某排水箱涵深基坑基礎(chǔ)處理及支護(hù)設(shè)計(jì)

■鄧 欽，張志剛

■1.廣東粵源水利水電工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510635;2.四會(huì)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，廣東 四會(huì) 526200

1 工程概況

本工程位于廣東省東莞市中南部，排洪渠結(jié)構(gòu)采用箱涵整體式結(jié)構(gòu)。箱涵共分四段，總長(zhǎng)639.70m。涵身按閉合箱形截面，其中1#、2#箱涵尺寸3.0m×3.0m，3#、4#箱涵尺寸5.0m ×3.0m。排水箱涵采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，涵身采用C30 混凝土，抗?jié)B等級(jí)S6;墊層采用100mm 厚C15 細(xì)石混凝土。3#、4#箱涵距離已建人行道水平距離不足四米，不能滿足放坡開(kāi)挖要求(邊坡開(kāi)挖允許坡度1:1.5)，設(shè)計(jì)采用拉森鋼板樁支護(hù)。且箱涵底部設(shè)計(jì)開(kāi)挖高層在該段基本處于淤泥質(zhì)粘土層，不能滿足箱涵設(shè)計(jì)承載力基本容許值不小于110kPa 的要求，故對(duì)3#、4#箱涵段設(shè)計(jì)采用水泥攪拌樁進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

圖1 工程平面布置圖

2 地質(zhì)條件

工程沿線穿越的地貌類型有剝蝕殘丘、溝渠臺(tái)地，沿線種植有樹(shù)木、開(kāi)辟有農(nóng)田及溝渠等，地形稍起伏，線路東側(cè)、南側(cè)地面標(biāo)高基本介于16.50～20.45m。箱涵基坑沿線地層由新至老分布為:

2.1 第四系人工填土層(Qml)

①人工填土層:褐紅、褐黃色，稍濕，松散，粘性土(不均勻夾有碎石塊)，土質(zhì)差，沿線均有分布，層厚為5.50～7.20m;

2.2 第四系沖積層(Qal4)

②-1 淤泥質(zhì)粘土:灰黑色，軟塑，由粘性土組成，含有腐殖質(zhì)及有機(jī)質(zhì)，見(jiàn)于鉆孔ZK7～ZK14 中，層厚為0.60～3.00m;

②-2 粉質(zhì)粘土:褐色，可塑狀，土質(zhì)較細(xì)，成分較均一;

②-3 粉細(xì)砂層:褐黃色，松散，飽和，級(jí)配差，層厚1.30m，;

②-4 中粗砂層:灰白色，稍密～中密，飽和，分布于鉆孔ZK7～ZK10、ZK13～ZK14 中，埋深較大，層厚為1.80～2.70m;

2.3 殘積層(Qel)

③砂質(zhì)粘性土層:褐黃色，硬塑，干強(qiáng)度及韌性中等;沿線均有分布，層厚為1.90～7.80m;

2.4 燕山期侵入巖(Y)

④-1 全風(fēng)化花崗巖:褐色，褐黃色，巖體結(jié)構(gòu)基本被破壞，遇水易軟化崩解，為極軟巖;沿線均有揭露，層厚1.40～5.50m;

④-2 強(qiáng)風(fēng)化花崗巖:褐黃色，裂隙極發(fā)育，巖芯呈半巖半土狀，遇水易軟化崩解;沿線局部有揭露，層厚0.50～2.80m。

沿線地下水主要接受大氣降雨滲入、地表水體和外圍側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水水位變化不大，徑流較緩慢，埋深較淺，為1.30～3.20m，多為人工填土層的上層滯水。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

3 箱涵基礎(chǔ)處理

經(jīng)水文水利計(jì)算，3#、4#箱涵箱涵底部設(shè)計(jì)開(kāi)挖高程在該段基本處于淤泥質(zhì)粘土層，不能滿足箱涵設(shè)計(jì)承載力基本容許值不小于110kPa的要求，故考慮3#、4#箱涵段進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

水泥攪拌樁作為一種良好的軟弱地基處理方式，對(duì)軟土進(jìn)行就地加固，能最大限度地利用原狀土的承載力，在建筑工程中應(yīng)用廣泛。本工程基礎(chǔ)處理考慮采用水泥土攪拌樁，樁徑為500mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為6.0m，矩形布置，樁間距1000mm，水灰比0.45～0.55，采用42.5R 普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為20%，水灰比為0.45～0.55m;成樁后復(fù)合地基載荷試驗(yàn):復(fù)合地基承載力不得低于110KPa。

選取淤泥質(zhì)土層最厚處斷面DK0 +080.00，采用理正地基處理設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算分析。

巖土計(jì)算參數(shù)取值表

(1)復(fù)合地基承載力計(jì)算

水泥土攪拌樁單樁豎向承載力特征值計(jì)算:

