特殊地段分洪箱涵基坑支護(hù)設(shè)計(jì)分析

曾寶珍

（福建安瀾水利水電勘察設(shè)計(jì)院有限公司,福建 龍巖 364000）

1 工程概況

葫蘆溪位于龍巖中心城區(qū)西北部,自僑中新校區(qū)以下河段兩岸居民密集,河道狹窄。近年來(lái),葫蘆溪下游河段常受到洪水的威脅,為解決葫蘆溪下游河段防洪安全問(wèn)題,擬在僑中新校區(qū)下游、愛(ài)亭路與葫蘆溪交會(huì)處興建一座箱涵進(jìn)行分洪。經(jīng)分析計(jì)算,分洪箱涵過(guò)流孔口尺寸為7.5 m×3.9 m（寬×高）,為有壓泄洪,最大過(guò)流能力152 m3/s。工程實(shí)施后,葫蘆溪下游河段能滿足50 年一遇洪水的防洪要求。

受愛(ài)亭路、龍巖大道東側(cè)的幼兒園、龍巖大道地下通道影響,分洪箱涵樁號(hào)0+000～0+090 m段施工無(wú)法采用放坡開(kāi)挖,需采取基坑支護(hù)措施,以確保工程施工及周邊環(huán)境的安全。基坑為條形基坑,基坑深度7.80 m～10.5 m,根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012）[1],本工程基坑安全等級(jí)為二級(jí)。

圖1 特殊地段位置示意圖

根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料顯示,樁號(hào)0+000～0+025 段表層為人工堆積的素填土①,厚約7 m～8 m,下部為殘坡積粉質(zhì)粘土③（Qeld）；0+025～0+090 段地表大部分殘坡積粉質(zhì)粘土出露,局部表層為淺薄的填土層。

根據(jù)附近工程類比及現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn),本場(chǎng)地各類巖土主要工程地質(zhì)參數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 各類土層主要工程地質(zhì)參數(shù)值

2 特殊施工主要存在問(wèn)題

2.1 地形地質(zhì)問(wèn)題

工程場(chǎng)地地處城區(qū)中心,兩側(cè)建筑物密集,人員活動(dòng)頻繁,施工場(chǎng)地有限,場(chǎng)地已征整平,該特殊地段基坑開(kāi)挖上部主要為填土層及殘坡積土,下部殘坡積粉質(zhì)粘土層土,土層飽水易軟化,施工支護(hù)的可行性和安全性顯得尤為重要。

2.2 施工技術(shù)問(wèn)題

樁號(hào)0+000～0+090段排洪箱涵橫穿愛(ài)亭路,需考慮工程施工期間愛(ài)亭路交通阻斷時(shí)間長(zhǎng)短的問(wèn)題,左側(cè)臨近幼兒園,右側(cè)緊鄰已建地下人行通道及龍巖大道施工場(chǎng)地,邊墻距排洪箱涵側(cè)墻2.53 m,工程施工需確保不能影響兩側(cè)建筑物的安全,該地段開(kāi)挖深度較高,工程施工還需有安全的施工環(huán)境。

2.3 生態(tài)環(huán)境問(wèn)題

施工期對(duì)環(huán)境的影響,主要為箱涵的土方開(kāi)挖、棄渣、建材堆放等對(duì)施工區(qū)的地表土壤、植被破壞,使工程區(qū)域內(nèi)的土壤直接裸露,造成的水土流失,施工期各種施工機(jī)械、車輛運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)產(chǎn)生的噪聲和粉塵對(duì)施工及城市周邊居民產(chǎn)生不利影響。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

針對(duì)上述存在問(wèn)題,在有限的場(chǎng)地內(nèi)施工,開(kāi)挖后其支護(hù)型式的選擇是后續(xù)工程順利開(kāi)展及安全施工的先決條件。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“安全可靠,經(jīng)濟(jì)合理,技術(shù)可行,方便施工”,確保基坑工程及周邊環(huán)境的安全；基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)考慮場(chǎng)地狹窄施工條件的限制,盡可能選用較少的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式以提高施工工效；在保證基坑及周邊環(huán)境安全穩(wěn)定的前提下充分考慮節(jié)約工程造價(jià),根據(jù)不同地質(zhì)條件及周邊環(huán)境,按照每段的最不利荷載計(jì)算,避免統(tǒng)一按照整個(gè)基坑最不利效應(yīng)組合計(jì)算造成投資浪費(fèi)。

