聯(lián)石灣船閘臨時(shí)道路對(duì)基坑開挖的影響研究

溫友鵬

（1.中交四航工程研究院有限公司，廣東 廣州 510230；2.中交集團(tuán)交通基礎(chǔ)工程環(huán)保與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510230）

隨著國(guó)內(nèi)沿江產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，內(nèi)河航運(yùn)需求量快速增長(zhǎng)，為改善船閘通航能力，低等級(jí)航道的升級(jí)需求日益迫切，其中包括大量舊船閘的改擴(kuò)建工程。船閘基坑工程具有施工環(huán)境、施工工序復(fù)雜等特點(diǎn)，安全風(fēng)險(xiǎn)性較高，保護(hù)基坑主體和周邊結(jié)構(gòu)安全是施工重點(diǎn)[1-3]。

1 工程概況

1.1 建設(shè)概況

聯(lián)石灣船閘位于中山市坦洲鎮(zhèn)，1989年建成使用，船閘現(xiàn)狀存在較為嚴(yán)重的安全問(wèn)題，難以滿足使用需求，需拆除回填舊船閘，新建1 座主體結(jié)構(gòu)滿足珠江干線1000 噸級(jí)船舶通航要求的船閘，船閘有效尺度為166m×16m×4.5m（長(zhǎng)×寬×門檻水深），工程主要包括上下閘首、上下游主導(dǎo)航及護(hù)岸。由于施工場(chǎng)地狹窄，根據(jù)擬在上閘首左側(cè)及環(huán)繞下閘首修筑一段施工便道，以滿足基坑開挖、主體結(jié)構(gòu)的施工車輛通行要求。由于船閘基坑尺寸較大，以下分析僅考慮下閘首，臨時(shí)道路與下閘首的位置關(guān)系如圖1所示：

圖1 下閘首臨時(shí)道路與基坑斷面圖

由于擬修建臨時(shí)道路距離基坑較近，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，因此需對(duì)道路修建對(duì)基坑開挖的影響進(jìn)行分析。路基加固方案采用水泥土攪拌樁，以減小由于道路及車輛荷載擠壓土體對(duì)基坑的影響，本文擬對(duì)加固方案進(jìn)行驗(yàn)算復(fù)核并給出相應(yīng)建議。

1.2 工程地質(zhì)條件

聯(lián)石灣船閘主要地層為第四系地層及燕山期（γ）花崗巖體，各土層特性指標(biāo)見(jiàn)表1：

表1 主要土層特性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2 承載力驗(yàn)算

本工程淤泥十字板強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為18.3kPa，根據(jù)《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程》[4],計(jì)算得原狀土地基承載力為55.75 kPa。

混凝土罐車按10 立方，重量按50t 計(jì)，計(jì)算荷載為37kPa。路基按永久荷載考慮，車輛荷載按活荷載考慮，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[5]計(jì)算得臨時(shí)道路地基附加荷載為81.61kPa。考慮軟土路基填筑形成的硬殼層影響，計(jì)算得臨時(shí)道路處理后地基承載力不低于72.24kPa。

初步加固方案為攪拌樁直徑0.7m，間距1.3m，樁長(zhǎng)16m，承載力計(jì)算相關(guān)參數(shù)如表2所示：

表2 臨時(shí)道路復(fù)合地基承載力計(jì)算參數(shù)

由上述計(jì)算可得復(fù)合地基承載力93.13 kPa＞72.24kPa，滿足要求，同上，攪拌樁間距取1.4m，計(jì)算得復(fù)合地基承載力87.88 kPa，仍滿足要求，因此可將樁間距定為1.4m。

打設(shè)攪拌樁主要目的是將路基及車輛荷載傳遞至基坑以下，減小基坑開挖時(shí)臨時(shí)道路對(duì)基坑變形的影響，因此采用有限元方法分別對(duì)路基未加固及采用攪拌樁加固兩種情況進(jìn)行計(jì)算。

3 計(jì)算模型

考慮施工的時(shí)序性及三維空間特性，采用Midas/GTS 軟件建立三維有限元模型，分析修建道路對(duì)船閘基坑開挖的影響。考慮邊界效應(yīng)的影響，模型深度取50m，長(zhǎng)200m，寬150m，如圖2所示。

圖2 下閘首三維數(shù)值模型

本工程影響范圍內(nèi)主要為淤泥、淤泥質(zhì)土，且涉及基坑開挖與卸載，因此模型采用修正莫爾-庫(kù)倫彈塑性本構(gòu)，卸載模量取壓縮模量的3 倍，不考慮滲流固結(jié)，模型參數(shù)取值如表3所示：

表3 計(jì)算模型參數(shù)表

水泥土設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為800kPa，依據(jù)《地基處理手冊(cè)》[6]，水泥土粘聚力取160kPa，摩擦角取20°，水泥土擋墻的內(nèi)摩擦角和粘聚力根據(jù)面積置換率計(jì)算。

本船閘基坑開挖深度6.9m，模型中適當(dāng)簡(jiǎn)化基坑開挖，分四層開挖，層厚分別為0.9m、2m、2m、2m。數(shù)值模擬步驟：初始地應(yīng)力平衡→臨時(shí)道路地基處理→修建臨時(shí)道路→開挖基坑第一層土體→開挖第二層土體→開挖第三層土體→開挖第四層土體。

4 計(jì)算結(jié)果

由上述模型計(jì)算得，臨時(shí)道路路基未處理，基坑開挖至坑底（6.9m）時(shí)水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)變形如圖3所示：

圖3 臨時(shí)道路未處理開挖至坑底圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形云圖

當(dāng)采用攪拌樁處理深度16m，基坑開挖至坑底時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形及路基沉降變形如圖4、圖5所示：

圖4 開挖至坑底時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形云圖（16m 攪拌樁）

圖5 開挖至坑底時(shí)道路沉降云圖（16m 攪拌樁）

當(dāng)采用10m 攪拌樁處理，基坑開挖至坑底時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形如圖6所示：

圖6 開挖至坑底時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形云圖（10m 攪拌樁）

將上述臨時(shí)道路地基未處理及采用16m 攪拌樁處理、采用10m 攪拌樁處理三種情況下，基坑開挖后支護(hù)結(jié)構(gòu)變形結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表4所示：

表4 下閘首不同工況下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[7]，按二級(jí)基坑變形控制要求，由表4 可知未做地基處理情況下基坑變形不能滿足要求，采用16m 攪拌樁與采用10m 攪拌樁計(jì)算結(jié)果相近，因此攪拌樁可穿過(guò)基坑開挖深度，取8 ～10m 進(jìn)行加固。

5 結(jié)論

（1）聯(lián)石灣船閘工程因施工需要修筑一臨時(shí)道路，按二級(jí)基坑考慮，在臨時(shí)道路路基及上部車輛荷載作用下基坑開挖后變形不能滿足規(guī)范要求，應(yīng)進(jìn)行加固處理。

（2）按地基承載力計(jì)算下閘首攪拌樁處理取樁間距1.4m，樁徑0.7m，三角形布置。為減小臨時(shí)道路對(duì)基坑開挖的影響，采用攪拌樁能將道路荷載傳遞至坑底以下，通過(guò)數(shù)值分析計(jì)算，可知攪拌樁采用16m 與10m計(jì)算結(jié)果相近，因此可考慮將樁長(zhǎng)設(shè)置為8m ～10m。