裝配式鋼支撐在淤泥質土船閘深基坑中應用探究

孫昌興，蔡敏 （安徽省城建設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230051）

0 前言

船閘基坑一般開挖深度較大，且土質條件差，傳統支護形式多為大放坡結合多級平臺，懸臂樁支護形式，基坑邊坡變形較大，在土質較好、周邊環境變形控制要求不高時可以順利實施。

內支撐支護技術在民用建筑行業發展較為成熟，但在船閘建設工程中應用較少，主要原因為船閘側墻施工一般為高大模板一次澆筑成型，且內支撐立柱布設受閘室、閘首結構復雜限制不靈活，傳統混凝土拆除時需搭設腳手架等輔助措施，工程造價較高且施工難度大，在懸臂結構無法滿足變形控制要求時寧愿選擇錨索（桿）等外拉式結構，在土質較差或周邊有建（構）物時外拉式結構帶來的風險較大。

本文以某淤泥質船閘深基坑支護為例，分析基坑產生大變形時裝配式鋼支撐的應用，結合現場監測檢測數據對變形土體土質參數進行折減，并分析計算裝配式鋼支撐對周邊環境影響，通過監測數據實時調整裝配式鋼支撐預應力，實現基坑自身及周邊環境安全。

1 工程概況

1.1 基坑工程及周邊環境概況

本基坑為長條形，基坑長度約330m，閘室寬度約34m，閘首寬度約59m，基坑開挖深度為15.0～19.3m，坑底位于淤泥質粘土中。基坑南側為現狀河堤道路，河堤頂距離圍護樁凈距約15.0～50.0m，河堤外側為現狀民房；北側坡頂為現狀民房，圍護樁距離民房凈距約15.0～45.0m，民房多為1～3F淺基礎，結構完整性較差。基坑原設計采用大直徑雙排樁（φ1200～1400）+上部放坡支護形式，并采取攪拌樁加固土體，雙排樁頂至基坑底高差約10.0～11.0m。基坑閘首及閘室位置大范圍開挖至距坑底約5.0m時，臨房屋側在閘首區域局部挖土至基坑底，后因汛期降水量較大，施工進度受限且基坑排水困難，造成坡頂房屋及路面開裂，水平位移監測值最大超100mm，遠超基坑變形預警值，后土方反壓回填至大范圍開挖標高后變形逐漸趨于穩定。

圖1 基坑支護周邊環境關系圖

1.2 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，本基坑典型工程地質剖面如圖2所示。擬建場地內地基巖土構成層序自上而下為：①層雜填土厚度0.4～4.3m；③層淤泥質粉質黏土，灰黑色，流塑狀態，局部為軟塑狀態黏性土，含有機質、貝殼，夾粉土、粉細砂薄層，局部為淤泥質黏土，厚度13.80～21.40m；④層黏土厚度0.70～10.00m；⑦層圓礫厚度0.30～7.60m；⑧1層強風化砂巖厚度0.70～3.50m；⑧2層中風化砂巖未揭穿。勘察場地地下水主要為潛水，局部為上層滯水，深層為微承壓水，主要賦存于淤泥質粉質黏土中，勘察期間實測地下水埋深為0.50～4.70m，地下水水位高程4.11～9.24m；深部地下水對本工程影響不大。勘察期間（2015年9月8日）船閘上游水位為6.857m，下游水位為4.72m。

圖2 典型工程地質剖面圖

2 設計方案

2.1 計算參數

勘察報告提供的土層材料的物理力學參數如表1，根據現場變形監測及檢測、補勘結果，結合反分析計算，本次加固設計計算時對原勘察報告中土體力學參數折減后取用，已施工圍護樁按原設計參數進行計算。

土層物理力學參數 表1

2.2 設計方案

經分析計算，基坑加固需布設兩道支撐，因現狀土方已自冠梁頂開挖4.0m，混凝土支撐架設需搭設腳手架，且冠梁澆筑完成，新增混凝土支撐與冠梁連接困難，且閘室為底板+側墻U型結構，混凝土支撐拆除困難，經比選采用裝配式鋼支撐，其優點為節點連接為全螺栓拼接，施工速度快，且無需搭設腳手架，千斤頂為每根支撐構件的一部分可實時監控預應力并進行補償，能夠很好地控制基坑變形，后期拆除較為簡便。

由于基坑在閘首位置變寬，在基坑閘室與閘室過渡段增設旋噴錨索補強，支撐自上而下布設兩道，立柱根據閘室、閘首后澆帶位置布設，閘室段設置兩排立柱，閘首段設置三排立柱。利用閘室結構施工縫進行拆換撐設計，經分析計算采用此支護方案各項安全系數滿足規范要求，周邊環境變形可控，施工可行性強。支護設計平面、剖面圖如圖3和圖4所示。

圖3 基坑支護平面布置圖

圖4 閘首段支護典型剖面圖

2.3 施工布署

因本工程基坑已產生較大變形，為進一步驗證支護結構可行性及探究施工重難點控制，并避免大范圍施工對周邊環境的不利影響，在閘室段施工試驗段，立柱樁及第一道支撐在大范圍土方開挖面施工（距冠梁頂4.0m），第一道支撐架設完成后分層開挖土方并施工樁間防護，開挖至第二道支撐標高時架設第二道支撐，施工過程中進行連續變形觀測動態調整施工進程，控制樁頂及坡頂施工荷載，施工通道布設于基坑內，盡量減小坡頂荷載對基坑的不利影響，根據實驗段變形監測結果，自第一道支撐架設至基坑開挖到底支護結構及周邊環境均處于安全狀態。試驗段開挖完成后分段開挖其余區域，實現裝配式鋼支撐場地內重復利用，節約工程造價。本工程裝配式鋼支撐實景如圖5所示。

圖5 裝配式鋼支撐實景圖

3 變形監測分析

根據基坑深度、支護形式及周邊環境情況，變形監測項目主要為圍護樁深層水平位移、豎向位移，地表沉降，支撐軸力及建筑物沉降，根據觀測結果，采用裝配式鋼支撐支護方案基坑開挖完成后支護樁深層水平位移最大值為20mm左右，豎向位移為4mm左右，地表沉降為25mm左右，支撐軸力最大值為1900kN左右，滿足變形控制要求，支撐軸力監測變化曲線如圖6所示。

圖6 鋼支撐軸力變化曲線圖

4 結論

根據工程實施效果可以證明，裝配式鋼支撐在淤泥質土船閘深基坑中具有較強的可實施性，主要結論如下：

①淤泥質土中船閘深基坑采用裝配式鋼支撐支護能夠較好地控制支護結構及周邊環境變形，且對結構施工影響較小；

②裝配式鋼支撐能夠實施根據應力監測結果對預應力損失支撐進行補償，較好的實現了基坑信息化施工，且裝配式鋼支撐可做到隨撐隨挖，不需養護，拆卸后可重復利用，裝配率高，其施工較傳統混凝土支撐對場地的要求較小，是一種綠色支護技術，具有較好的推廣應用前景。