【www.zhangdahai.com--其他范文】
兰宇
（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335）
在我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要中提到，要强化大中小微水利设施协调配套，提升水资源优化配置和水旱灾害防御能力。在加强水利基础设施建设过程中，为进行水工结构地下部分的施工，会由地面向下开挖出一定空间。进行基坑开挖时，除了受工程地质和水文地质条件的限制外，还会受到基坑开挖影响范围内已有建筑物、道路、地下设施、地下管线等周边环境的制约。当工程周边环境复杂，基坑开挖深度大、范围广，施工工序多时，如何保证基坑内的安全稳定，控制基坑开挖对周边环境的影响，是基坑围护设计的重点。
张家港走马塘江边泵站工程位于苏州张家港走马塘出江口，泵站布置在现有江边枢纽东南侧（节制闸侧）。工程北岸为现有节制闸及交通桥，北岸基坑不具备大放坡开挖条件，泵房、交通桥及北岸清污机桥基坑需采取基坑围护措施后再进行开挖，南岸清污机桥可考虑采用大放坡开挖。交通桥及泵房段顺河向长45.00 m，垂直河流方向长36.00 m。
在施工过程中，为保证不破坏副厂房基础，安装间基坑开挖时需采取基坑围护措施后再进行开挖；
为减少大放坡开挖对内、外河翼墙1及副厂房基础的影响，在内、外河翼墙两基坑开挖时，局部衔接段需采取基坑围护措施。工程泵站机组采用贯流泵型式，叶轮处集水井底板高程较低，与泵房段基坑底板之间存在较深高差，为保证施工时基坑内的安全稳定，考虑沿开挖边坡两侧坡顶采用加固土进行加固。此外，根据水工结构布置，进、出水池段及导流墙结构考虑永临结合，采用双排桩直立挡墙结构，施工期可兼做围护结构进行基坑开挖。
泵房及交通桥段泵房基坑开挖底高程-4.45 m，交通桥最深齿槛段基坑开挖底高程-4.35 m，北岸现状地面高程6.40 m，南岸现状地面高程约4.50 m，北岸基坑深度10.85 m，南岸基坑深度8.95 m。北岸清污机桥段基坑开挖底高程-1.90 m，现状地面高程6.40 m，基坑深度8.30 m。南岸泵房安装间底板高程0.70 m，副厂房开挖底板高程3.80 m，基坑深度3.10 m。内、外河翼墙两段基坑开挖底高程-2.90 m，现状地面高程3.80 m，基坑深度6.70 m。工程泵站机组采用贯流泵型式，叶轮处集水井底板高程-8.20 m，泵房段基坑底板高程-4.45/-4.20 m，高程相差3.75/4.00 m。该工程基坑开挖底高程-4.45～0.70 m，基坑开挖顶高程6.40～3.80 m，基坑深度10.85～3.10 m。
根据基坑的开挖深度及周边环境，北岸交通桥及泵房段、南岸交通桥及泵房段、北岸清污机桥段、内/外河翼墙两段基坑安全等级为二级，南岸泵房安装间段基坑安全等级为三级。周边环境保护等级按二级考虑。
工程位于长江下游南岸冲积平原区，地貌类型为新三角洲平原，区内地形平坦，河网密集，地面高程1.80～8.00 m，工程范围内地表下根据其成因、时代、结构特征及物理力学性质指标等因素，从上至下将其划分为A层堤身填土、①1层素填土与①2层淤泥质粉质粘土、②层砂质粉土、③层淤泥质粉质粘土、④层粉砂、⑤层粉砂、⑥1层粉质粘土与⑥2层粘质粉土、⑦层粉砂，共8层。地下水主要为第四系覆盖层孔隙水，受大气降水补给，向河网排泄。场地内含水层为②层砂质粉土、④层粉砂和⑤层粉砂，隔水层为③层淤泥质粉质粘土、⑥1层粉质粘土，但⑥1层分布不连续。②层中地下水属潜水，④、⑤、⑦层砂土中地下水具有微承压水性质。
3.1 方案比选
工程北岸泵房及交通桥段基坑最大开挖深度约10.85 m，基坑不具备大放坡开挖条件，需采取基坑围护措施，以减少对现有节制闸及交通桥的影响。根据基坑开挖深度、周边环境及水文地质条件影响，基坑围护形式按以下2种方案进行分析比选：1）钻孔灌注桩+4道锚索围护。基坑1∶2放坡开挖至4.50 m，在4.50 m高程设置钻孔灌注桩+4道锚索围护，钻孔灌注桩直径0.80 m，间距1.00 m，桩长27.00 m，锚索水平间距2.00 m，竖向间距2.20 m，角度为15°，灌注桩桩后设置三轴水泥搅拌桩截渗。2）钻孔灌注桩+2道水平支撑围护。基坑1∶2放坡开挖至4.50 m高程，在4.50 m高程设置钻孔灌注桩+2道水平支撑的围护结构型式，钻孔灌注桩直径0.80 m，间距1.00 m，桩后设置三轴水泥搅拌桩截渗。
