遮簾式地連墻在魚珠隧道工程中的應用

羅志安

(廣東珠榮工程設計有限公司，廣東 廣州 510610)

1 項目概況

魚珠隧道南起廣州市海珠琶洲片區新港東路，北至黃浦魚珠片區珠吉路，隧道工程主線全長2.4 km，其中跨越珠江段采用沉管施工。由于隧道沉管基槽開挖深度大，基槽與兩岸堤防連接處最大臨空面高度19 m～20 m，勢必影響兩岸現有堤防的安全穩定。為保證沉管基槽開挖期間堤防正常使用，需在基槽影響范圍內采用支護結構對原堤防進行結構加強。

2 支護結構選型

地連墻結構具有工效高、工期短、質量可靠、環境影響小、經濟效益高等特點[1]，在基坑工程中得到了廣泛應用。

格構型地連墻具有剛度大、整體性強的特點，更適用于深度較大、變形要求嚴格的基坑工程，例如廣州市如意坊放射線工程芳村端堤防加強結構基坑深度達18.8 m、澳門內港擋潮閘東側堤岸加強結構基坑深度達19 m，均采用格構式地連墻結構加強護岸。格構式地連墻為懸臂結構，受力條件較錨拉式支擋結構差，因此在用于深度較大的基坑支護時，支護結構斷面大，工程投資造價高，且具有中隔墻連接部位施工難度大、施工質量難以保證的缺點。

傳統的板樁式碼頭為典型的錨拉式支擋結構，但一般適用于中小型碼頭，目前只用于墻高不大的情況，一般在10 m以下[2]。

遮簾式板樁結構近年來在碼頭設計中逐漸興起，為我國自主創新的結構型式，總體上處于國際領先水平[3]。遮簾式板樁結構在傳統的板樁碼頭結構前墻后一定范圍內設置灌注樁作為遮簾樁，讓其承擔一部分土壓力，減少了前墻的厚度，同時增強了其抗傾覆的能力，可用于基坑深度10 m以上的支擋結構設計。與格構式地連墻結構相比，遮簾式板樁結構施工工藝簡單，且遮簾樁間的空隙可用于錨索的布置，受力條件較格構式地連墻結構好，支護結構斷面小，投資造價節省。

遮簾式板樁結構分為全遮簾式結構和半遮簾式結構兩種[4]。其中全遮簾式板樁結構遮簾樁與前墻由拉桿或承臺聯系，半遮簾式板樁結遮簾樁與前墻相獨立，僅僅起到減少前排樁土壓力的作用，遮簾效應較全遮簾式板樁結構弱。

魚珠隧道堤防加強結構前期對格構型地連墻支護方案和遮簾式地連墻方案(即全遮簾式板樁方案)進行方案比選。

格構式地連墻方案臨水側、背水側各設1道T型地連墻，地連墻最大長度為30 m，梁肋處設1道中隔地連墻連接，中隔墻及梁肋間距5.0 m，地連墻厚度均為1.0 m，梁肋高1.5 m，中隔墻寬4.0 m；樁頂設鋼筋砼卸荷承臺，承臺底高程4.0 m，承臺總寬9.0 m，厚1.0 m；承臺臨水側設鋼筋砼胸墻結構，胸墻厚0.5 m，胸墻頂高程8.0 m；結構斷面見圖1和圖2。

圖1 格構式地連墻斷面圖

圖2 格構式地連墻平面圖

遮簾式地連墻方案臨水側設1道厚1.0 m T型地連墻，地連墻最大長度為30 m，墻肋間距4.0 m，平面尺寸2.8 m×1.0 m，墻后5.25 m、9.75 m各設1排φ1500遮簾樁，樁間距4.0 m，樁排距4.5 m，2排樁錯縫布置；樁頂設鋼筋砼卸荷承臺，承臺底高程4.0 m，承臺總寬13.4 m，厚1.0 m，承臺臨水側設鋼筋砼胸墻結構，胸墻厚0.5 m，胸墻頂高程8.0 m；承臺與遮簾樁交接位置各設1道750 kN預應力錨索，錨索長約50 m；結構斷面見圖3和圖4。

