城市水闸增设泵站工程设计流量2.5m3/s，支护结构典型断面如图1所示。
新建泵房位于现有水闸南侧，泵房北侧边墙距水闸边墙最小距离为0.7m，泵房南侧边墙基本与防汛墙位于同一条轴线上。泵室底板设计高程为-1.4m，现状防汛墙后地面高程在4.5m左右，基坑最大开挖深度在6.0m左右。
泵站工程原设计方案基坑采用大放坡开挖施工，同时在水闸北侧采用挖土卸载的方式保证原水闸的整体稳定。由于原水闸北侧为现有护岸挡墙，沿线有部分城市供水管线通过，施工过程中卸载挖土需进行大量的协调工作难度较大，此外需对沿线现有的管线进行迁移保护，措施费用将大幅增加，为此经业主及有关各方综合协商，确定水闸北侧不卸载，南侧泵站基坑采取围护的垂直开挖方案，因此泵站基坑开始时需采用围护措施以确保现有水闸稳定。根据有关规范要求，基坑安全等级为三级，环境保护等级为一级。
▍场地工程地质条件
根据地质勘察报告，本工程场地属滨海平原地貌单元，河道宽度在15～20m，沿岸标高为3.96～4.52m；场地浅部地下水属潜水类型，地下水位埋深为现地面下1.30～2.00m，相应的水位标高为1.96～3.03m；场地所揭露的20.0m深度范围内的地层属第四系滨海——浅海相沉积层，主要由饱和黏土组成，夹粉性土及砂性土。
▍常用的基坑围护结构
常用的基坑围护结构类型较多，实际工程中往往需根据基坑具体的开挖深度、地下水和土层条件、周围环境、工程重要性、工程造价和施工条件等多重因素加以选择。长三角地区常用的基坑围护结构及其特点描述如下：
水泥土搅拌桩墙结构：将土和水泥强制拌和成水泥土桩，结硬后成为具有一定强度的整体壁状挡墙，适合于软土地区、环境保护要求不高，施工低噪声、低振动、无须支撑、结构止水性较好和造价经济，但围护挡墙较宽，墙体变位较大。
钻孔灌注桩挡墙结构：钻孔灌注桩组成排桩式挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，结构刚度大，可用在深大基坑；施工对周边地层、环境影响较小。但桩间接头放水性差，要根据地质条件和相应的止水措施配合使用，如搅拌桩、高压旋喷桩等，以解决基坑防水问题。
地下连续墙结构：在地下成槽后，浇筑混凝土，建造具有较高强度的钢筋混凝土挡墙。刚度大、开挖深度大，可适用于所有地层；强度大，变位小，隔水性好，同时可兼作主体结构的一部分；施工噪声低，振动小，对周围环境影响小等优点。适合于软弱土层和建筑设施密集的深基坑，但造价较高。
SMW工法桩：将土和水泥强制拌和成水泥土桩，内插型钢形成的一种围护结构，该工法强度大，止水性好，型钢可以回收反复利用。
钢板桩墙结构：用U型、H型和Z型截面的锁口钢板桩，密排打入土中，相互连接形成钢板桩墙。钢板桩为成品制作，可反复使用，施工快捷方便，与多道钢支撑结合，可适合软土地区的较深基坑，工期短。钢板桩截面面积较小，可适用于围护空间狭小的作业面。
▍围护结构的选择
在围护结构的选择上，主要考虑以下两方面的影响因素：
①泵房北侧边墙距水闸边墙最小距离为0.7m，施工难度较大，围护结构需满足在如此小的空间上布置的要求，同时围护结构施工又不能不对现有水闸造成影响；
②本工程基坑开挖深度为6.0m左右，基坑开挖时保证现有水闸整体稳定至关重要，围护结构需具有一定的可靠性，确保基坑开始施工期间周边设施的安全；
③基坑围护成本尽可能小。
基于以上原因，若采用常规的地下连续墙或桩墙结构，围护断面较大，难以满足本工程围护结构空间布置要求，综合考虑地层条件、施工期防渗要求、施工场地条件以及施工的难易程度等因素，考虑采用对环境影响较小且施工方便的钢板桩加钢管撑对撑相结合围护方式进行基坑开挖施工。
▍围护方案的设计
钢板桩规格选用国产拉森Ⅳ型钢板桩，钢板桩性能指标列于下表，泵站两侧支护桩设计桩长均为12m，设计桩顶高程2.0m，泵站北侧地面以下2.0m高程以上采用1：2放坡，靠近钢板桩部位设2.0m宽的马道，钢板桩入土深度约为8.6m。为确保基坑施工期间水闸结构的整体稳定，在1.50m高程处设1道直径500mm的钢管支撑，钢管壁厚10mm，支撑钢管中心间距3.0m，钢管撑与钢板桩之间采用钢围檩连接。
▍支护结构与水闸接缝处的加固处理
由于基坑边距离现有水闸边墙仅0.70m，对撑时支撑结构应力有可能致使周边土体发生变形，从而导致边墙结构的破坏，因此考虑在钢板桩与边墙之间填充细石混凝土作为传力端进行处理，待细石混凝土达到75%以上设计强度时，支撑才能施加预应力。
▍支护结构计算条件
围护结构沿基坑周边取单位长度按弹性地基梁计算，地层对钢板桩墙体的作用采用等效弹簧进行模拟。围护结构开挖阶段计算时计入结构的先期位移值以及支撑的变形，按“先变形、后支撑”的原则进行结构分析，并计算内部结构各工况的内力组合。原水闸作用力按照结构布置及受力情况，等效为竖向分布荷载及沿基坑方向作用的力矩。
▍水闸侧桩顶位移及沉降计算
考虑泵站水闸侧围护结构距离建筑物边墙很近，基坑变形会影响到现有结构的稳定，失事后果严重，经与相关部门协商，确定本工程水闸侧地面最大沉降量≤1％H（H为基坑深度），桩顶最大水平位移应≤10mm。
由计算结果可知，采用内撑结构，基坑开挖至-1.4m高程时，水闸侧支护结构桩顶最大为位移为7.7mm，地表最大沉降量为10mm，可满足本工程的设计位移及沉降要求。支撑结构最大内力为191.69kN；桩体最大弯矩为32.80kN-m，最大剪力为47.47kN。
▍小 结
结合长三角地区某泵站工程基坑开挖的实际情况，提出采用钢板桩加钢管撑对撑相结合围护方式，并根据理论计算结果对设计方案进行优化调整，解决了有限空间上的围护结构设计及施工问题，该工程目前已建设完成并正常运营，实践表明，设计提出的基坑围护结构安全可靠，施工期间并未对结构及周边建筑造成破坏。
来源：《河南科技》
作者：王成平
编辑整理：项敏
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