門架式永臨結合結構在基坑圍護中的應用

沈　波　陳能成

（長江勘測規劃設計研究有限責任公司上海分公司上海200439）

門架式永臨結合結構在基坑圍護中的應用

沈波陳能成

（長江勘測規劃設計研究有限責任公司上海分公司上海200439）

西彌浦泵閘工程周邊條件復雜，基坑無法滿足開挖，并要求于非汛期完成主體結構施工。針對這種施工周期緊張、施工條件復雜的情況，本工程內外河翼墻采用門架式雙排樁永臨結合的方案。通過技術分析，特別是對內力及位移計算，并結合施工措施控制及對周邊建筑物影響分析，本方案切實可行，既節省造價，又減少施工周期，優勢明顯。本文以工程實例應用作介紹，可為類似案例提供借鑒。

門架式結構；永臨結合；基坑圍護；泵閘

1　工程概況

西彌浦泵閘工程位于上海市寶山區，主要由泵閘主體及上下游消能結構等組成。本工程為Ⅰ等工程，設防標準千年一遇。泵閘段長27m，上游側設長12m的消力池以及長25m的海漫，下游側設長15m的消力池及長40m的海漫，內外河海漫、進水池、消力池及連接段翼墻均采用與基坑圍護結構相結合的永臨結合結構形式。

2　基坑概況

基坑場地四周條件復雜，主要以企業廠房為主。左岸為工業碼頭及廠房：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，磚混結構。基坑周邊地面絕對標高取5.00m，各區段開挖深度達5m～8.1m。

3　基坑地質情況

基坑場地內揭露有①1層填土、①2層浜底淤泥，②層粉質粘土，③層淤泥質粉質粘土，③夾層砂質粉土，④層淤泥質粘土，⑥層粉質粘土、⑦1層砂質粉土及⑦2層砂質粉土，所采用的基坑圍護設計參數見表2。其中，基坑淺層主要土層為③層淤泥質粉質粘土及④層淤泥質粘土，土質差較，對基坑穩定帶來不利。

③層淤泥質粉質粘土參數：c=11 kPa，φ=12.5°；④層淤泥質粘土參數：c=16.6kPa，φ=10.5°

4　基坑圍護結構

基坑支護設計必須確保周圍環境安全可靠，力求做到經濟合理，方便施工，節約工期。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③、④層淤泥質土具觸變和流變等特性，在動力作用下土體強度極易降低，因此在開挖過程中應防止土體擾動，并應及時進行基礎底板澆筑；基坑開挖范圍內③夾層砂質粉土粘聚力低，在水頭壓力下有產生流砂的可能性，故應確保圍護體具有良好的止水性能。

根據上海市工程建設規范《基坑工程技術規范》（DG/TJ08-61-2010），判定基坑臨時圍護結構安全等級為二級，永臨結合圍護結構安全等級為一級，環境保護等級為二級［3］。本基坑圍護結構設計綜合考慮因素主要有：

1）經濟合理，部分圍護結構要求與泵閘永久結構相結合，在保證安全的情況下要盡量做到經濟合理；

2）方便施工，由于本工程主體結構需在非汛期完成，需節省工期；

3）工程周邊環境較復雜，應采用對土體擾動小，安全可靠的圍護形式；

4）基坑形狀狹長，形狀狹長則長邊效應明顯，根據基坑工程時空效應原理，在土體徐變及基坑長邊效應的影響下，圍護可能產生較大的變形。應根據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，減少基坑暴露時間，減少土體流變產生的影響；

綜合以上因素，內外河海漫段、消力池段、及連接段圍護結構采用永臨結合。由于基坑較深，永久結構穩定、滲流及位移等要求高，因此采用剛度大、穩定性好的雙排鉆孔灌注樁，門架式結構。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。頂部縱橫向設置冠梁，形成門架結構。消力池只需設底板結構，待底板達到強度后，可形成換撐作用。該基坑位置距周邊廠房約5.17m，廠房為淺埋基礎鋼構架結構，施工期對廠房的影響也是至關重要。