工程北侧为现有节制闸、交通桥，北岸基坑距离交通桥距离较近，锚索施工容易对交通桥基础造成破坏，且根据地勘资料分析，工程场地内含水层为②层砂质粉土、④层粉砂和⑤层粉砂，④层粉砂渗透系数为1.0×10-3cm/s，渗透系数较大，且紧邻长江补给丰富，锚索施工易形成渗透通道，不利于基坑安全，为满足基坑的施工安全，锚索长度达到40.00 m，施工难度很大。
钻孔灌注桩对撑围护方案有着大量成熟的工程经验，钻孔灌注桩刚度大，对撑结构控制桩顶变形能力强，桩外侧采用截水帷幕截渗，能够满足该工程基坑安全等级要求。综合上述因素考虑，该工程泵房及交通桥段基坑围护结构型式采用钻孔灌注桩加对撑围护形式。
3.2 方案概述
3.2.1 泵房及交通桥段围护方案
基坑围护采用ϕ800 mm@1 000 mm钻孔灌注桩结合2道水平支撑的围护结构型式。由于南、北岸现状地面高程不一致，北岸基坑1∶1.5放坡开挖至4.50 m高程设置钻孔灌注桩，灌注桩桩长20.00 m，南岸钻孔灌注桩桩长19.00 m，南北岸灌注桩后均设置ϕ850 mm@600 mm的三轴水泥搅拌桩止水帷幕，桩长17.50 m。第1道支撑采用钢筋混凝土支撑，截面尺寸为1 000 mm×600 mm，支撑中心标高为4.10 m，第2道支撑采用双拼ϕ609 mm（壁厚16 mm）钢管支撑，支撑中心标高为0.10 m高程。
考虑到支撑的长度较长，为充分保证支撑结构的稳定性，在支撑下设置垂直角钢格构柱，并给以水平连接。格构柱下设立柱桩，立柱桩采用直径800 mm钢筋混凝土灌注桩，格构柱伸入灌注桩3.00 m。南北向共设置2排立柱桩，由北向南的间距分别为10.80，14.40，10.80 m。
3.2.2 北岸清污机桥段围护方案
北岸清污机桥段围护采用双排钻孔灌注桩桩围护结构，围护范围10.00 m，前、后排桩直径ϕ1 200 mm，间距1 400 mm，桩长22.00 m。现状地面1∶1.5放坡开挖至4.50 m高程设置双排钻孔灌注桩，双排桩桩长22.00 m，前排钻孔灌注桩桩后设置ϕ850 mm@600 mm的三轴水泥搅拌桩止水帷幕，桩长17.50 m，坑内底板高程-2.10 m以下采用ϕ650 mm@450 mm的三轴水泥搅拌桩加固土，加固区深4.00 m、宽4.25 m。
3.2.3 安装间段围护方案
工程副厂房开挖底板为3.80 m，安装间底板为0.70 m，为降低安装间基坑开挖对副厂房基础的影响，安装间基坑采取基坑围护后再进行开挖。基坑围护采用水泥土重力式围护墙进行施工，为减少工程桩基设备，水泥土重力式围护墙采用ϕ650 mm@450 mm三轴水泥搅拌桩，桩长9.00 m，成墙厚度约2.45 m。
3.2.4 内、外河翼墙两段围护方案
工程内、外河翼墙两基坑采用大放坡开挖，为减少大放坡开挖对内、外河翼墙1及副厂房基础的影响，基坑开挖局部衔接段考虑设置ϕ800 mm@1 000 mm钻孔灌注桩围护，灌注桩桩长16.00 m，桩后设置ϕ850 mm@600 mm的三轴水泥搅拌桩止水帷幕，桩长17.00 m，围护范围共20.00 m。
3.2.5 叶轮底板坑内加固方案
工程泵站机组采用贯流泵型式，叶轮处集水井底板高程-8.20 m，泵房段基坑底板高程-4.45/-4.20 m，考虑沿两侧开挖，边坡坡顶采用ϕ650 mm@450 mm三轴水泥搅拌桩加固土进行加固，桩长9.00/9.25 m，加固土深5.00 m、宽2.45 m，水泥掺量20%。
3.3 方案分析
经计算，泵房及交通桥段、北岸清污机桥段、安装间段和内/外河翼墙两段的基坑围护结构，以及叶轮底板的坑内加固方案，均满足基坑安全等级规范要求的整体稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起稳定性及抗渗流稳定性允许值，并将桩顶变位及地面沉降控制在合理范围内。下面以泵房及交通桥段围护结构为例，分析围护结构工况，并对计算结果进行分析。
3.3.1 泵房及交通桥段围护结构工况
1）北岸交通桥及泵房段围护结构工况