3.1 基坑支護(hù)型式的確定

目前,工程中常用的基坑支護(hù)類型主要有：放坡、土釘墻、重力式水泥土墻、支擋結(jié)構(gòu)。樁號(hào)0+000～0+090 m段分洪箱涵橫穿愛(ài)亭路（交通主干道）,左側(cè)為緊鄰新建僑中附屬幼兒園,箱涵側(cè)墻距幼兒園教學(xué)樓最小距離僅11.0 m,右側(cè)緊鄰龍巖大道地下通道,邊墻距排洪箱涵側(cè)墻僅2.53 m。若采用放坡開(kāi)挖或土釘墻結(jié)構(gòu)型式,所需的臨時(shí)占地較大,均會(huì)破壞周邊建筑物；重力式水泥土墻適用于基坑開(kāi)挖小于7 m的淤泥土質(zhì)或淤泥基坑,且該支護(hù)型式位移相對(duì)較大,墻體厚度也大[2],本地段箱涵基礎(chǔ)開(kāi)挖深度為7.8 m～10.5 m,周邊建筑鄰近且較為重要,不適合該種支護(hù)方式；錨拉式支擋結(jié)構(gòu),工程場(chǎng)地主要為素填土及粉質(zhì)粘土,錨固力小,所需錨固范圍大,且工程與周邊建筑物鄰近,影響周邊建筑物地基安全。

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析,樁號(hào)0+000～0+090 m段分洪箱涵的施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用如下三種支護(hù)型式：

（1）樁號(hào)0+000 m～0+015 m段排洪箱涵橫穿愛(ài)亭路,基坑設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度約為7.8 m,施工期間,道路交通不能大范圍中斷。排洪箱涵基坑左、右兩側(cè)各布一排Φ1500 mm混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30 的沖擊成孔灌注樁,灌注樁采用密排樁,左、右兩側(cè)各布9 根,共18 根,樁長(zhǎng)22.80 m～22.83m,進(jìn)入基坑底部15.0 m,樁頂設(shè)冠梁,尺寸為1500 mm×1000 mm（寬×高）。在保證工程施工安全的情況下,采用該方案對(duì)交通道路的破壞最小,該段工程實(shí)施完成后便可恢復(fù)道路的施工。

（2）樁號(hào)0+025 m～0+090 m段排洪箱涵左側(cè)為幼兒園的圍墻,圍墻內(nèi)緊鄰幼兒園教學(xué)樓,基坑的設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度為8.2 m～10.5 m,建筑物的重要性要求較高,該段基坑支護(hù)采用Φ1200 mm混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30 的沖擊成孔灌注樁,共設(shè)56 根,樁長(zhǎng)23.2 m,進(jìn)入基坑底部15.0 m,上部約2.0 m采用1∶1.25放坡開(kāi)挖,樁頂設(shè)冠梁,尺寸為1200 mm×1000 mm（寬×高）,沿基坑深度與對(duì)側(cè)的鋼板樁設(shè)一道對(duì)撐；樁號(hào)0+015 m～0+025 m段排洪箱涵右側(cè)為在建龍巖大橋施工場(chǎng)地,左側(cè)為幼兒園的圍墻,基坑設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度為8.2 m,兩側(cè)各布置一排Φ1200 mm混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30 沖擊成孔灌注樁作為本段基坑的支護(hù)型式,左、右兩側(cè)各布8 根,共16 根,樁長(zhǎng)23.2 m,進(jìn)入基坑底部15.0 m,樁頂設(shè)冠梁,尺寸為1500 mm×1000 mm（寬×高）。

圖2 灌注樁橫剖面圖

（3）樁號(hào)0+025 m～0+090 m段排洪箱涵右側(cè)緊鄰龍巖大道地下通道,邊墻距排洪箱涵側(cè)墻僅2.53 m,工程施工場(chǎng)地有限,設(shè)計(jì)基坑支護(hù)采用沿線布置一排FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁,壁厚15.5 mm,樁長(zhǎng)12 m,埋入基坑底部4.0 m。鋼板樁支護(hù)由FSP-Ⅳ型拉森鋼板樁、鋼圍檁、橫向內(nèi)支撐及托架等組成,鋼圍檁采用40 a工字鋼,樁頂下2.2 m設(shè)一道間距3.0 m的Φ300 mm×10 mm的鋼管支撐。

圖3 鋼板樁橫剖面圖

圖4 特殊地段基坑支護(hù)平面布置圖

3.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)及周邊環(huán)境,該特殊地段基坑開(kāi)挖支護(hù)主要采用混凝土灌注樁及鋼板樁兩種型式, 其中樁號(hào)0+000 m～0+025 m混凝土灌注樁為懸臂式支擋結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)計(jì)算嵌固深度的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)最大位移情況判定結(jié)構(gòu)能否滿足支擋要求,結(jié)構(gòu)采用平面桿系結(jié)構(gòu)彈性支點(diǎn)法進(jìn)行分析；樁號(hào)0+025 m～0+090 m右側(cè)為拉森鋼板樁,計(jì)算包括內(nèi)力、變形及整體穩(wěn)定性的計(jì)算,結(jié)構(gòu)分析采分為擋土結(jié)構(gòu)及內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。作用于樁基的外力主要為土壓力及其附加荷載,樁號(hào)0+000 m～0+015 m段,考慮二級(jí)公路車輛的附加荷載按20 kPa計(jì)算,其余樁號(hào)段不考慮附加荷載。

