上海地區(qū)泵閘基坑圍護設計要點研究

周 小 波

(昆山時代房地產開發(fā)有限公司，江蘇 蘇州 215324)

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上海地區(qū)泵閘基坑圍護設計要點研究

周 小 波

(昆山時代房地產開發(fā)有限公司，江蘇 蘇州 215324)

介紹了基坑圍護設計中常見的問題，并結合上海市虹口區(qū)某泵閘工程概況，分析了影響基坑圍護設計的因素以及施工要點，在此基礎上，科學地評價了各種圍護方案的利弊，論證了鉆孔灌注樁法的合理性。

基坑，泵閘，圍護設計，鉆孔灌注樁

基坑工程是一門綜合性較強的系統(tǒng)工程[1]。周邊的環(huán)境以及地質條件都會對基坑的圍護產生很大的影響。因此，在基坑圍護方案的選擇上，也要立足于整個結構的穩(wěn)定性，進行技術經濟比較。

1 基坑圍護設計中常見問題

1.1 土壓力的選擇問題

基坑設計首先面對的是土壓力的選取，而經典計算理論主要為庫侖土壓力理論和朗肯土壓力理論。在兩種理論基礎上，當擋墻達到一定位移值，即可計算得出主動土壓力值和被動土壓力值。在實際工程中，圍護結構的位移值往往比計算小。若不修正，計算的主動土壓力值會比實際值小。另外，兩種理論計算都需要土體的抗剪強度指標，而指標的選取值與土工試驗的測定方法相關。在一定程度上，土壓力值的選取受到了理論誤差和人為因素的雙重影響[2]。

同時，在土壓力計算中，土壤中水分的影響十分大。一般情況下，將粘性土進行水土合算，而砂性土采取分算。實際土層十分復雜，土壤中的水分形態(tài)不一，不能簡單歸為粘性土或砂性土。

1.2 重力式擋土墻的穩(wěn)定性問題

在淺基坑的圍護設計中，重力式水泥攪拌樁被廣泛使用。由于充分利用了水泥土的強度，擋土墻的整體強度高，樁體連續(xù)性好[3]。但是，擋土墻的選取也需要根據地質條件和基坑深度進行調整，否則會使擋土墻發(fā)生位移，造成墻體變形甚至開裂。當土質較為疏松時，擋土墻的建設會使土體的應力平衡受到破壞，墻體下方的土發(fā)生移動[4]。

1.3 支撐結構問題

施工過程中，由于深挖基坑的周期較長，深度較大，常常需要一些支撐結構保證圍護的穩(wěn)定性。由于鋼管抗壓承載力大，易于加工，便于回收，所以常常被使用。當鋼管支撐架好后，由于施工途中的疏忽，局部鋼管的預應力達不到要求，支撐就會發(fā)生向上拱起的現象，進而影響連接薄弱的部位[5]。另外，支撐間距過小，浪費材料，且增加了支點影響應力傳導；間距過大，結構的穩(wěn)定性得不到保證[6]。合理的間距應結合基坑的平面尺寸，使支撐的傳力性能最優(yōu)。

2 實際工程概況以及存在問題

本工程位于上海市中心城區(qū)虹口區(qū)，主體結構為“泵+閘”的不對稱布置形式，附屬構筑物為內外河翼墻及消力池。擬建基坑所處地塊地坪標高約 4.30 m，而主體結構最低標高為-5.00 m，基坑主體結構最大開挖深度為 9.30 m。河道泵閘結構建在河道中央，周邊環(huán)境保護要求高。地基土為第四紀松散沉積物。地下水初見水位埋深在 2.00 m～3.50 m之間，相應標高為1.04 m～1.52 m；穩(wěn)定水位埋深在1.30 m～2.70 m之間，相應標高為1.74 m～2.22 m。

從整個工程的施工環(huán)境以及地質條件來看，對于基坑的圍護建設需要注意以下幾點：1)高含水量、大孔隙比、高壓縮性、低強度、高靈敏度及低中滲透性的土質特性將使基坑外側的靜止土壓力和主動土壓力增大，而被動土壓力減小，對圍護墻體的作用將導致墻體的變形和墻底滑移量的增加。 2)由于上述土質特性，還將引起基坑開挖后坑底土的回彈量增加，對工程樁的作用將產生比較大的上拔力，設計時必須驗算工程樁的抗拔能力，確保樁身不因基坑回彈而被拉斷。 3)擬建場地地處市區(qū)，與周邊已有建(構)筑物距離較近，最近距離在8 m左右，而且擬建工程均緊臨河道，預制樁或PHC管樁沉樁施工對周邊環(huán)境及河道邊坡影響較大。

