某船閘工程基坑除險加固設計研究

韓正權（安徽省港航集團有限公司，安徽省 230000）

在基坑工程中，基坑土體開挖后，土體原始的應力場會遭受到破壞，會使得土體產生水平和豎直方向的卸載。這勢必會導致應力偏轉[1]，從而產生基坑變形。因此，基坑支護和加固的研究一直是基坑工程的重點。隨著研究的加深，各種支護方法也應運而生，例如土釘支護[2]、樁錨支護[3]以及多支護組合[4]。

本次研究基于汊河船閘搶險加固工程，對已變形基坑的搶險加固方案進行設計和驗算。

1 工程概況

某船閘工程擬在拆除原汊河集老船閘后原址重建，項目按 Ⅳ 級標準建設，閘室尺度為 200 m×23 m×4 m(長×寬×最小門檻水深)，設計船型為 500 t 級兼顧 1 000 t級船舶。由于船閘重建工程在實施過程中基坑支護結構發生較大位移，因此需對基坑支護進行除險加固。

工程擬建地下結構為上閘首、閘室及下閘首工程，基坑支護計算深度為 15.0～19.3 m，為臨時性工程，東西向呈長條形，長度約 425 m，南北向寬度（圍護樁間凈距）約 33.8～58.6 m。基坑北側為現狀民房，民房多為磚瓦結構。圍護樁頂層采用鋼筋混凝土連系梁，梁頂以上邊坡采用混凝土噴漿防護，坡比為 1:3，圍護樁距離民房凈距約 15.0～45.0 m；基坑南側為河堤，河堤迎水面堤腳距離圍護樁凈距為 3.0～15.0 m，河堤頂距離圍護樁凈距為15.0～50.0 m，河堤外側為現狀民房。

2 位移情況

原計劃船閘主體工程兩側自上游導航墻至下游導航墻全線采取雙排鉆孔灌注樁支護措施，臨時支護采用雙排鉆孔灌注樁結構，整澆連梁頂高程均為 6.0 m，樁頂以上設墩臺；上游采用土圍堰，下游采用雙排鋼板樁圍堰；上游引航道左側與清流河銜接處采用鋼板樁護岸和錨樁結構作為永久支護。

隨著施工的進行，當地基處理完成后下閘首開挖至–0.8 m 標高時，基坑邊坡出現變形，變形監測數據連續增大，后采取回填的方式進行應急處理。當回填至 2.0 m 標高，回填后變形監測數據趨于穩定。整個變形造成基坑產生了嚴重位移，支護樁頂部向基坑側發生了 13.0～22.0 cm 的位移，樁頂連系梁沉降縫發生了約 2.5 cm 的相對位移。附近的民房出現沉降裂縫，房屋支撐墩柱頂與房梁發生錯位。

3 基坑支護加固方案

3.1 方案設計

根據現場實際情況，結合施工安全性、經濟性進行比選，采用原基坑支護結構增加內支撐方案進行基坑加固。內支撐布置分為三個區域，即閘室基坑、閘首基坑、下游導航墻基坑，其中下游導航墻段南側圍護結構為永久防護，閘室、閘首段及下游導航墻北側為臨時支護，閘室及閘首施工完成后回填。

加固方案采用裝配式鋼支撐和部分旋噴錨索（下游導航墻段及閘室與閘首過渡段，其中下游導航墻南側為永久錨索），該裝配式鋼支撐技術為首次引入水運行業。為充分發揮后排樁在排架中的作用，在后排支護樁之間增設旋噴樁。裝配式鋼支撐采用 H 400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型鋼。下游導航墻段在樁頂連板位置設置 1 道臨時鋼支撐，下部設置 1 道預應力錨索；閘室及閘首位置各設 2 道臨時鋼支撐。第 1 道鋼支撐設置在樁頂連板位置，第 2 道鋼支撐與第 1 道鋼支撐豎向間距為 5.0 m，通過型鋼腰梁及混凝土腰梁與圍護樁形成整體受力體系，豎向設置立柱確保鋼支撐的豎向穩定。鋼支撐構件主受力構件采用拼裝連接，可節約工期，同時鋼支撐待基坑回填后可拆除進行綠色回收，進一步節約造價。支撐方案示意圖如圖 1 所示。

圖1 支撐方案示意圖

設計分析表明，該方案存在以下 4 個優勢。① 基坑不必放坡，減少基坑土方開挖；② 降低了對基坑周邊建筑的影響；③ 減小施工用地面積，降低拆遷工作難度；④ 相對于混凝土內支撐，造價降低。

3.2 施工安排

閘首、閘室段分兩次施工，內支撐重復利用一次，先施工下閘首及一半閘室，待支撐部分的下閘首及閘室底板完成回填結束后，拆除第 2 道支撐，并開始上閘首及剩余一半閘室的支撐施工。第一次支撐區域與第二次支撐區域結合處為6 號閘室位置，6 號閘室位置在第一次支撐區域進行支撐以用于放坡。6 號閘室在下游閘室施工完成及第二次支撐安裝完成后開挖到基坑底進行施工。

基坑土方開挖平面上與鋼支撐相同，分兩個區域進行開挖，開挖過程中兩個區域銜接位置采取自然放坡，坡度1:3。基坑土方開挖斷面上結合鋼支撐的安裝，將土方開挖分成兩層進行開挖。第一層鋼支撐安裝完成后土方標高 2.0 m（現狀基坑標高）開挖至標高 –0.4 m（第二層鋼支撐底標高下 0.6 m），第二層鋼支撐安裝完成后土方標高 –0.4 m開挖至設計基坑底標高。

3.3 加固計算結果

對加固結果的驗算基于北京理正深基坑 F-SPW 7.0 軟件采用增量法進行計算，驗算工況為基坑開挖至首層支撐的拆換撐完成。驗算內容包括整體穩定性、抗傾覆性、抗隆起穩定性、嵌固深度驗算、錨索抗拔力驗算、支撐軸力、圍護結構內力及位移驗算。對以下計算參數進行設定：

（1）基坑側壁安全等級為一級，重要性系數 1.1。

（2）基坑設計安全使用期 12 個月。

（3）設計計算荷載：北側坡頂附加荷載設計值為 10 kPa；南大堤側坡頂荷載按 20 kPa，現狀房屋荷載按每層15 kPa。計算結果如表 1 所示，可以發現加固設計后的計算結果滿足要求。

表1 內支撐計算結果匯總表

（續表）

4 結 語

（1）基于汊河船閘搶險加固工程，首次將裝配式鋼支撐用于水運行業，采用裝配式鋼支撐進行加固并和原灌注樁支護形成完整的支護體系。

（2）在施工時，閘首、閘室段分兩次施工，內支撐可重復利用一次且鋼支撐構件主受力構件采用拼裝連接，可同時節約造價和工期。

（3）加固結果的驗算基于北京理正深基坑 F-SPW 7.0 軟件采用增量法進行計算，各項驗算參數均滿足要求。