取水泥土攪拌樁單樁豎向承載力特征值97kPa 計(jì)算。

(2)復(fù)合地基沉降計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，基礎(chǔ)底面處承載力fz=175.8kpa ＞110.0kpa;地基處理深度范圍內(nèi)土層承載力fz3=217.9kpa ＞110.0kpa，fz4=246.0kpa ＞110.0kpa;下臥土層承載力fz下臥層4=309.9kpa ＞110.0kpa;fz下臥層5=362.8kpa ＞110.0kpa，均滿足要求。總沉降量s=27.55mm200mm，滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于建筑物地基變形允許值的規(guī)定。

4 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120 -2012)，本工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)γ0=1.0。

箱涵施工時(shí)需對(duì)表層的人工填土進(jìn)行開(kāi)挖，由于人工填土層較厚(5.5～7.2m)，且呈松散狀態(tài)，開(kāi)挖所形成的邊坡穩(wěn)定性較差，邊坡開(kāi)挖允許坡度1:1.5。3#、4#箱涵距離青田路已建人行道水平距離不足四米，上部素填土土質(zhì)較差，不能滿足放坡開(kāi)挖要求，需進(jìn)行支護(hù)。

(1)鋼板樁的選擇。拉森鋼板樁以其自身結(jié)構(gòu)輕、強(qiáng)度大、水密性好、且施工方便、快速等優(yōu)點(diǎn)，近年在諸多的建設(shè)工程中得到廣泛應(yīng)有。本次設(shè)計(jì)結(jié)合前期另一箱涵施工經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮本工程實(shí)際擬采用拉森Ⅳ型鋼板樁支護(hù)。

本工程選用拉森Ⅳ型鋼板樁主要參數(shù):每延米板樁截面面積A=236.0cm2，樁壁慣性矩I=39600.0cm4，抗彎模量W=2200.0cm3，抗彎f=215.0N/mm2，尺寸適中，剛度強(qiáng)。依地質(zhì)勘察資料選用長(zhǎng)度12m 和15m 長(zhǎng)鋼板樁(1#、2#、3#為12m，4#箱涵為15m)及三道鋼內(nèi)撐(水平間距6m)與圍檁共同作用的形式，且鋼板樁入土深度達(dá)樁長(zhǎng)0.5 倍以上。

(2)計(jì)算斷面選取。選取淤泥質(zhì)土層最厚處斷面DK0 +080.00 進(jìn)行計(jì)算。坡頂超載按20kpa 取值。

圖1 典型斷面鋼板樁支護(hù)施工圖

圖2 連續(xù)墻支護(hù)計(jì)算斷面

(3)支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算。基坑等級(jí)為二級(jí)，依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120 -2012，采用增量法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。內(nèi)力按下表分布模式進(jìn)行加載。

內(nèi)力計(jì)算工況表

(4)結(jié)果分析。①內(nèi)力包絡(luò)圖

②截面驗(yàn)算。彎矩、剪力折減系數(shù)分別取0.85 和1.00，荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.25。

內(nèi)力計(jì)算工況表

基坑內(nèi)側(cè)抗彎驗(yàn)算(不考慮軸力)

基坑外側(cè)抗彎驗(yàn)算(不考慮軸力)

③穩(wěn)定驗(yàn)算。整體穩(wěn)定驗(yàn)算:采用瑞典條分法計(jì)算整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.815 ＞1.30，滿足規(guī)范要求。

抗傾覆驗(yàn)算:計(jì)算工況1～工況7，工況8～工況12 已存在剛性鉸。各工況計(jì)算抗傾覆安全系數(shù)分別為1.982，2.664，1.940，2.521，1.840，2.284，2.057，均大于1.200，滿足規(guī)范要求。

抗隆起驗(yàn)算:從支護(hù)底部開(kāi)始逐層驗(yàn)算，支護(hù)底部Ks=5.981 ＞1.60，深度18.930 處，Ks=8.125 ＞1.60，抗隆起穩(wěn)定性滿足。

抗管涌驗(yàn)算:K=3.061 ＞1.50，滿足規(guī)范要求。

④嵌固深度計(jì)算。依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120 -2012中支撐式支擋結(jié)構(gòu)按圓弧滑動(dòng)條分法計(jì)算嵌固深度:圓心(-2.488，8.851)，半徑=14.565m，相應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)Ks=1.381≥1.300，嵌固深度理論計(jì)算值h0=5.500m，本次設(shè)計(jì)嵌固深度為L(zhǎng)d=7.650m 滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算分析可知，對(duì)本工程考慮采取水泥攪拌樁進(jìn)行基礎(chǔ)處理可以滿足基底承載力的要求，同時(shí)運(yùn)用鋼板樁加三道撐的支護(hù)形式能維護(hù)基坑的開(kāi)挖穩(wěn)定。

［1］寇殿良，鋼板樁在市政排水管道基坑支護(hù)中的應(yīng)用，廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2010.11.

［2］陳圣賢等，淺析拉森鋼板樁在人防通道基坑圍護(hù)中的成功應(yīng)用，華東建工勘察，2009.04.

［3］潘雷，淺談武鋼工業(yè)港排水箱涵基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，城市道橋與防洪，2007.11.