邻近海堤荷载模式对基坑支护设计的影响研究董增春

邻近海堤荷载模式对基坑支护设计的影响研究董增春

董增春任小峰黄聪

浙江省交通规划设计研究院浙江杭州310006

摘要：本文对毗邻海堤和海水的隧道基坑，采用不同荷栽输入模式，对比分析基坑稳定性和围护结构内力计算结果。研究结果表明，把海堤作为邻近荷载（地面超载）计算的围护结构内力比把海堤作为土层的围护结构内力要大，稳定安全系数低，故在设计中考虑基坑及围堰安全，应把海堤作为邻近荷载输入。

关键词：基坑；海堤；潮汐水位；荷栽模式

1前言

随着经济发展和城市化步伐的加快，城市建设用地日趋紧张,开发利用大型地下空间已成为迫切需求。本项目为海边围垦新区新建沿堤隧道,堤隧结合能充分利用地下空间。而滨海软土地区采用筑围堰明挖的基坑工程，由于潮水起伏、充足的地下水补给以及软黏土地层的高蠕变、低渗透特性，相比一般基坑设计及施工困难得多。环境的复杂性和不确定性使此类基坑工程具有高风险性，需要考虑充分考虑各种极端情况。设计校核围护方案时，海堤和海水荷载是影响基坑围护结构安全的重要因素，本文就如何考虑它们的影响进行探讨[4-6]。

2工程概况

2.1基坑周边环境和规模

某海底隧道位于宁波象山港，双向六车道，长约2km。项目所在沿海滩涂区，周边为养殖海塘，该海域百年一遇高潮位6.4m。隧道计划采用明挖法施工，两侧填筑海堤和围堰阻水。隧道外侧距海堤轴线约20m，基坑宽33m,最深处约5m，海堤堤顶高程6.8m,隧道与海堤关系如下图。

2.2场地水文地质情况

工程区涂面高程0.30～-1.0m，局部冲沟深-1.90m，场地类别为Ⅱ类场地。多年平均最高潮位4.52m，多年平均最低潮位-2.59m，平均潮差4.31m。本区区域构造稳定，覆盖层由淤泥、粘土、含黏性土圆砾、含砾砂粉质粘土等组成，最大厚度大于15.0m，根据勘察资料，场地各土层的部分物理力学性质指标详见表1。

图2三种模型计算简图

3围护结构选型和荷载作用方案

根据所处的地质条件、宽度、埋深、周边环境等工程建设条件，同时考虑工程的安全性、经济性、工期等诸多因素，结合本地区同类工程的成功经验，具体围护结构方案为:隧道中部基坑较深采用φ800钻孔桩间距100cm配合混凝土支撑进行围护；两端接线基坑较浅，采用φ600水泥搅拌桩重力式挡墙进行围护。

由于海堤与隧道分属不同项目，施工也为两个独立企业，互相之间工期工序配合和沟通协调能力难以保障。所以需要考虑隧道基坑围护的各种风险特别是海堤施工的不同状态对基坑围护设计的影响。具体而言，本文考虑情况1，海堤在隧道基坑开挖前建成；情况2，海堤施工一半能够阻水后，隧道基坑开挖；情况3海堤筑高与基坑开挖基本同步。

4模型建立及计算

采用启明星FRWS软件进行建模计算，取基坑靠海侧进行围护结构分析。在软件中对应地分为三种工作模式：1、海堤堤身作为土层，海水作为静水压作用；2、海堤消浪平台以下堤身作为土层，以上作为后期邻近荷载，海水也相应划分；3、海堤和海水都作为邻近荷载。选择基坑有代表性地质和开挖深度的一断面进行分析，基坑底距海堤底面4m,地面超载统一取20kN/m2,相应计算简图如图2。

在围护结构和支撑结构的前提下，对三种模型的的灌注桩长度进行调整，以满足规范要求。针对选取的断面计算围护和支撑结构的受力、位移，以及整体稳定性，抗倾覆稳定性，抗隆起稳定性等。计算的各种工况区别在于:基坑深度，水位变化,邻近荷载大小。计算结果如下表。

图3三种模型计算结果对比

对比计算结果，第三种情况对基坑应该是最不利的，嵌固深度增加，稳定性和抗隆起稳定性虽然提高，但和支护结构工程量密切相关的支撑轴力、围护结构弯矩和剪力依次增加，其中断面最大弯矩增加35%。综合考虑海堤保护要求及基坑安全因素，采用海堤视为荷载进行围护结构设计比较可靠。从岩土力学原理上考虑，海堤作为纯荷载导致围护结构危险滑动面更深，内力更大是由于当海堤堤身简化为土层，基坑深度和主动土压力增加，静水压力也增加，但是由于考虑了土条间摩擦角，导致围护体系总体上偏于安全。

5结论

本文建立了基坑深度、海水荷载大小及荷载的位置变化的内撑式基坑围护模型，得到了不同的海堤施工状况下的基坑稳定性及围护结构内力的变化规律。计算结果表明，海堤施工进度缓慢，沉降固结未稳定，完全作为邻近荷载时对基坑最不利，基坑围护结构设计按此工况设计比较安全可靠。

参考文献

[1]GB/T51015-2014,海堤工程设计规范[S].

[2]GB50009-2012,建筑结构荷载规范[S].

[3]JGJ120-2012,建筑基坑支护技术规范[S].

[4]凌晓洁,王连海,党煜敬.基坑工程设计中相邻建筑荷载的作用[J].工业建设,2006,(26):826-828.

[5]董永.周边建筑荷载输入模式对深基坑设计的影响例析[J].建筑,2012,(13):66-67.

[6]孙强,张晓科,李厚恩.考虑水压效应的基坑边坡稳定性计算[J].工程地质学报,2007,15(3):403-406.

作者简介

作者1：姓名：董增春出生年：1982年性别：男籍贯：浙江富阳民族：汉学历：硕士职位：工程师。

作者2：姓名：任小峰出生年：1981年性别：男籍贯：浙江上虞民族：汉学历：硕士职位：工程师。

作者3：姓名：黄聪出生年：1990年性别：男籍贯：浙江余姚民族：汉学历：硕士职位：助理工程师，供职单位：浙江省交通规划设计研究院。