3 基坑圍護方案設計

3.1 重力式水泥攪拌樁+放坡方案

擬建基坑場地標高一般約4.30 m，放坡開挖至0.00 m，坡度1∶1.5，0.00 m處設置1.5 m寬平臺，在平臺以下采用兩軸水泥土重力式攪拌樁圍護，水泥攪拌樁重力式墻體厚度4.2 m，采用格柵斷面；嵌入深度取8 m?；觾葌炔捎脭嚢铇犊拥踪N邊加固，加固深度6.0 m，寬度5.0 m。

3.2 SMW工法樁+支撐方案

SMW工法樁方案采用φ850三軸水泥土攪拌樁，內插H700×300×13×21型鋼的圍護型式。攪拌樁水泥摻量為20%，嵌入深度取12 m；豎向在3.8 m和-0.50 m設兩道支撐，并施加預頂力，支撐縱向間距4.30 m，橫向間距一般為4.0 m，支撐采用φ609鋼管支撐，壁厚16 mm。在第一、二道支撐處分別設置頂圈梁和2H400型鋼圍檁。

3.3 鉆孔灌注樁方案+支撐方案

本基坑圍護方案采用φ800@950鉆孔灌注樁(局部φ1 200@1 350)作為圍護墻體，墻后距離圍護樁0.15 m處設置一排封閉的φ650三軸水泥土攪拌樁隔水帷幕。樁頂設置頂圈梁連接，圍護樁樁長一般為20.0 m。豎向在 3.8 m 和-0.50 m設兩道撐，并施加預頂力，支撐縱向間距4.30 m，橫向間距一般為4.0 m，支撐采用φ609鋼管支撐，壁厚16 mm。在第一、二道支撐處分別設置頂圈梁和2H400型鋼圍檁。

方案一采用重力式攪拌樁圍護墻體結合放坡的方案受到場地空間限制較大，在本工程中很難實施。根據本工程實際特點和周邊環(huán)境限制和保護要求，基坑圍護需采用板式支護體系。其中方案二的SMW工法樁圍護墻墻體剛度與鉆孔灌注樁柱列式排樁圍護墻相比剛度較小，且由于場地條件限制，SMW工法樁中的部分型鋼插拔不易，施工難度和造價均會提高。由于本工程泵閘主體結構最大開挖深度為9.30 m，深度較深，方案三鉆孔樁圍護墻墻體剛度相對較大，對基坑周邊變形控制較為嚴格，適合于本工程基坑圍護的特點。

4 結語

根據主體結構布置，并綜合考慮擬建場地周邊環(huán)境條件(包括地面管線、地面構筑物等)、施工流程和方法及投資等影響基坑工程的諸多因素，基坑開挖采用明挖順作法作業(yè)，圍護結構主體推薦采用單排鉆孔灌注樁排樁+單排三軸水泥土攪拌樁隔水帷幕的圍護體系和兩道支撐系統(tǒng)的總體設計方案。

[1] 龔曉南.關于基坑工程的幾點思考[J].土木工程學報,2005,38(9):99-102.

[2] 曹書文,楊 璐,孔濤濤,等.基坑降水對支護結構和地面沉降影響的有限元分析[J].建筑科學,2011(9)：125-127.

[3] 楊迎曉,許鈞陶,靳建明.某綜合樓基坑圍護設計[J].巖土工程學報,2006(13):28.

[4] 隗建波.地鐵車站明挖基坑圍護結構穩(wěn)定性研究[D].成都：西南交通大學,2010.

[5] 龔曉南.基坑工程發(fā)展中應重視的幾個問題[J].巖土工程學報,2006,28(11)：48-49.

[6] 張在明.對我國巖土工程規(guī)范現狀的幾點看法:土建結構工程的安全性與耐久性[M].北京：中國建筑出版社,2003.

Study on the design of excavation support structure of pump and sluice in Shanghai

Zhou Xiaobo

(KunshanShidaiRealEstateDevelopmentLimitedCompany,Suzhou215324,China)

This paper introduced the common problems in foundation pit enclosure design, the factors of foundation pit support’s design and key points of construction have been investigated by comparing with a pump work’s construction in Hongkou, Shanghai. On this basis, the pros and cons of each design plan have been evaluated scientifically and the validity of bored cast-in-plale pile has been confirmed.

foundation pit, pump and sluice, retaining design, bored pile

1009-6825(2016)27-0056-02

2016-07-15

周小波(1970- )，男，工程師

TU463

A