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水闸工程基坑支护设计分析

发表时间：2021/7/1 来源：《建筑科技》2021年6月下作者：朱鑫阳

[导读] 城市化建设不断地推进，使用水闸工程的场景越来越多，水闸工程在城市排涝、防洪、给排水和灌溉等领域都有着重要的意义。建设水闸的工程中，基坑的开挖与支护是整个工程的最基本，最重要的环节，应根据现场实际情况和现实需求来设计和分析基坑的稳定性方案，合理选择基坑支护方案。

宁波市水利水电规划设计研究院有限公司朱鑫阳 315000

摘要：城市化建设不断地推进，使用水闸工程的场景越来越多，水闸工程在城市排涝、防洪、给排水和灌溉等领域都有着重要的意义。建设水闸的工程中，基坑的开挖与支护是整个工程的最基本，最重要的环节，应根据现场实际情况和现实需求来设计和分析基坑的稳定性方案，合理选择基坑支护方案。为此，本文结合实例分析了水闸工程基坑支护设计的要点，可供参考！
关键词：水闸设计；基坑支护；稳定计算
        水利建筑物的施工有着复杂的条件，繁多的工序，周边地质环境情况也比较复杂，因此对于周围建筑物，管线道路和原始护岸等相关建筑的保护要求很高。水闸项目深基坑设计有其特殊性，如何在复杂的位置安全地建造水闸项目，基坑开挖的重要性不言而喻。基坑支护结构不仅要保证施工过程中基坑的安全，而且对结构变形和周围土壤的沉降要进行严格地控制，为水利建筑物的安全提供严密的保护。因此，十分有必要进行水闸工程的基坑支护设计研究。
        1工程概况
        某水闸位于宁波市甬江干流右岸堤防上，河口处，位于高新区境内，是鄞东南重要排水闸之一，排泄鄞东南河网之水入甬江。重建新水闸工程净宽20m（4孔×5m），主要由闸室和上下游连接段组成，闸室及翼墙地基采用钻孔灌注桩处理。本工程闸门规模为4孔×5m，闸门净宽为20m，闸底高程为-1.37m，设计过闸流量为84.65m3/s。

        图1剖面图
        拟建场地勘探深度范围内浅部以II～IV层软土为主，性质较好的地层主要为V层粉质粘土及VI2层粉质粘土，其中VI1层粉质粘土性质一般。根据场地内地基土的分布情况及其物理力学性质特征，拟建场地内地质条件较复杂，开挖规模较大，且开挖深度范围内有厚度较大的软土分布，土层性质差，基坑开挖时极易发生边坡失稳，需采取有效支护措施。此外，基坑开挖后，边坡顶部严禁堆土、堆载及其它重物，以确保边坡稳定性。根据本工程场地地层分布情况和场地周边环境，水闸基坑采用排桩支护体系，排桩采用钻孔灌注桩，若能满足设计要求也可采用钢板桩支护方案，同时排桩外侧可考虑采用水泥搅拌桩形成止水帷幕。
        2地基土设计参数的选用
        ⑴、岩石的物理性指标和压缩性指标的建议值一般采用统计成果的平均值，水分，自然重力，自然孔隙率，液体极限，可塑性指数，流动性指数都属于岩石的物理特性指标；抗剪切强度指标建议值通常使用统计成果的标准值。如果样本数少于6件，那么建议值则使用平均值。
        ⑵、地基土承载力参数，根据地基土岩石性质，埋藏条件，地基土的物理力学性质等，以建设部《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的计算和查表为标准，参照浙江省《工程建设工程施工地面工程勘察规范》（DB33 / T 1065-2009），与现场附近类似地质构造中的桩基础施工状况进行结合，综合确定各地基土层的承载力值fak和钻孔灌注桩吉祥阻力标准qsik，以及极限端阻力标准值qpk建议值，还有水泥搅拌桩桩周土侧阻力特征值qsi。
        2基坑支护设计
        1基坑等级设计
        根据《基坑工程建筑技术规程》，基坑工程的设计等级需要根据挖掘深度，四周的环境情况和重要程度等因素综合考虑。基坑是二级等级的基坑，它的基坑大于5m且小于10m。
        2.基坑支护方案设计
        左岸基坑：水闸左岸地坪高程约3.5m，下游翼墙基坑底高程-3.17m，闸室基坑底高程-2.47m，内侧河道基坑底高程为-1.20m，基坑开挖深度为4.70m~6.67m。下游翼墙段采用大开挖方式，闸室及上游段基坑支护采用单排Φ800mmC35钢筋砼钻孔灌注桩支护，该项目的左岸和右岸是新实施的河滨绿地地区，因此该项目的基坑由灌注桩支撑支护，以减少对当前景观的破坏。
       长L=18m，桩间距1.0m，桩顶设C35钢筋砼冠梁（1000×800）。闸室、上游翼墙段对灌注桩基坑内一侧土体进行高压旋喷桩加固，处理宽度3m，深度6m；上游河道段不做加固处理。
        右岸基坑：水闸右岸地坪高程约3.0m，下游翼墙基坑底高程-3.17m，闸室基坑底高程-2.47m，内侧河道基坑底高程为-1.20m，基坑开挖深度为4.20m~6.17m。下游翼墙段基坑支护采用双排Φ800mmC35钢筋砼钻孔灌注桩支护，桩长L=18m。前后排桩中心排距3.0m，前排桩间距1.0m，后排桩中心距2.8m，桩顶设C35钢筋砼冠梁（1000×800），每隔2.8m设置一道C35钢筋砼连梁（800mm×800mm）。闸室及其上游段采用单排Φ800mmC35钢筋砼钻孔灌注桩支护，桩长L=18m，桩间距1.0m，桩顶设C35钢筋砼冠梁（1000×800）。第一排灌注桩外侧打设一道φ700mm高压旋喷桩截水帷幕，帷幕深度10.0m。灌注桩基坑内一侧土体进行高压旋喷桩加固，处理宽度3m，深度6m。
        3基坑稳定计算
        本次着重对灌注桩支护进行复核计算。开挖阶段支护内力及控制标准综合参照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）、浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》(DB33/1096-2014)、上海市标准《基坑工程技术规范》（DG/TJ08-61-2010）、《建筑基坑工程检测技术规范》（GB 50497-2009）等技术标准。

       3基坑监测
        基坑施工过程中，观察水平位移，沉降程度，倾斜角度，支撑结构的内力，支撑轴向力和基坑外部的地下水位，对基坑支撑结构的安全性进行监控并进行安全性验证，同时验证基坑支护结构设计和基坑开挖工作组织的正确性。通过对监测数据的变化趋势进行分析，可以及时预测基坑支护系统的稳定性和安全性，结合现场实际情况。指导现场施工进程。根据实际监测数据，地面变形沉降的范围在基坑监测和预警值允许的，是安全可靠的支护结构。
        总结
        在水闸工程的建设中不可避免地应用到基坑支护设计，而且水闸工程的选址通常在地质条件不是很充分河道中。这种地形的土壤层有深厚的淤泥和淤泥土。基坑支护设计在建筑项目中通常是作为临时项目存在的，但是由于水闸项目的特殊性，在水闸项目中的基坑支护工程可能会成为永久结构存在。因此，在水闸工程基坑支护的设计中，为了符合各种工况下的稳定性条件，通常需要考虑包括施工工况和永久工况两个工况的设计计算。