雙排樁在軟土地區(qū)泵閘工程基坑中的應(yīng)用

徐量

（淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司南京分公司，江蘇南京210008）

0 引言

泵站、水閘等水工建筑施工中，最常見的基坑開挖方式是放坡大開挖，然而，布置在城市河道中的泵閘工程，受周邊環(huán)境的影響，其開挖范圍受到了很大的限制，傳統(tǒng)的大開挖方式不可行，需采取必要的基坑支護(hù)。

基坑支護(hù)方式常見的有單排樁支護(hù)、雙排樁支護(hù)、排樁加支撐支護(hù)、水泥土重力式擋土墻支護(hù)、錨桿支護(hù)、土釘墻支護(hù)等。沿海城市水利工程地基基本為淤泥質(zhì)土，該土力學(xué)性能差，孔隙比高，內(nèi)粘聚力和內(nèi)摩擦角都很小，對(duì)開挖深度極其敏感，因此針對(duì)該土需要根據(jù)周邊環(huán)境、開挖深度采取不同的基坑支護(hù)型式。

在實(shí)際的基坑工程中，有時(shí)錨桿、土釘、支撐受到實(shí)際條件的限制而無法施工，采用單排懸臂樁又難以滿足變形要求，此時(shí)雙排樁鋼架結(jié)構(gòu)是一種可選擇的基坑支護(hù)型式。雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)型式是處理深基坑支護(hù)的一種極其有效的型式，該結(jié)構(gòu)至今仍采用以經(jīng)驗(yàn)為主的半理論、半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[1]。JGJ 120-2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[2]給出了雙排樁的設(shè)計(jì)計(jì)算說明，對(duì)設(shè)計(jì)、施工起到指導(dǎo)作用。

1 工程概況

某泵閘工程位于寧波鎮(zhèn)海區(qū)甬江隧道東側(cè)中大河甬江出口處，由3 孔×4 m 水閘與20 m3/s 泵站組成，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為1 級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4 級(jí)。

基坑設(shè)計(jì)等級(jí)為2 級(jí)，基坑開挖深度為3.5～6.7 m，基坑左岸為軍事管理區(qū)，右岸為鎮(zhèn)海船舶修造廠，場(chǎng)地狹窄，可供利用的場(chǎng)地有限?；娱_挖主要以水閘、泵站為主體，上、下游連接段為次。

2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)勘察的鉆孔現(xiàn)場(chǎng)編錄資料和土工試驗(yàn)成果，地層埋藏分布變化不大，淺部以軟土為主，按地基土的土性特征、成因時(shí)代、埋藏分布條件及其物理力學(xué)性質(zhì)，將場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)的地基土劃分為6 個(gè)工程地質(zhì)層，細(xì)分為12 個(gè)工程地質(zhì)亞層，支護(hù)位置主要土層參數(shù)見表1。

3 設(shè)計(jì)方案

從地勘資料可見，支護(hù)位置處土層主要為軟土，物理力學(xué)性能較差，且右岸上游翼墻由于是前池段，基坑底標(biāo)高為-2.97 m，頂標(biāo)高為2.50 m，基坑深度約5.50 m，底板開挖較深，緊鄰坑邊為施工道路，且此處距離坑邊9 m處有3層磚砌建筑物，周邊環(huán)境條件較差，又由于水利工程的特殊性，基坑開挖面不規(guī)則，采用內(nèi)撐的方式很難實(shí)現(xiàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，初步選擇雙排樁作為該部位的支護(hù)形式。

雙排樁的結(jié)構(gòu)型式主要受位移、抗傾覆、抗隆起、整體滑動(dòng)穩(wěn)定等4 個(gè)因素控制，因此，在設(shè)計(jì)中需針對(duì)不同的穩(wěn)定安全系數(shù)，采用對(duì)應(yīng)的措施來保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

隨著樁排距的增大，前、后排樁的側(cè)向位移逐漸減小，但趨勢(shì)逐漸變緩，減小的幅度越來越小，排距為4 倍樁身直徑是比較合理的[3]。該工程排樁采用直徑800 mm 的C25 鉆孔灌注樁，受施工面的限制，取排距為3.0 m。

根據(jù)相關(guān)資料[4，5]，坑前加固土對(duì)減小支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移有顯著作用，加固土的寬度不宜小于基坑開挖深度的0.4 倍，加固土底部標(biāo)高不宜小于基坑底標(biāo)高以下3.0 m，因此初步擬定加固土體的尺寸為寬3.0 m、深5.0 m。

該工程選用2 種樁頂高程，分別對(duì)3 組嵌固深度進(jìn)行計(jì)算，共6 組數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

表1 土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)

表2 雙排樁支護(hù)穩(wěn)定計(jì)算

注：1）水平位移允許值0.6%h=33 mm，其中h為基坑開挖深度5.5 m；2）抗隆起、抗傾覆、整體滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)允許值分別為1.60，1.20，1.30

由表2 可知：增加坑前加固土后，樁頂水平位移明顯降低，且位移隨支護(hù)高度的降低也有所減??；抗隆起穩(wěn)定系數(shù)與支護(hù)高度無關(guān)，主要取決于基坑深度和嵌固深度，嵌固深度越深，抗隆起、抗傾覆、整體滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)越小，穩(wěn)定性越好。

因此，為減少樁頂位移同時(shí)可減少樁長(zhǎng)，選用樁頂高程為1.0 m、嵌固深度為18.0 m 的設(shè)計(jì)方案，該方案需要從地面往下開挖1.5 m。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選用樁頂高程為1.0 m、樁長(zhǎng)22.0 m（即嵌固深度18.0 m）的方案可滿足要求，此時(shí)排樁頂部距離地面尚有1.5 m 的高差，采用松木樁進(jìn)行小范圍支護(hù)。因此，排樁直徑800 mm 的C25 鉆孔灌注樁，前排樁間距1.2 m，后排樁間距2.4 m，排距3.0 m，灌注樁頂部通過冠梁及連梁進(jìn)行連接，寬1.0 m、高0.8 m。斷面結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 雙排樁支護(hù)斷面圖

4 結(jié)語

水閘與泵站合建的工程，相較于單個(gè)水閘、泵站工程，由于其水閘底板與泵站底板高程不同，上、下游連接段不同，兩岸翼墻銜接不同，造成了基坑開挖面的不規(guī)則性，其不具備采用對(duì)撐支護(hù)的條件，只能分段、分塊，根據(jù)不同的深度和周邊環(huán)境采用不同的支護(hù)型式。寧波市某泵閘工程采用雙排樁支護(hù)的設(shè)計(jì)方案，成功將雙排樁支護(hù)應(yīng)用到水利工程中，解決了在沿海城市中受周邊地塊限制的水利工程軟土基坑開挖問題。

軟土深基坑工程中抗隆起和水平位移是主要控制因數(shù)，其中抗隆起主要與嵌固深度有關(guān)，嵌固深度越深，抗隆起安全系數(shù)越高；而水平位移主要與支護(hù)高度及地基土的性質(zhì)有關(guān)，可采取降低樁頂高程、設(shè)置坑前加固土或者設(shè)置錨桿錨樁等措施來減小位移。

該段翼墻從2017 年1 月施工至2017 年7 月通水，整個(gè)施工過程中均未發(fā)生任何異常，說明支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理、可行的。