上海地区泵闸基坑围护设计要点研究

周 小 波

(昆山时代房地产开发有限公司，江苏 苏州 215324)



上海地区泵闸基坑围护设计要点研究

周 小 波

(昆山时代房地产开发有限公司，江苏 苏州 215324)

介绍了基坑围护设计中常见的问题，并结合上海市虹口区某泵闸工程概况，分析了影响基坑围护设计的因素以及施工要点，在此基础上，科学地评价了各种围护方案的利弊，论证了钻孔灌注桩法的合理性。

基坑，泵闸，围护设计，钻孔灌注桩

基坑工程是一门综合性较强的系统工程[1]。周边的环境以及地质条件都会对基坑的围护产生很大的影响。因此，在基坑围护方案的选择上，也要立足于整个结构的稳定性，进行技术经济比较。

1 基坑围护设计中常见问题

1.1 土压力的选择问题

基坑设计首先面对的是土压力的选取，而经典计算理论主要为库仑土压力理论和朗肯土压力理论。在两种理论基础上，当挡墙达到一定位移值，即可计算得出主动土压力值和被动土压力值。在实际工程中，围护结构的位移值往往比计算小。若不修正，计算的主动土压力值会比实际值小。另外，两种理论计算都需要土体的抗剪强度指标，而指标的选取值与土工试验的测定方法相关。在一定程度上，土压力值的选取受到了理论误差和人为因素的双重影响[2]。

同时，在土压力计算中，土壤中水分的影响十分大。一般情况下，将粘性土进行水土合算，而砂性土采取分算。实际土层十分复杂，土壤中的水分形态不一，不能简单归为粘性土或砂性土。

1.2 重力式挡土墙的稳定性问题

在浅基坑的围护设计中，重力式水泥搅拌桩被广泛使用。由于充分利用了水泥土的强度，挡土墙的整体强度高，桩体连续性好[3]。但是，挡土墙的选取也需要根据地质条件和基坑深度进行调整，否则会使挡土墙发生位移，造成墙体变形甚至开裂。当土质较为疏松时，挡土墙的建设会使土体的应力平衡受到破坏，墙体下方的土发生移动[4]。

1.3 支撑结构问题

施工过程中，由于深挖基坑的周期较长，深度较大，常常需要一些支撑结构保证围护的稳定性。由于钢管抗压承载力大，易于加工，便于回收，所以常常被使用。当钢管支撑架好后，由于施工途中的疏忽，局部钢管的预应力达不到要求，支撑就会发生向上拱起的现象，进而影响连接薄弱的部位[5]。另外，支撑间距过小，浪费材料，且增加了支点影响应力传导；间距过大，结构的稳定性得不到保证[6]。合理的间距应结合基坑的平面尺寸，使支撑的传力性能最优。

2 实际工程概况以及存在问题

本工程位于上海市中心城区虹口区，主体结构为“泵+闸”的不对称布置形式，附属构筑物为内外河翼墙及消力池。拟建基坑所处地块地坪标高约 4.30 m，而主体结构最低标高为-5.00 m，基坑主体结构最大开挖深度为 9.30 m。河道泵闸结构建在河道中央，周边环境保护要求高。地基土为第四纪松散沉积物。地下水初见水位埋深在 2.00 m～3.50 m之间，相应标高为1.04 m～1.52 m；稳定水位埋深在1.30 m～2.70 m之间，相应标高为1.74 m～2.22 m。

从整个工程的施工环境以及地质条件来看，对于基坑的围护建设需要注意以下几点：1)高含水量、大孔隙比、高压缩性、低强度、高灵敏度及低中渗透性的土质特性将使基坑外侧的静止土压力和主动土压力增大，而被动土压力减小，对围护墙体的作用将导致墙体的变形和墙底滑移量的增加。 2)由于上述土质特性，还将引起基坑开挖后坑底土的回弹量增加，对工程桩的作用将产生比较大的上拔力，设计时必须验算工程桩的抗拔能力，确保桩身不因基坑回弹而被拉断。 3)拟建场地地处市区，与周边已有建(构)筑物距离较近，最近距离在8 m左右，而且拟建工程均紧临河道，预制桩或PHC管桩沉桩施工对周边环境及河道边坡影响较大。

