布，層厚為1.90～7.80m;

2.4 燕山期侵入巖(Y)

④-1 全風化花崗巖:褐色，褐黃色，巖體結構基本被破壞，遇水易軟化崩解，為極軟巖;沿線均有揭露，層厚1.40～5.50m;

④-2 強風化花崗巖:褐黃色，裂隙極發育，巖芯呈半巖半土狀，遇水易軟化崩解;沿線局部有揭露，層厚0.50～2.80m。

沿線地下水主要接受大氣降雨滲入、地表水體和外圍側向徑流補給，地下水水位變化不大，徑流較緩慢，埋深較淺，為1.30～3.20m，多為人工填土層的上層滯水。地下水對混凝土結構具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

3 箱涵基礎處理

經水文水利計算，3#、4#箱涵箱涵底部設計開挖高程在該段基本處于淤泥質粘土層，不能滿足箱涵設計承載力基本容許值不小于110kPa的要求，故考慮3#、4#箱涵段進行基礎處理。

水泥攪拌樁作為一種良好的軟弱地基處理方式，對軟土進行就地加固，能最大限度地利用原狀土的承載力，在建筑工程中應用廣泛。本工程基礎處理考慮采用水泥土攪拌樁，樁徑為500mm，設計樁長為6.0m，矩形布置，樁間距1000mm，水灰比0.45～0.55，采用42.5R 普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為20%，水灰比為0.45～0.55m;成樁后復合地基載荷試驗:復合地基承載力不得低于110KPa。

選取淤泥質土層最厚處斷面DK0 +080.00，采用理正地基處理設計軟件進行計算分析。

巖土計算參數取值表

(1)復合地基承載力計算

水泥土攪拌樁單樁豎向承載力特征值計算:

取水泥土攪拌樁單樁豎向承載力特征值97kPa 計算。

(2)復合地基沉降計算

經計算，基礎底面處承載力fz=175.8kpa ＞110.0kpa;地基處理深度范圍內土層承載力fz3=217.9kpa ＞110.0kpa，fz4=246.0kpa ＞110.0kpa;下臥土層承載力fz下臥層4=309.9kpa ＞110.0kpa;fz下臥層5=362.8kpa ＞110.0kpa，均滿足要求?？偝两盗縮=27.55mm200mm，滿足《建筑地基基礎設計規范》中關于建筑物地基變形允許值的規定。

4 基坑支護設計

根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120 -2012)，本工程基坑支護結構的安全等級為二級，基坑側壁重要性系數γ0=1.0。

箱涵施工時需對表層的人工填土進行開挖，由于人工填土層較厚(5.5～7.2m)，且呈松散狀態，開挖所形成的邊坡穩定性較差，邊坡開挖允許坡度1:1.5。3#、4#箱涵距離青田路已建人行道水平距離不足四米，上部素填土土質較差，不能滿足放坡開挖要求，需進行支護。

(1)鋼板樁的選擇。拉森鋼板樁以其自身結構輕、強度大、水密性好、且施工方便、快速等優點，近年在諸多的建設工程中得到廣泛應有。本次設計結合前期另一箱涵施工經驗，綜合考慮本工程實際擬采用拉森Ⅳ型鋼板樁支護。

本工程選用拉森Ⅳ型鋼板樁主要參數:每延米板樁截面面積A=236.0cm2，樁壁慣性矩I=39600.0cm4，抗彎模量W=2200.0cm3，抗彎f=215.0N/mm2，尺寸適中，剛度強。依地質勘察資料選用長度12m 和15m 長鋼板樁(1#、2#、3#為12m，4#箱涵為15m)及三道鋼內撐(水平間距6m)與圍檁共同作用的形式，且鋼板樁入土深度達樁長0.5 倍以上。

(2)計算斷面選取。選取淤泥質土層最厚處斷面DK0 +080.00 進行計算。坡頂超載按20kpa 取值。

圖1 典型斷面鋼板樁支護施工圖

圖2 連續墻支護計算斷面

(3)支護結構計算?；拥燃墳槎?，依據《建筑基坑支護技術規程》JGJ120 -2012，采用增量法進行內力計算。內力按下表分布模式進行加載。

內力計算工況表

(4)結果分析。①內力包絡圖

②截面驗算。彎矩、剪力折減系數分別取0.85 和1.00，荷載分項系數取1.25。

內力計算工況表

基坑內側抗彎驗算(不考慮軸力)

基坑外側抗彎驗算(不考慮軸力)

③穩定驗算。整體穩定驗算:采用瑞典條分法計算整體穩定安全系數Ks=1.815 ＞1.30，滿足規范要求。

抗傾覆驗算:計算工況1～工況7，工況8～工況12 已存在剛性鉸。各工況計算抗傾覆安全系數分別為1.982，2.664，1.940，2.521，1.840，2.284，2.057，均大于1.200，滿足規范要求。

抗隆起驗算:從支護底部開始逐層驗算，支護底部Ks=5.981 ＞1.60，深度18.930 處，Ks=8.125 ＞1.60，抗隆起穩定性滿足。

抗管涌驗算:K=3.061 ＞1.50，滿足規范要求。

④嵌固深度計算。依據《建筑基坑支護技術規程》JGJ120 -2012中支撐式支擋結構按圓弧滑動條分法計算嵌固深度:圓心(-2.488，8.851)，半徑=14.565m，相應穩定系數Ks=1.381≥1.300，嵌固深度理論計算值h0=5.500m，本次設計嵌固深度為Ld=7.650m 滿足要求。

5 結語

通過計算分析可知，對本工程考慮采取水泥攪拌樁進行基礎處理可以滿足基底承載力的要求，同時運用鋼板樁加三道撐的支護形式能維護基坑的開挖穩定。

［1］寇殿良，鋼板樁在市政排水管道基坑支護中的應用，廣西城鎮建設，2010.11.

［2］陳圣賢等，淺析拉森鋼板樁在人防通道基坑圍護中的成功應用，華東建工勘察，2009.04.

［3］潘雷，淺談武鋼工業港排水箱涵基坑支護設計，城市道橋與防洪，2007.11.