5　基坑計算分析

基坑計算的主要內容為：整體穩定、抗傾、管涌、隆起、圍護結構的內力及位移。其中對于整體穩定、抗傾、管涌、隆起，理論計算原理雙排樁結構同單排樁一致，相對簡單。但對于結構內力及位移計算，雙排樁較為復雜，本文側重對此進行分析。

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

a）樁間土靜止土壓力模型

假定前排樁樁前受被動土壓力，后排樁樁后受主動土壓力，樁間土壓力為靜止土壓力，并采用經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，計算結果誤差很大。

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”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土壓力的分布也起關鍵影響。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前后排樁的土壓力分布的影響［1］。

為提高計算精度，達到計算結果的真實性和合理性，本次計算分析采用前后排樁土壓力分配模型計算。本結構為雙排樁矩形布置，主動土壓力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計算簡圖

圖1　圍護結構斷面

圖3　施工期內力位移包絡圖

圖4　運行期內力位移包絡圖

主要計算結果：永臨結合結構，主要計算兩個工況，一為施工期，二為運行期。

根據計算結果可見，樁身位移最為敏感，由于工程永臨結合要求及環境等級限制，樁身位移允許位值小。因此對樁體本身的剛度及強度要求高，可見采用門架式雙排樁結構是合理的。

6　對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鄰近建筑物的影響進行了計算分析。支護結構應用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。

計算區域為：豎直向影響深度一般≥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）。水平方向為X方向，垂直方向為Y方向，且對X邊界施加X向位移約束，Y邊界施加Y向約束。計算中在建筑物與基坑支護結構之間考慮施工超載20kPa。

圖5　周邊建筑物影響分析云圖

根據計算分析，周邊廠房垂直位移為15.32mm，滿足規定值20mm。可見，施工期周邊建筑物是安全的。

7　施工注意事項

施工過程中，應做好監測工作，用監測數據指導施工，永臨結合結構對變位更為敏感，因此監測要求更高。

由于基坑周邊建筑物較近，在基坑施工之前，應對基坑周圍的建（構）筑物進行詳細的調查，并對已存在的裂縫、下陷等情況進行記錄。并在施工過程中及完工后對建筑物作好監測，各階段進行對比分析，作好建筑物保護工作。

灌注樁排樁應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小于4倍樁徑，或間隔時間不應小于36h［1］。深層水泥土攪拌樁施工會擾動土體，引起周邊道路的變形，必須重點監測周邊道路地表、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引起道路隆陷甚至開裂，應嚴格控制攪拌樁的施工速度。必須重點監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注意相鄰的攪拌樁與混凝土樁施工的時間安排和攪拌樁成樁的垂直度。為保證攪拌樁質量，應安排于灌注樁完成后再施工，以避免因灌注樁施工對攪拌樁防滲墻形成的破壞。

表2　基坑圍護計算結果

8　結語

通過本工程實例可見，泵閘內外河兩岸翼墻采用門架式永臨結合圍護結構是可行的，也是合適的。不僅保證了基坑的安全，滿足臨時及永久結構要求，也減少了兩岸翼墻投資，經濟合理；整個內外河側主體結構減少，縮短施工周期至少2個月，為滿足汛期通水創造了時間條件，減小了區域防汛壓力。同時，永臨結合結構對于變位的控制要求較高，在施工過程中也應作好詳細監測。綜上可見，門架式永臨結合結構在水利工程中有其特定優勢的，技術成熟可靠，能得到廣泛的應用。陜西水利

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

［2］龔曉南.地基處理手冊（第三版）［M］，中國建筑工業出版社，2008.

［3］DG/TJ08-61-2010.《基坑工程技術規范》［S］.

（責任編輯：暢妮）

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