门架式围护结构在桂林象山升船机工程基坑支护的应用

概要：山旁的桃花江上。工程建成后，“两江四湖”相互贯通，融为一体，实现了真正意义的水上环城游。象山升船机工程位于桂林市象山公园傍的桃花江上，距漓江与桃花江汇合处约90m，该建筑左岸濒临滨江路，右岸紧靠象山公园，距上游文昌桥约145 m。工程枢纽主要布置有挡水坝、承船厢室和控制楼等建筑物。二、地质概况工程地貌上属桃花江河床至漓江一级阶地的过渡地带，地形相对高差不大，一般2.50～4.50m，沿江两岸均建有2.50～4.50m高岸墙。第四系一级阶地及现代河床冲积层面具有明显旋涡沉积及河口三角洲沉积特点，交错层理发育，古河床改道频繁，岩性变化较大，下伏基岩为泥盆系上统融县组厚层状块状灰岩。根据土层成因及岩土工程特征，场地可分为以下几个土层单元：第一层：杂填土①：分布于整个场地，厚度0.5～3.5m，主要为灰黑色粘土及碎砖、破瓦、水泥块、砂卵石及碎石等组成建筑垃圾，成份复杂多变，硬质组分含量30～50%不等。土层结构松散，透水性好。第二层：松散中细砂层②：分为两个亚层：松散细砂层②-1及稍密中细砂层②-2。松散细砂层②-1：主要由石英、长石、云母等矿物组成。含有少量不均匀分布砾石、卵石等，属中压缩性土，渗透系数K=1.

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农伟军
（南宁市水利电力设计院，广西  南宁  530001）

    【摘   要】深基坑支护的设计、施工、监测技术是近年来在我国逐渐涉及的技术难题。文章以桂林象山升船机工程为例子，着重介绍了基坑支护方式的优势。
　　【关键词】深基坑；门架式；围护结构；基坑支护；灌注桩
    【中图分类号】 TU473.12                  【文献标识码】 A                       【文章编号】 1007-7723（2005）12-0130-02

    【收稿日期】2005-08-04
    【作者简介】农伟军，供职于广西南宁水利电力设计院。

      一、工程概况
　　桂林市象山升船机站工程是桂林市中心城环城水系“两江四湖”工程项目中一项非常重要工程，是沟通桃花江和漓江的一座过船建筑物。工程位于桂林市城徽象鼻山旁的桃花江上。工程建成后，“两江四湖”相互贯通，融为一体，实现了真正意义的水上环城游。
　　象山升船机工程位于桂林市象山公园傍的桃花江上，距漓江与桃花江汇合处约90m，该建筑左岸濒临滨江路，右岸紧靠象山公园，距上游文昌桥约145 m。工程枢纽主要布置有挡水坝、承船厢室和控制楼等建筑物。
　　二、地质概况
　　工程地貌上属桃花江河床至漓江一级阶地的过渡地带，地形相对高差不大，一般2.50～4.50m，沿江两岸均建有2.50～4.50m高岸墙。第四系一级阶地及现代河床冲积层面具有明显旋涡沉积及河口三角洲沉积特点，交错层理发育，古河床改道频繁，岩性变化较大，下伏基岩为泥盆系上统融县组厚层状块状灰岩。
　　根据土层成因及岩土工程特征，场地可分为以下几个土层单元：
　　第一层：杂填土①：分布于整个场地，厚度0.5～3.5m，主要为灰黑色粘土及碎砖、破瓦、水泥块、砂卵石及碎石等组成建筑垃圾，成份复杂多变，硬质组分含量30～50%不等。土层结构松散，透水性好。
　　第二层：松散中细砂层②：分为两个亚层：松散细砂层②-1及稍密中细砂层②-2。
　　松散细砂层②-1：主要由石英、长石、云母等矿物组成。含有少量不均匀分布砾石、卵石等，属中压缩性土，渗透系数K=1.28×10-3cm/s，属于中等透水层，厚度1.0～7.0m，层面埋深最深达17m。
　　稍密中细砂层②-2：分选性较好，结构均匀，不含泥质。
　　第三层：砾砂层③：灰褐色，松散~稍密，饱和，含水，分选性较差，结构不均匀，主要由中细砂（30%～60%），砾石（15%～50%），卵石（<10%）组成，局部偶含少许粘土，卵石粒径2-3cm，主要为石英砂岩，该层仅呈透境状产出，分布有限。
　　第四层：砂卵石层④：呈灰黄色为主，含水，分选性具有一定差异，主要由卵石（21%～43%），砾石（4%～38%），粗砂（5～5.4%），中砂（5%～15%），细砂（5%～35%）及少许粉砂、粘粒等组成。卵石粒径一般3～8cm，最大达15cm，主要成份为砂岩，粉砂岩，石英岩及少量灰岩、花岗岩等，属中压缩性，渗透系数K=2.96×10-7cm/s～1.09×10-2cm/s，极弱-中等透水层。
　　三、支护方式的选择及设计
　　（一）支护方式的选择
　　本工程施工难点主要是承船厢室的基坑开挖施工，由于基础底板较深，距离滨江路较近，如图2。因此，基坑支护方式的选择尤为重要，支护方式必须安全可靠、方便施工。
　　基坑支护的支护方式有放坡开挖及简易围护、悬臂式围护结构、重力式围护结构、内撑式围护结构、拉锚式围护结构、土钉墙围护结构、门架式围护结构、加筋水泥土墙围护结构等。本工程的设计基底高程为138.3，距原地面145高程的高差为6.7m，通过对工程地质资料和周围环境的具体分析，结合该工程深基坑开挖的有关技术要求，确定采用三排门架式钻孔灌注桩支护方案，结合高压旋喷桩形成止水帷幕，采用挖土卸载、坑外集水井降水为辅辅助措施的基坑围护系统。如图1、2所示。

