近海塘大堤的承臺深基坑支護結構設計與應用

趙立波，胡學偉，陳 浩

（中交路橋華東工程有限公司，上海市 200135）

1 工程概況

奚家港大橋是外傾式飛燕系桿拱橋，跨徑組合為（30+120+30）m，全長180 m，橋梁寬度35～39.5 m。主梁為直線形鋼箱梁，梁高2.5 m。主拱呈飛燕式布局，矢高28 m，外傾13.89°，采用矩形斷面，寬度1.8 m，高度2.2 m。

奚家港大橋10#、11#墩為主墩，主墩承臺為啞鈴型，結構尺寸為35 m×11.2 m×3 m。兩個主墩承臺分別位于奚家港海塘大堤東、西兩岸，緊鄰海塘防洪大堤。10# 墩基坑開挖邊線距防汛墻最小距離為10.7 m，基坑深度6.74 m；11# 墩基坑開挖邊線距離防汛墻最小距離為11.2 m，基坑深度6.54 m。奚家港海塘大堤為一線海塘防洪堤，設計防洪等級為100 a 一遇，防洪大堤上設直立式防浪墻，防洪大堤兼做附近商品混凝土拌合站運輸材料的進出場道路，重載車輛較多，坑外動荷載大。

2 地質條件

承臺施工場區內淺部廣泛分布砂性土與粉性土，沉積時代新，飽水，抗震設防烈度按7 度考慮。承臺基坑開挖影響范圍內土層從上至下為①1-2素填土、②2-2灰色黏質粉土夾淤泥質粉質黏土、②3-2灰色砂質粉土，其中②2-2、②3-2土層滲透性強，為強透水層，該層在地下水動力下易發生流砂現象，嚴重時會發生地面塌陷、基坑坍塌等事故，基坑施工時需做好降水、隔水措施，詳細地質參數見表1。

表1 地質條件參數表

3 基坑支護結構設計

奚家港主橋承臺基坑距海塘大堤較近，坑外荷載大，開挖深度深，施工周期長，地質條件差，易出現滲漏、流砂。為了嚴格控制基坑變形和坑外地表沉降，防止基坑開挖過程中出現滲漏情況，縮短施工工期，基坑支護結構采用了拉森鋼板樁+兩軸水泥攪拌樁的復合支護結構體系。

拉森鋼板樁采用NSP-ⅣW型，截面尺寸為600×210×18.0 mm，樁長18 m。基坑內設兩層圍檁及內支撐，圍檁采用雙拼HM500×300×11×18 mm型鋼，內支撐及角撐采用Φ609×16 mm 鋼管；每層內支撐布置5 道，間距為3.9 m和4.0 m，見圖1、圖2。為減小因基坑施工對海塘大堤結構造成的影響，在臨近海塘大堤側及基坑短邊側設雙排Φ700@500 兩軸水泥攪拌樁，樁長19 m；水泥摻量13%，水灰比0.6，水泥攪拌樁28 d 無側限抗壓強度qu≥0.8 MPa。

圖1 基坑支護結構平面設計圖（單位：cm）

圖2 基坑支護結構立面設計圖（單位：cm）

4 基坑支護結構模擬計算結果分析

基坑支護結構模擬計算以10# 墩為例，計算軟件采用同濟啟明星深基坑支擋結構設計計算軟件FRWS 9.0，本構選用修正-庫倫摩爾。通過建立二維計算模型，模擬施工中的五種工況，分別對支護結構變形、彎矩、剪力以及地表沉降進行模擬計算。

4.1 基坑支護結構計算結果分析

工況一：基坑開挖至0.5 m后，支護結構的變形、彎矩、剪力沿深度方向的曲線分布如圖3。

圖3 開挖至0.5 m后各曲線分布圖

工況二：安裝第一道支撐后，支護結構的變形、彎矩、剪力沿深度方向的曲線分布如圖4。

圖4 安裝第一道支撐后各曲線分布圖

工況三：基坑開挖至3.14 m，支護結構的變形、彎矩、剪力沿深度方向的曲線分布見圖5。

圖5 基坑開挖至3.14 m后各曲線分布圖

工況四：安裝第二道支撐后，支護結構的變形、彎矩、剪力沿深度方向的曲線分布如圖6。

圖6 安裝第二道支撐后各曲線分布圖

工況五：安裝第五道支撐后，支護結構的變形、彎矩、剪力沿深度方向的曲線分布如圖7。

圖7 安裝第五道支撐后各曲線分布圖

通過計算，支護結構在各階段的最大變形、彎矩、剪力值如表2 所示。

表2 支護結構計算結果匯總表

4.2 地表沉降計算結果分析

工況一：基坑開挖至0.5 m后，地表沉降曲線圖如圖8。

圖8 基坑開挖至0.5 m后地表沉降曲線圖

工況二：安裝第一道支撐后，地表沉降曲線圖如圖9。

圖9 安裝第一道支撐后地表沉降曲線圖

工況三：基坑開挖至3.14 m后，地表沉降曲線圖如圖10。

圖10 基坑開挖至3.14 m后地表沉降曲線圖

工況四：安裝第二道支撐后，地表沉降曲線圖如圖11。

圖11 安裝第二道支撐后地表沉降曲線圖

工況五：基坑開挖至6.74 m后，地表沉降曲線圖如圖12。地表沉降計算結果匯總見表3

表3 地表沉降計算結果匯總表 單位：mm

圖12 基坑開挖至6.74 m后地表沉降曲線圖

5 施工監控量測

為真實掌握在施工過程中基坑支護結構和海塘大堤的變形發展情況，動態指導施工，保證基坑施工和海塘大堤的安全，基坑施工期間，對基坑及支護結構的變形和其影響范圍內的外部結構物，以及其它與施工有關的項目進行了監控測量。本文主要對支護樁頂水平位移、支護樁側最大位移和海塘大堤防浪墻的豎向位移三個項目的監控量測數據進行了整理分析，詳細數據見表4 至表8。

表4 基坑監測項目及報警值

表5 樁頂水平位移監測值 單位：mm

6 結語

奚家港主橋承臺基坑施工邊界條件復雜，坑外恒載、動載大，地質條件差，施工中采用的雙向水泥攪拌樁+拉森鋼板樁的復合支護樁結構不僅起到較好的止水效果，而且水泥攪拌樁自身具有一定的強度，進一步提高了拉森鋼板樁的抗彎剛度。雙向水泥攪拌樁作為非主要支護結構，可在其自身未達到設計強度時即開挖第一層土體，施作第一層支撐，較SWM 工法樁可縮短施工工期。通過奚家港主橋承臺基坑的施工說明，采用雙向水泥攪拌樁+拉森鋼板樁的支護結構合理、可行，類似施工條件的深基坑可參考借鑒。

表6 10# 墩基坑支護樁側向最大位移監測數據表

表7 11# 墩基坑支護樁側向最大位移監測數據表

表8 防浪墻垂直位移監測值 單位：mm