装配式钢支撑在淤泥质土船闸深基坑中应用探究

孙昌兴，蔡敏 （安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230051）

0 前言

船闸基坑一般开挖深度较大，且土质条件差，传统支护形式多为大放坡结合多级平台，悬臂桩支护形式，基坑边坡变形较大，在土质较好、周边环境变形控制要求不高时可以顺利实施。

内支撑支护技术在民用建筑行业发展较为成熟，但在船闸建设工程中应用较少，主要原因为船闸侧墙施工一般为高大模板一次浇筑成型，且内支撑立柱布设受闸室、闸首结构复杂限制不灵活，传统混凝土拆除时需搭设脚手架等辅助措施，工程造价较高且施工难度大，在悬臂结构无法满足变形控制要求时宁愿选择锚索（杆）等外拉式结构，在土质较差或周边有建（构）物时外拉式结构带来的风险较大。

本文以某淤泥质船闸深基坑支护为例，分析基坑产生大变形时装配式钢支撑的应用，结合现场监测检测数据对变形土体土质参数进行折减，并分析计算装配式钢支撑对周边环境影响，通过监测数据实时调整装配式钢支撑预应力，实现基坑自身及周边环境安全。

1 工程概况

1.1 基坑工程及周边环境概况

本基坑为长条形，基坑长度约330m，闸室宽度约34m，闸首宽度约59m，基坑开挖深度为15.0～19.3m，坑底位于淤泥质粘土中。基坑南侧为现状河堤道路，河堤顶距离围护桩净距约15.0～50.0m，河堤外侧为现状民房；北侧坡顶为现状民房，围护桩距离民房净距约15.0～45.0m，民房多为1～3F浅基础，结构完整性较差。基坑原设计采用大直径双排桩（φ1200～1400）+上部放坡支护形式，并采取搅拌桩加固土体，双排桩顶至基坑底高差约10.0～11.0m。基坑闸首及闸室位置大范围开挖至距坑底约5.0m时，临房屋侧在闸首区域局部挖土至基坑底，后因汛期降水量较大，施工进度受限且基坑排水困难，造成坡顶房屋及路面开裂，水平位移监测值最大超100mm，远超基坑变形预警值，后土方反压回填至大范围开挖标高后变形逐渐趋于稳定。

图1 基坑支护周边环境关系图

1.2 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，本基坑典型工程地质剖面如图2所示。拟建场地内地基岩土构成层序自上而下为：①层杂填土厚度0.4～4.3m；③层淤泥质粉质黏土，灰黑色，流塑状态，局部为软塑状态黏性土，含有机质、贝壳，夹粉土、粉细砂薄层，局部为淤泥质黏土，厚度13.80～21.40m；④层黏土厚度0.70～10.00m；⑦层圆砾厚度0.30～7.60m；⑧1层强风化砂岩厚度0.70～3.50m；⑧2层中风化砂岩未揭穿。勘察场地地下水主要为潜水，局部为上层滞水，深层为微承压水，主要赋存于淤泥质粉质黏土中，勘察期间实测地下水埋深为0.50～4.70m，地下水水位高程4.11～9.24m；深部地下水对本工程影响不大。勘察期间（2015年9月8日）船闸上游水位为6.857m，下游水位为4.72m。

图2 典型工程地质剖面图

2 设计方案

2.1 计算参数

勘察报告提供的土层材料的物理力学参数如表1，根据现场变形监测及检测、补勘结果，结合反分析计算，本次加固设计计算时对原勘察报告中土体力学参数折减后取用，已施工围护桩按原设计参数进行计算。

土层物理力学参数 表1

2.2 设计方案

经分析计算，基坑加固需布设两道支撑，因现状土方已自冠梁顶开挖4.0m，混凝土支撑架设需搭设脚手架，且冠梁浇筑完成，新增混凝土支撑与冠梁连接困难，且闸室为底板+侧墙U型结构，混凝土支撑拆除困难，经比选采用装配式钢支撑，其优点为节点连接为全螺栓拼接，施工速度快，且无需搭设脚手架，千斤顶为每根支撑构件的一部分可实时监控预应力并进行补偿，能够很好地控制基坑变形，后期拆除较为简便。

由于基坑在闸首位置变宽，在基坑闸室与闸室过渡段增设旋喷锚索补强，支撑自上而下布设两道，立柱根据闸室、闸首后浇带位置布设，闸室段设置两排立柱，闸首段设置三排立柱。利用闸室结构施工缝进行拆换撑设计，经分析计算采用此支护方案各项安全系数满足规范要求，周边环境变形可控，施工可行性强。支护设计平面、剖面图如图3和图4所示。

图3 基坑支护平面布置图

图4 闸首段支护典型剖面图

2.3 施工布署

因本工程基坑已产生较大变形，为进一步验证支护结构可行性及探究施工重难点控制，并避免大范围施工对周边环境的不利影响，在闸室段施工试验段，立柱桩及第一道支撑在大范围土方开挖面施工（距冠梁顶4.0m），第一道支撑架设完成后分层开挖土方并施工桩间防护，开挖至第二道支撑标高时架设第二道支撑，施工过程中进行连续变形观测动态调整施工进程，控制桩顶及坡顶施工荷载，施工通道布设于基坑内，尽量减小坡顶荷载对基坑的不利影响，根据实验段变形监测结果，自第一道支撑架设至基坑开挖到底支护结构及周边环境均处于安全状态。试验段开挖完成后分段开挖其余区域，实现装配式钢支撑场地内重复利用，节约工程造价。本工程装配式钢支撑实景如图5所示。

图5 装配式钢支撑实景图

3 变形监测分析

根据基坑深度、支护形式及周边环境情况，变形监测项目主要为围护桩深层水平位移、竖向位移，地表沉降，支撑轴力及建筑物沉降，根据观测结果，采用装配式钢支撑支护方案基坑开挖完成后支护桩深层水平位移最大值为20mm左右，竖向位移为4mm左右，地表沉降为25mm左右，支撑轴力最大值为1900kN左右，满足变形控制要求，支撑轴力监测变化曲线如图6所示。

图6 钢支撑轴力变化曲线图

4 结论

根据工程实施效果可以证明，装配式钢支撑在淤泥质土船闸深基坑中具有较强的可实施性，主要结论如下：

①淤泥质土中船闸深基坑采用装配式钢支撑支护能够较好地控制支护结构及周边环境变形，且对结构施工影响较小；

②装配式钢支撑能够实施根据应力监测结果对预应力损失支撑进行补偿，较好的实现了基坑信息化施工，且装配式钢支撑可做到随撑随挖，不需养护，拆卸后可重复利用，装配率高，其施工较传统混凝土支撑对场地的要求较小，是一种绿色支护技术，具有较好的推广应用前景。