根据工程实际情况，对基坑侧施加施工荷载20 kPa。由于北岸现状地面高程6.40 m，南岸现状地面高程4.50 m，为满足围护结构安全稳定且方便施工，北岸以1∶1.5坡比开挖至4.50 m高程，平台宽2.50 m，ϕ800 mm@1 000 mm钻孔灌注桩支护，桩长20.00 m。灌注桩后设置ϕ650 mm@450 mm的三轴水泥搅拌桩止水帷幕，桩长16.00 m。第1道撑为钢筋混凝土撑，第2道撑为ϕ609 mm壁厚16 mm钢管支撑。基坑开挖分3次开挖，超挖深度为0.50 m，第一次开挖至高程3.60 m（深度2.80 m），在高程4.10 m（深度2.30 m）处进行第1道钢筋混凝土支撑的加撑施工；
第二次开挖至高程-0.40 m（深度6.80 m），在高程0.10 m（深度6.30 m）处进行第2道ϕ609 mm壁厚16 mm钢管双拼支撑的加撑施工；
最后一次开挖至坑底高程-4.45 m（深度10.85 m）。待底板浇筑完，具备一定强度后，由下至上拆除2道对撑结构。
2）南岸交通桥及泵房段围护结构工况
根据工程实际情况，对基坑侧施加施工荷载20 kPa。南岸现状地面高程4.50 m，无放坡，ϕ800 mm@1 000 mm钻孔灌注桩支护，桩长19.00 m。灌注桩后设置ϕ650 mm@450 mm的三轴水泥搅拌桩止水帷幕，桩长15.00 m。第1道撑为钢筋混凝土撑，第2道撑为ϕ609 mm壁厚16 mm钢管支撑。基坑开挖分3次开挖，超挖深度为0.50 m，第一次开挖至高程3.60 m（深度0.90 m），在高程4.10 m（深度0.40 m）处进行第1道钢筋混凝土支撑的加撑施工；
第二次开挖至高程-0.40 m（深度4.90 m），在高程0.10 m（深度4.40 m）处进行第2道ϕ609 mm壁厚16 mm钢管双拼支撑的加撑施工；
最后一次开挖至坑底高程-4.45 m（深度8.95 m）。待底板浇筑完，具有一定强度后，由下至上拆除2道对撑结构。
3.3.2 泵房及交通桥段围护结构分析[1-5]
1）整体稳定分析，采用瑞典条分法理论验算沿最危险圆弧滑动面的稳定性。经计算，基坑两岸围护结构整体稳定最不利工况为基坑最后一次开挖至坑底高程时，北岸、南岸整体稳定安全系数分别为2.46和2.60，均大于二级基坑安全等级的规范要求允许值1.30。
2）抗隆起分析，按墙底地基承载力模式验算。经计算，基坑两岸围护结构抗隆起最不利工况为基坑最后一次开挖至坑底高程时，北岸、南岸抗隆起安全系数分别为2.49和2.66，均大于二级基坑安全等级的规范要求允许值1.90。
3）抗渗流分析，按临界水力梯度法验算，抗渗流验算系数：
K=γ′(2d+0.8h)/(γw△h)
式中：γ′为土的浮重度，kN/m3；
d为截水帷幕底面至坑底的土层厚度，m；
h为潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的土层厚度，m；
γw为水的重度，kN/m3；
△h为基坑内外的水头差。
北岸围护结构开挖深度10.85 m，水位埋深1.00 m，计算得抗渗流验算系数K为1.86；
南岸围护结构开挖深度8.95 m，水位埋深0.50 m，计算得抗渗流验算系数K为1.82，均大于允许值1.50。
4）内力变形分析，计算基坑开挖过程中的位移、剪力、弯矩的变化曲线。经计算，基坑两岸围护结构内力变形最不利工况为拆除下部第2道钢管支撑时，北岸、南岸第1道钢筋混凝土撑的支撑轴力为1 785 kN和1 300 kN，第2道ϕ609 mm壁厚16 mm钢管支撑轴力为3 420 kN和2 878 kN，均大于2 500 kN，故采用双拼。北岸、南岸围护结构桩侧向位移量为22.0 mm和16.6 mm，满足规范要求。
基坑围护方案设计作为水利工程建设的关键技术之一，在保证基坑内安全稳定的同时，控制基坑开挖对周边环境的影响。基坑围护的整体稳定性，随着钻孔灌注桩桩长的增加而增加，当钻孔灌注桩桩长达到某一临界长度时，整体稳定性对钻孔灌注桩桩长的敏感性逐渐降低；
基坑围护的抗渗流稳定性，随着水泥搅拌桩止水帷幕长度的增加而增加，当止水帷幕长度达到某一临界点时，抗渗流稳定性对止水帷幕长度的敏感性逐渐降低。因此，钻孔灌注桩桩长和止水帷幕长度的确定，应先结合工程实际地勘资料，选择合适的长度范围；
再根据计算结果，不断调整，从而确定钻孔灌注桩和止水帷幕的设计长度。