3 基坑围护方案设计

3.1 重力式水泥搅拌桩+放坡方案

拟建基坑场地标高一般约4.30 m，放坡开挖至0.00 m，坡度1∶1.5，0.00 m处设置1.5 m宽平台，在平台以下采用两轴水泥土重力式搅拌桩围护，水泥搅拌桩重力式墙体厚度4.2 m，采用格栅断面；嵌入深度取8 m。基坑内侧采用搅拌桩坑底贴边加固，加固深度6.0 m，宽度5.0 m。

3.2 SMW工法桩+支撑方案

SMW工法桩方案采用φ850三轴水泥土搅拌桩，内插H700×300×13×21型钢的围护型式。搅拌桩水泥掺量为20%，嵌入深度取12 m；竖向在3.8 m和-0.50 m设两道支撑，并施加预顶力，支撑纵向间距4.30 m，横向间距一般为4.0 m，支撑采用φ609钢管支撑，壁厚16 mm。在第一、二道支撑处分别设置顶圈梁和2H400型钢围檩。

3.3 钻孔灌注桩方案+支撑方案

本基坑围护方案采用φ800@950钻孔灌注桩(局部φ1 200@1 350)作为围护墙体，墙后距离围护桩0.15 m处设置一排封闭的φ650三轴水泥土搅拌桩隔水帷幕。桩顶设置顶圈梁连接，围护桩桩长一般为20.0 m。竖向在 3.8 m 和-0.50 m设两道撑，并施加预顶力，支撑纵向间距4.30 m，横向间距一般为4.0 m，支撑采用φ609钢管支撑，壁厚16 mm。在第一、二道支撑处分别设置顶圈梁和2H400型钢围檩。

方案一采用重力式搅拌桩围护墙体结合放坡的方案受到场地空间限制较大，在本工程中很难实施。根据本工程实际特点和周边环境限制和保护要求，基坑围护需采用板式支护体系。其中方案二的SMW工法桩围护墙墙体刚度与钻孔灌注桩柱列式排桩围护墙相比刚度较小，且由于场地条件限制，SMW工法桩中的部分型钢插拔不易，施工难度和造价均会提高。由于本工程泵闸主体结构最大开挖深度为9.30 m，深度较深，方案三钻孔桩围护墙墙体刚度相对较大，对基坑周边变形控制较为严格，适合于本工程基坑围护的特点。

4 结语

根据主体结构布置，并综合考虑拟建场地周边环境条件(包括地面管线、地面构筑物等)、施工流程和方法及投资等影响基坑工程的诸多因素，基坑开挖采用明挖顺作法作业，围护结构主体推荐采用单排钻孔灌注桩排桩+单排三轴水泥土搅拌桩隔水帷幕的围护体系和两道支撑系统的总体设计方案。

[1] 龚晓南.关于基坑工程的几点思考[J].土木工程学报,2005,38(9):99-102.

[2] 曹书文,杨 璐,孔涛涛,等.基坑降水对支护结构和地面沉降影响的有限元分析[J].建筑科学,2011(9)：125-127.

[3] 杨迎晓,许钧陶,靳建明.某综合楼基坑围护设计[J].岩土工程学报,2006(13):28.

[4] 隗建波.地铁车站明挖基坑围护结构稳定性研究[D].成都：西南交通大学,2010.

[5] 龚晓南.基坑工程发展中应重视的几个问题[J].岩土工程学报,2006,28(11)：48-49.

[6] 张在明.对我国岩土工程规范现状的几点看法:土建结构工程的安全性与耐久性[M].北京：中国建筑出版社,2003.

Study on the design of excavation support structure of pump and sluice in Shanghai

Zhou Xiaobo

(KunshanShidaiRealEstateDevelopmentLimitedCompany,Suzhou215324,China)

This paper introduced the common problems in foundation pit enclosure design, the factors of foundation pit support’s design and key points of construction have been investigated by comparing with a pump work’s construction in Hongkou, Shanghai. On this basis, the pros and cons of each design plan have been evaluated scientifically and the validity of bored cast-in-plale pile has been confirmed.

foundation pit, pump and sluice, retaining design, bored pile

1009-6825(2016)27-0056-02

2016-07-15

周小波(1970- )，男，工程师

TU463

A