支擋結(jié)構(gòu)計(jì)算工況分基坑開(kāi)挖至各支撐施工面及開(kāi)挖至坑底時(shí)內(nèi)力分析計(jì)算,計(jì)算方法采用“增量法”。擋土構(gòu)件嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力滿足Psk≤EPk的要求（Psk擋土構(gòu)件嵌固段上的基坑內(nèi)側(cè)土反力標(biāo)準(zhǔn)值kN, EPk擋土構(gòu)件嵌固段上的被動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值kN）。

設(shè)計(jì)采用理正深基坑軟件進(jìn)行分析計(jì)算,計(jì)算最不利工況下排樁穩(wěn)定、內(nèi)力、位移值,各支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移包圖見(jiàn)圖5、圖6、圖7,成果見(jiàn)表2、表3。

圖5 Φ1500灌注樁內(nèi)力位移內(nèi)絡(luò)圖

圖6 Φ1200灌注樁內(nèi)力位移內(nèi)絡(luò)圖

圖7 拉森鋼板樁內(nèi)力位移內(nèi)絡(luò)圖

表2 混凝土灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算成果

表3 鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算成果

本工程的安全等級(jí)為二級(jí),抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ke≥1.2,整體抗滑穩(wěn)定系數(shù)Ks≥1.3,抗隆起穩(wěn)定系數(shù)Kb≥1.6,樁頂水平位移s＜H1/300（H1為開(kāi)挖深度）,Q235型鋼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]≤215 N/mm2, 抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]≤125 N/mm2[1]。由表2、表3計(jì)算的成果,各支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容均滿足規(guī)范要求。

3.3 基坑變形安全監(jiān)測(cè)

通過(guò)基坑變形安全監(jiān)測(cè),可獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況,從而綜合分析判斷支護(hù)體及周邊環(huán)境的安全狀況。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)完成后,采用基坑安全監(jiān)測(cè)在了解、掌握支護(hù)體及周邊環(huán)境的穩(wěn)定情況,指導(dǎo)工程安全施工,避免事故發(fā)生具有重要意義。

根據(jù)中心城區(qū)軟土地基基坑支護(hù)施工實(shí)踐總結(jié),工程基坑支護(hù)安全監(jiān)測(cè)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）圍護(hù)樁或基坑邊坡沿支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部每隔15 m～20 m布置一個(gè)水平位移、豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)；（2）在支撐內(nèi)力較大或整個(gè)支撐體系統(tǒng)中起控制作用的桿件上每層支撐的內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)不少于3個(gè),基坑周邊建筑一側(cè)墻體的不少于3個(gè)位移觀測(cè)點(diǎn)；（3）對(duì)有新裂縫出現(xiàn)或裂縫變寬部分,需及時(shí)增設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。

3.4 基坑支護(hù)效果

特殊地段基坑施工問(wèn)題復(fù)雜,通過(guò)分析各類問(wèn)題,根據(jù)場(chǎng)地的周邊環(huán)境特點(diǎn),設(shè)計(jì)采用多種不同的支護(hù)型式。通過(guò)基坑的支護(hù),最大限度地減少工程的施工占地,減少工程區(qū)環(huán)境污染。且基坑支護(hù)技術(shù)成熟,可大大縮減工期,為工程的安全施工及周邊建筑物的安全提供保障,為城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展?fàn)幦氋F的時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）目前,龍巖市葫蘆溪分洪箱涵工程已建設(shè)完成并投入運(yùn)行,樁號(hào)0+000～0+090段排洪箱涵的施工過(guò)程中,支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境未出現(xiàn)明顯變形情況,在施工過(guò)程中通過(guò)基坑變形安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),變形量均在允許范圍內(nèi)。

（2）基坑支護(hù)技術(shù)在城鎮(zhèn)化建設(shè)快速發(fā)展的今天,在工程建設(shè)中被廣泛運(yùn)用,根據(jù)地形、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境選用安全經(jīng)濟(jì)的支護(hù)方案,對(duì)工程的安全施工,確保施工質(zhì)量起到很好的作用,同時(shí)也對(duì)周邊環(huán)境及建筑起到保護(hù)作用。