　　

      
      该支护结构由前后三排钻孔灌注桩及压顶梁组成刚架，利用桩的插入深度及基坑下较好的土体形成抗侧移体系，使受力变形合理，此外压顶梁上又可作为运输通道方便施工。由于该支护结构无内支撑，对坑内的施工无任何影响。
　　（二）基坑支护的设计
　　深基坑支护是近些年来才发展起来的工程运用学科，新的完善的支护结构上的土压力理论还没有正式提出，要精确地加以确定是不可能的。而且由于土的土质比较复杂，土压力的计算还与支护结构的刚度和施工方法等有关，要精确地确定也是比较困难的。目前，土压力的计算，仍然是简化后按库仑公式或朗肯公式进行。土压力参数：主要是抗剪强度C/Φ的取值问题。抗剪强度指标的测定方法有总应力法和有效应办法，前者采用总应力C、Φ值和天然重度γ(或饱和容重)计算土压力，并认为水压力包括在内，后者采用有效应力C、Φ及浮容重γ计算土压力，另解水压力，即是水土分算。总应力法应用方便，适用于不透水或弱透水的粘土层。有效应力法适用于砂层。
　　本工程的灌注桩后是滨江路，基坑在河中间，虽然上、下游围堰后有集水坑，但不能保证在任何情况下灌注桩后无水，故土压力计算采用最不利情况，即灌注桩后的土中有地下水的情况。地下水位高程取基底138.3m到145m平台高差的2/3为142.77m。灌注桩采用φ500mm，排桩间距为1400mm，前后排桩排距为2000mm，桩长分别为12.5m、11.5m、10.5m。混凝土采用C25。高压旋喷桩桩径φ800mm，搭接长度200mm。钢筋砼压顶梁宽700mm，高500mm，混凝土采用C25。在计算三排桩围护结构时，首先必须确定土压力分布情况及嵌固端位置。本工程的土压力作用于前后三根灌注桩的压力按1：1：1的比例来分配，嵌固端位置采用经验值即开挖面以下1/3～1/5开挖深度的最大值1/3约 2200mm。由此来算出挡土的高度为6700mm+2200mm=8900mm。据此算出土压力。把土压力平均分配到前后三根灌注桩组成的刚架中，如图3：

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