引江濟淮蜀山復線船閘工程基坑支護設(shè)計與分析

劉文化

（安徽省水利水電勘測設(shè)計研究總院有限公司 合肥 230088）

1 工程概況

蜀山船閘是引江濟淮蜀山泵站樞紐的主要建筑物之一，蜀山船閘規(guī)劃建設(shè)雙線船閘，分期建成，先建一線并為復線船閘建設(shè)預留條件；復線船閘位于一線船閘西南側(cè)，和一線船閘平行布置，中心線間距102m，兩者共用引航道和靠船墩，蜀山復線船閘為Ⅱ級船閘，建設(shè)規(guī)模為280m×34m×5.6m（閘室長×口門寬×門檻水深）。

復線船閘處原始地面高程5.6～23.5m 左右，上游引航道設(shè)計底高程4.8～11.6m，上游導航墻最低開挖至3.2m，上閘首最低開挖至-10.9m，閘室建基面高程-8.3～-6.3m，下閘首最低開挖至-12.9m，下游導航墻建基面高程-1.1～-8.8m。復線船閘基坑開挖深度最深達34.7m，為深基坑高邊坡工程，復線船閘主體結(jié)構(gòu)外緣距離一線船閘（東北側(cè)）主體結(jié)構(gòu)外緣最近距離為43.1m，距離現(xiàn)狀導流明渠（西南側(cè)，一線船閘施工導流措施）開口線最近距離46.3m。引江濟淮主河道計劃2022年6月通水，屆時一線船閘側(cè)上游10年一遇全年水位23.07m，為保證復線船閘施工期間一線船閘結(jié)構(gòu)安全，同時滿足2022年及以后的上、下游擋水和度汛要求，蜀山復線船閘基坑應采用必要的基坑支護措施。

上游導航墻及上閘首段基坑支護措施既要保證一線船閘現(xiàn)有結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定及后期正常通航，又要滿足上游擋水及度汛要求，且支護深度最高達34.4m（含放坡開挖），基坑支護及截滲最為復雜，本文僅分析上游導航墻及上閘首段基坑支護方案。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

蜀山復線船閘處勘探揭露的主要地層自上而下分別為：①層粉質(zhì)黏土，局部分布，層厚1.0～7.0m，層底高程12.74～19.55m；①2層粉土夾粉質(zhì)黏土，局部分布，層厚1.7～5.7m，層底高程10.54～17.27m；②2層粉土夾細砂，局部分布，層厚2.20～3.30m，層底高程7.75～10.37m；⑤層粉質(zhì)黏土，局部分布，層厚1.5～6.8m，層底高程8.01～17.76m；⑤1層粉土夾細砂，局部分布，層厚1.7～6.6m，層底高程6.05～13.19m；⑤2層中、細砂，局部分布，層厚1.3～4.8m，層底高程為5.47～9.94m；⑤5層粉質(zhì)黏土混細砂，普遍分布，層厚1.0～6.2m，層底高程5.96～10.99m；⑨1層全～強風化粉砂巖，全風化呈砂質(zhì)黏性土及砂土狀，強風化巖芯呈短柱狀，巖性為極軟巖，層厚0.3～3.7m，層底高程4.87～8.55m；⑨3層中等風化～新鮮粉砂巖，巖芯呈柱狀及長柱狀，局部夾泥巖，巖性為極軟巖，揭露最大層厚44.90m。揭露最深層底高程-37.56m。

該工程地下水類型主要為孔隙潛水，主要含水層為①2層粉土夾粉質(zhì)黏土、②2層細砂、⑤1層粉土、⑤2層中、細砂及⑤5層粉質(zhì)黏土混細砂，富水性一般，地下水主要接受大氣降水及派河河水補給。⑤2層滲透系數(shù)i×10-4cm/s，其他土層滲透系數(shù)為i×10-5～i×10-8cm/s。

3 基坑支護方案設(shè)計與方案比較

復線船閘西南側(cè)距離現(xiàn)狀導流明渠較近，影響復線基坑開挖，擬對現(xiàn)狀導流明渠在基坑范圍外裁彎取直，裁彎取直后復線船閘結(jié)構(gòu)外緣距離導流明渠上開口線最近距離約106m，滿足復線基坑開挖及臨時交通布置等施工要求。

根據(jù)一線船閘施工技術(shù)要求，一線上閘首底板后澆帶澆筑前要求墻后應回填至12.2m 高程，因此，按一線船閘和復線船閘之間土方回填至12.2m 高程考慮蜀山復線船閘靠一線船閘側(cè)基坑支護方案。

