裝配式基坑支護結構在水利工程中的應用

鄭永磊，趙貴生，孫昌興，陳震

（安徽省城建設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230051）

1 引言

內支撐支護技術在民用建筑行業發展較為成熟，但在水利工程中應用較少，主要原因為水利工程結構側墻施工，一般為高大模板一次澆筑成型，且內支撐立柱布設受水利結構復雜限制不靈活，傳統混凝土支撐拆除時，需搭設腳手架等輔助措施，工程造價較高且施工難度大，在懸臂結構無法滿足變形控制要求時，寧愿選擇錨索（桿）等外拉式結構，在土質較差或周邊有建（構）物時，外拉式結構帶來的風險較大。水利工程基坑一般開挖深度較大，且土質條件差，傳統支護形式多為大放坡結合多級平臺及懸臂樁支護形式，基坑邊坡變形較大，在土質較好、周邊環境變形控制要求不高時，可以順利實施。

近年來，國家及行業倡導綠色節能理念，隨著這一理念的提出及推進，新型綠色基坑支護結構不斷發展，與傳統灌注樁及鋼筋混凝土支撐相比，鋼管樁及裝配式鋼支撐具有工期短、可回收等綠色環保優勢。本文以某淤泥質氣盾壩深基坑支護為例，分析鋼管樁與裝配式鋼支撐組合支護結構在水利基坑工程中的應用，結合現場監測檢測數據分析，計算鋼管樁與裝配式鋼支撐組合支護形式對周邊環境影響，通過監測數據實時調整裝配式鋼支撐預應力，實現基坑自身及周邊環境安全。

2 工程概況

2.1 基坑工程及周邊環境概況

本工程位于馬鞍山市含山縣登科橋下游600m 處，為一個氣盾壩工程。擬建氣盾壩南北側為已有土壩，北側土壩坡腳處為已建導流明渠，南北側土壩頂部附近為現狀居民樓。基坑為長條形，基坑長度約160m， 基坑開挖深度為9.70m～11.00m，坑底位于淤泥質粉質黏土層中。

圖1 基坑支護周邊環境關系圖

2.2 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，本基坑典型工程地質剖面如圖2 所示。擬建場地內地基巖土構成層序自上而下為：①0層雜填土，灰白、青灰等色；①層素填土，灰褐、灰色，呈濕、稍密～中密狀態，主要由軟塑～可塑狀的粉質黏土組成；②層淤泥質粉質黏土，灰、深灰色，飽和、流塑狀態，局部地段含有淤泥；③層粉質黏土，青灰～灰褐色，呈很濕、軟塑狀態，局部為軟可塑狀態；④層全風化砂巖，灰黃、灰褐色，巖芯大部分已風化成土狀或砂狀；⑤層強風化砂巖，灰黃、青灰色，砂質結構；⑥層中風化砂巖，褐、青灰色，砂質結構。

本工程區內地下水主要為填土層滯留的上層滯水為主，以及西北沿江地段砂土層中賦存的地下潛水，補給來源主要為大氣降水和以得勝河水系為代表的地表水體的入滲，以蒸發、徑流的方式進行排泄，季節性變化明顯，變化幅度在2.0m 左右。

圖2 典型工程地質剖面圖

3 設計方案

3.1 計算參數

勘察報告提供的土層材料的物理力學參數如下表。

土層物理力學參數

3.2 設計方案

考慮到本工程工期較緊，綜合對比分析灌注樁加鋼筋混凝土支撐方案和鋼管樁加鋼支撐方案，最終采用φ630×14 型鋼管樁作為圍護結構，樁間設置拉森鋼板樁止水兼擋土，支撐采用綠色可回收的裝配式鋼支撐（H400 型），安裝迅速且傳力可靠，并且可以對支撐軸力進行實時監測并及時補償，采用H 型鋼兼做立柱及立柱樁。經分析計算采用此支護方案各項安全系數滿足規范要求，周邊環境變形可控，施工可行性強。支護設計平面、剖面圖如圖3、圖4 所示。

圖3 基坑支護平面布置圖

圖4 支護典型剖面圖

4 現場施工

現場施工情況如圖5、圖6、圖7 所示。

5 變形監測分析

根據基坑深度、支護形式及周邊環境情況，變形監測項目主要為圍護樁深層水平位移、豎向位移、地表沉降、支撐軸力及建筑物沉降，根據觀測結果，采用鋼管樁加裝配式鋼支撐支護方案，基坑開挖完成后，支護樁水平位移最大值為20mm 左右，周邊建筑物沉降最大值為3mm 左右，支撐軸力最大值為1400kN左右，滿足變形控制要求。

6 結論

根據工程實施效果可以證明，鋼管樁加裝配式鋼支撐支護技術在淤泥質土水利氣盾壩基坑中具有較強的可實施性，主要結論如下：

①淤泥質土中水利氣盾壩深基坑采用鋼管樁加裝配式鋼支撐支護，能夠較好地控制支護結構及周邊環境變形，且對結構施工影響較小；

圖5 鋼管樁、鋼冠梁、鋼支撐施工

②裝配式鋼支撐能夠實施，根據應力監測結果對預應力損失支撐進行補償，較好地實現了基坑信息化施工，且裝配式鋼支撐可做到隨撐隨挖，不需養護，拆卸后可重復利用，裝配率高，其施工較傳統混凝土支撐對場地的要求較小，且施工速度快，不需要養護，是一種綠色支護技術，具有較好的推廣應用前景。

圖6 基坑開挖到底

圖7 鋼管樁拔出回收