引江济淮蜀山复线船闸工程基坑支护设计与分析

刘文化

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司 合肥 230088）

1 工程概况

蜀山船闸是引江济淮蜀山泵站枢纽的主要建筑物之一，蜀山船闸规划建设双线船闸，分期建成，先建一线并为复线船闸建设预留条件；复线船闸位于一线船闸西南侧，和一线船闸平行布置，中心线间距102m，两者共用引航道和靠船墩，蜀山复线船闸为Ⅱ级船闸，建设规模为280m×34m×5.6m（闸室长×口门宽×门槛水深）。

复线船闸处原始地面高程5.6～23.5m 左右，上游引航道设计底高程4.8～11.6m，上游导航墙最低开挖至3.2m，上闸首最低开挖至-10.9m，闸室建基面高程-8.3～-6.3m，下闸首最低开挖至-12.9m，下游导航墙建基面高程-1.1～-8.8m。复线船闸基坑开挖深度最深达34.7m，为深基坑高边坡工程，复线船闸主体结构外缘距离一线船闸（东北侧）主体结构外缘最近距离为43.1m，距离现状导流明渠（西南侧，一线船闸施工导流措施）开口线最近距离46.3m。引江济淮主河道计划2022年6月通水，届时一线船闸侧上游10年一遇全年水位23.07m，为保证复线船闸施工期间一线船闸结构安全，同时满足2022年及以后的上、下游挡水和度汛要求，蜀山复线船闸基坑应采用必要的基坑支护措施。

上游导航墙及上闸首段基坑支护措施既要保证一线船闸现有结构安全稳定及后期正常通航，又要满足上游挡水及度汛要求，且支护深度最高达34.4m（含放坡开挖），基坑支护及截渗最为复杂，本文仅分析上游导航墙及上闸首段基坑支护方案。

2 工程地质与水文地质

蜀山复线船闸处勘探揭露的主要地层自上而下分别为：①层粉质黏土，局部分布，层厚1.0～7.0m，层底高程12.74～19.55m；①2层粉土夹粉质黏土，局部分布，层厚1.7～5.7m，层底高程10.54～17.27m；②2层粉土夹细砂，局部分布，层厚2.20～3.30m，层底高程7.75～10.37m；⑤层粉质黏土，局部分布，层厚1.5～6.8m，层底高程8.01～17.76m；⑤1层粉土夹细砂，局部分布，层厚1.7～6.6m，层底高程6.05～13.19m；⑤2层中、细砂，局部分布，层厚1.3～4.8m，层底高程为5.47～9.94m；⑤5层粉质黏土混细砂，普遍分布，层厚1.0～6.2m，层底高程5.96～10.99m；⑨1层全～强风化粉砂岩，全风化呈砂质黏性土及砂土状，强风化岩芯呈短柱状，岩性为极软岩，层厚0.3～3.7m，层底高程4.87～8.55m；⑨3层中等风化～新鲜粉砂岩，岩芯呈柱状及长柱状，局部夹泥岩，岩性为极软岩，揭露最大层厚44.90m。揭露最深层底高程-37.56m。

该工程地下水类型主要为孔隙潜水，主要含水层为①2层粉土夹粉质黏土、②2层细砂、⑤1层粉土、⑤2层中、细砂及⑤5层粉质黏土混细砂，富水性一般，地下水主要接受大气降水及派河河水补给。⑤2层渗透系数i×10-4cm/s，其他土层渗透系数为i×10-5～i×10-8cm/s。

3 基坑支护方案设计与方案比较

复线船闸西南侧距离现状导流明渠较近，影响复线基坑开挖，拟对现状导流明渠在基坑范围外裁弯取直，裁弯取直后复线船闸结构外缘距离导流明渠上开口线最近距离约106m，满足复线基坑开挖及临时交通布置等施工要求。

根据一线船闸施工技术要求，一线上闸首底板后浇带浇筑前要求墙后应回填至12.2m 高程，因此，按一线船闸和复线船闸之间土方回填至12.2m 高程考虑蜀山复线船闸靠一线船闸侧基坑支护方案。