3.1 基坑支護特點

該工程基坑最大開挖深度34.7m，基坑支護兼顧上游擋水度汛要求，一旦支護失效或者產(chǎn)生較大變形，影響很嚴重，根據(jù)規(guī)范該工程支護體系的安全等級為一級。該工程基坑支護的特點有：（1）支護高度大，上游導航墻及上閘首段支護深度（含放坡開挖）20.3～34.4m，支護難度大，支護結(jié)構(gòu)變形及穩(wěn)定難以保證；（2）支護體系既要滿足一線船閘結(jié)構(gòu)安全及后期通航要求，又要滿足復線船閘施工期間上游擋水要求，上游導航墻內(nèi)土體單薄，擋水斷面最窄處約16m，且下臥⑤2層中、細砂，基坑內(nèi)外水位差達18m（以透水層頂高程算起），支護體系應考慮基坑截滲要求；（3）該工程地質(zhì)條件復雜，⑤層粉質(zhì)黏土具有弱膨脹性，⑨層粉砂巖為崩解巖，遇水崩解，均不利于基坑邊坡及支護體系穩(wěn)定；（4）前期施工強度大，支護體系及部分導航墻應搶先施工，滿足通水后上游擋水要求；（5）受一線船閘施工干擾大，一線船閘的回填進度及回填高程均有要求；（6）該工程勘探范圍內(nèi)無淤泥質(zhì)土等軟弱土層，現(xiàn)狀土層強度尚可，巖土分界面高程約為4.9～8.6m，⑨層粉砂巖雖為極軟巖，但強度比土高很多，⑨1層等效凝聚力為80kPa，等效內(nèi)摩擦角為19°，⑨3層等效凝聚力為200kPa，等效內(nèi)摩擦角為26°，天然單軸抗壓強度平均值為2.30MPa，這對該工程基坑支護是非常有利的；蜀山一線船閘基坑⑨3層局部開挖邊坡陡于1 ∶0.5，高度12m 以上，上部作為起重吊裝平臺，施工期間未發(fā)生變形及破壞。

3.2 基坑支護方案

3.2.1 雙排樁支護（方案一）

上閘首及上游導航墻段一線船閘與復線船閘之間現(xiàn)狀地面高程為5.6～13.6m，雙排樁支護方案（方案一）擬采用雙排樁+扶壁式擋土墻組合支護型式，即現(xiàn)狀地面高程以下采用雙排樁，以上采用扶壁式擋土墻，雙排樁頂部聯(lián)系板和扶壁式擋土墻底板共用，雙排樁+扶壁式擋土墻組合支護軸線長約168.6m（其中永臨結(jié)合段長19.3m，單獨扶壁擋墻擋土支護軸線長20.2m），支護頂高程15.87～20.37m，支護頂高程以上放坡回填至23.5m（上游導航墻內(nèi)填筑高程，以滿足上游擋水要求及保證一線船閘結(jié)構(gòu)安全及通航安全）。雙排樁排距7.5m，灌注樁樁徑均為1.5m，樁長21.3～44.5m，前排樁樁距1.7～1.8m，后排樁樁距1.9～2.5m，雙排樁頂部采用整體板連接，聯(lián)系板頂高程6.4～10.9m，聯(lián)系板寬9.0m，厚1.3m；上部扶壁式擋土墻頂高程15.87～20.37m，擋土直墻厚0.8m，扶壁厚0.6m，扶壁凈距3.5m，擋土墻墻后填土頂高程15.57～20.07m，擋土高度均為10.17m。

3.2.2 支撐式支護結(jié)構(gòu)（方案二）

支撐式支護結(jié)構(gòu)（方案二）擬采用雙排樁+立柱+裝配式內(nèi)支撐組合支護型式，兩側(cè)采用雙排樁，樁徑1.2m，中間利用閘首后澆帶及空洞設(shè)置立柱，立柱垂直水流向間距11.55～12.90m，沿水流方向間距約5.0～6.0m 立柱建基面以下為直徑1.2m 的灌注樁，以上采用雙拼HW400 型鋼，立柱之間以及立柱和兩側(cè)雙排樁之間通過平面內(nèi)支撐連接，平面內(nèi)撐為HW400 型組合鋼構(gòu)，平面內(nèi)支撐沿水流方向間距同立柱，沿高程上下間距5.0～6.0m，共5 層。

方案一和方案二優(yōu)缺點對比見表1，綜合比較可知，方案一較適合該工程基坑支護，主要原因為該工程土層較好，無軟土層，⑨3層粉砂巖為極軟巖，但強度比土高很多，雖然支護深度較深，但雙排樁支護結(jié)構(gòu)能滿足該工程支護要求；方案二在軟弱地層中及對變形要求較苛刻的工程中優(yōu)勢是很明顯的。

表1 方案一和方案二優(yōu)缺點對比表

3.3 基坑支護變形、內(nèi)力及穩(wěn)定性計算

該工程基坑支護體系變形、穩(wěn)定性及灌注樁內(nèi)力計算主要采用理正深基坑軟件，并建立各典型剖面二維有限元模型，采用Midas GTSNX 有限元計算軟件進行內(nèi)力復核，計算均按最不利工況及荷載組合，結(jié)果見表2。

表2 上游導航墻及上閘首段典型剖面計算成果表

該工程基坑支護安全等級為一級，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)和整體滑動穩(wěn)定安全系數(shù)最小值分別為1.25 和1.35，由表2可知，上閘首及上游導航墻段支護斷面穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，樁頂變形在本基坑允許范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

深基坑工程基坑支護設(shè)計時，應充分了解基坑所在地工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，分析基坑支護的不利因素和有利因素，充分利用有利因素，然后綜合比較各種支護方案的利弊，選擇最適合該工程的支護方案。對于復雜的深基坑工程，單一的支護型式難以奏效時，可考慮各種支護型式組合，比如排樁+土釘墻組合支護、排樁+地下連續(xù)墻組合支護等等?；又ёo方案設(shè)計同時應考慮地下水的因素，基坑支護體系與截滲體系結(jié)合得當，可達到節(jié)省工程投資的目的?？茖W合理的施工進度計劃編制與管理，在方案設(shè)計階段可減少工程造價，在基坑使用階段能降低基坑安全風險■