圖3 遮簾式地連墻斷面圖

圖4 遮簾式地連墻平面圖

對兩方案進行技術經濟比較見表1。

表1 支護結構方案比較表

本工程堤后弱風化基巖埋深約20 m，具備設置錨索的地質條件，且堤后施工場地較為寬敞，經對比，遮簾式地連墻方案明顯占優，因此推薦采用該方案加強堤防支護。

3 結構計算

鑒于兩岸珠江堤防為1級堤防，支護結構安全等級為一級，位移控制值取30 mm。

遮簾式板樁結構宜考慮土體的彈塑性特性和樁土相互作用，采用三維數值分析方法進行計算[5]。劉文平等[6]也通過數值計算與實際工程監測結果對照分析，證明兩者結果基本吻合。本工程采用MIDAS GTS NX軟件對遮簾式板樁結構設計進行三維有限元計算復核。選取一個完整T型地連墻結構作為計算寬度范圍，地下連續墻、遮簾樁、卸荷承臺等混凝土結構以及各土層均采用實體單元進行模擬，錨索采用植入式桿單元進行模擬，網格模型見圖5和圖6。

圖5 計算網格模型正視圖(沉管基槽開挖前)

圖6 計算網格模型正視圖(沉管基槽開挖后)

各材料計算參數及本構模型見表2及表3。

表2 不同材料計算參數及本構模型

表3 錨索參數

模型底部采用三向約束，三個側面采用法向約束，對稱面采用對稱約束。計算工況背水側取水位為7.0 m，臨水側取歷史最低水位3.07 m，堤身考慮滲流，臨水側開挖底高程取最低-11.39 m，錨索預拉力按600 kN考慮，施工過程為施工平臺開挖→地連墻、遮簾樁及承臺施工→預應力錨索施工→承臺上方土方回填→沉管基槽開挖，計算結果見圖7～圖12及表4。

表4 應力變形計算結果匯總表

圖7 支護結構X向位移云圖

圖8 支護結構Z向位移云圖

圖9 地連墻Z向應力云圖及彎矩圖

圖10 前排遮簾樁Z向應力云圖及彎矩圖

圖11 后排遮簾樁Z向應力云圖及彎矩圖

圖12 錨索軸力云圖

經計算，基坑開挖完成后，卸荷承臺擋墻頂部最大水平位移為24.5 mm，地連墻最大水平位移為22.3 mm，前排遮簾樁最大水平位移為22.5 mm，后排遮簾樁最大水平位移為22.4 mm。均不超過一級基坑要求的限制30 mm。

地連墻最大豎向拉應力為8.76 MPa，位于T型地連墻背水側與強風化層接觸部位處；最大壓應力為9.86 MPa，位于地連墻背水側頂部與承臺接觸部位。前排遮簾樁最大豎向拉應力為6.92 MPa，位于遮簾樁與卸荷承臺交接部位；最大壓應力為6.41 MPa，位于遮簾樁與卸荷承臺交接部位。后排遮簾樁最大豎向拉應力為9.22 MPa，位于遮簾樁與卸荷承臺交接部位；最大壓應力為10.30 MPa，位于遮簾樁與卸荷承臺交接部位。最大壓應力均小于C35混凝土抗壓強度設計值。

錨索最大軸力為723 kN，采用750 kN級錨索可滿足設計要求。

4 結語

(1)遮簾式板樁結構可用于基坑深度較大的支擋結構設計。

(2)遮簾式板樁結構較格構式地連墻結構投資費用節省，施工簡便可控。

(3)遮簾式板樁結構可與預應力錨索結合，構成錨拉式結構，較懸臂式支擋結構受力條件更好。