3.1 基坑支护特点

该工程基坑最大开挖深度34.7m，基坑支护兼顾上游挡水度汛要求，一旦支护失效或者产生较大变形，影响很严重，根据规范该工程支护体系的安全等级为一级。该工程基坑支护的特点有：（1）支护高度大，上游导航墙及上闸首段支护深度（含放坡开挖）20.3～34.4m，支护难度大，支护结构变形及稳定难以保证；（2）支护体系既要满足一线船闸结构安全及后期通航要求，又要满足复线船闸施工期间上游挡水要求，上游导航墙内土体单薄，挡水断面最窄处约16m，且下卧⑤2层中、细砂，基坑内外水位差达18m（以透水层顶高程算起），支护体系应考虑基坑截渗要求；（3）该工程地质条件复杂，⑤层粉质黏土具有弱膨胀性，⑨层粉砂岩为崩解岩，遇水崩解，均不利于基坑边坡及支护体系稳定；（4）前期施工强度大，支护体系及部分导航墙应抢先施工，满足通水后上游挡水要求；（5）受一线船闸施工干扰大，一线船闸的回填进度及回填高程均有要求；（6）该工程勘探范围内无淤泥质土等软弱土层，现状土层强度尚可，岩土分界面高程约为4.9～8.6m，⑨层粉砂岩虽为极软岩，但强度比土高很多，⑨1层等效凝聚力为80kPa，等效内摩擦角为19°，⑨3层等效凝聚力为200kPa，等效内摩擦角为26°，天然单轴抗压强度平均值为2.30MPa，这对该工程基坑支护是非常有利的；蜀山一线船闸基坑⑨3层局部开挖边坡陡于1 ∶0.5，高度12m 以上，上部作为起重吊装平台，施工期间未发生变形及破坏。

3.2 基坑支护方案

3.2.1 双排桩支护（方案一）

上闸首及上游导航墙段一线船闸与复线船闸之间现状地面高程为5.6～13.6m，双排桩支护方案（方案一）拟采用双排桩+扶壁式挡土墙组合支护型式，即现状地面高程以下采用双排桩，以上采用扶壁式挡土墙，双排桩顶部联系板和扶壁式挡土墙底板共用，双排桩+扶壁式挡土墙组合支护轴线长约168.6m（其中永临结合段长19.3m，单独扶壁挡墙挡土支护轴线长20.2m），支护顶高程15.87～20.37m，支护顶高程以上放坡回填至23.5m（上游导航墙内填筑高程，以满足上游挡水要求及保证一线船闸结构安全及通航安全）。双排桩排距7.5m，灌注桩桩径均为1.5m，桩长21.3～44.5m，前排桩桩距1.7～1.8m，后排桩桩距1.9～2.5m，双排桩顶部采用整体板连接，联系板顶高程6.4～10.9m，联系板宽9.0m，厚1.3m；上部扶壁式挡土墙顶高程15.87～20.37m，挡土直墙厚0.8m，扶壁厚0.6m，扶壁净距3.5m，挡土墙墙后填土顶高程15.57～20.07m，挡土高度均为10.17m。

3.2.2 支撑式支护结构（方案二）

支撑式支护结构（方案二）拟采用双排桩+立柱+装配式内支撑组合支护型式，两侧采用双排桩，桩径1.2m，中间利用闸首后浇带及空洞设置立柱，立柱垂直水流向间距11.55～12.90m，沿水流方向间距约5.0～6.0m 立柱建基面以下为直径1.2m 的灌注桩，以上采用双拼HW400 型钢，立柱之间以及立柱和两侧双排桩之间通过平面内支撑连接，平面内撑为HW400 型组合钢构，平面内支撑沿水流方向间距同立柱，沿高程上下间距5.0～6.0m，共5 层。

方案一和方案二优缺点对比见表1，综合比较可知，方案一较适合该工程基坑支护，主要原因为该工程土层较好，无软土层，⑨3层粉砂岩为极软岩，但强度比土高很多，虽然支护深度较深，但双排桩支护结构能满足该工程支护要求；方案二在软弱地层中及对变形要求较苛刻的工程中优势是很明显的。

表1 方案一和方案二优缺点对比表

3.3 基坑支护变形、内力及稳定性计算

该工程基坑支护体系变形、稳定性及灌注桩内力计算主要采用理正深基坑软件，并建立各典型剖面二维有限元模型，采用Midas GTSNX 有限元计算软件进行内力复核，计算均按最不利工况及荷载组合，结果见表2。

表2 上游导航墙及上闸首段典型剖面计算成果表

该工程基坑支护安全等级为一级，抗倾覆稳定安全系数和整体滑动稳定安全系数最小值分别为1.25 和1.35，由表2可知，上闸首及上游导航墙段支护断面稳定性均满足规范要求，桩顶变形在本基坑允许范围内。

4 结语

深基坑工程基坑支护设计时，应充分了解基坑所在地工程地质条件和水文地质条件，分析基坑支护的不利因素和有利因素，充分利用有利因素，然后综合比较各种支护方案的利弊，选择最适合该工程的支护方案。对于复杂的深基坑工程，单一的支护型式难以奏效时，可考虑各种支护型式组合，比如排桩+土钉墙组合支护、排桩+地下连续墙组合支护等等。基坑支护方案设计同时应考虑地下水的因素，基坑支护体系与截渗体系结合得当，可达到节省工程投资的目的。科学合理的施工进度计划编制与管理，在方案设计阶段可减少工程造价，在基坑使用阶段能降低基坑安全风险■