东湖双排钢板桩围堰在抽水阶变形情况分析

　　[摘要]双排钢板桩围堰由于结构不设内支撑，在软土地基中变形量大，易发生倾覆。基于东湖通道围堰工程实例，对双排钢板桩围堰“前短后长”和“前长后短”两种结构形式变形特性分析和探讨，分析软土地基双排钢板桩围堰在 5 种不同抽水速率工况下变形及受力情况。结果表明，围堰在抽水阶段，“前长后短”结构形式位移变形小于“前短后长”.结合监测数据及专家意见，提出 0. 2m/d 抽水速率指标以及三级变形监测预警控制值，确保围堰安全。
　　
　　[关键词]地基； 软土； 钢板桩围堰； 稳定性； 变形； 监测。
　　
　　Abstract: Because of the double row steel sheet pile structure without support,it is summarized as largedeformation in soft soil foundation and easy to overturn. Based on Eastlake Tunnel cofferdam engineering,this paper discussed two kinds of structure type deformation characteristics as 'short after long'and'long after short'of the double row steel sheet pile cofferdam. Using elastic plastic constitutive model,the authors make analysis on soft soil foundation of double row steel sheet pile cofferdam in five differentpumping rate under the condition of deformation and stress. The results show that cofferdam in thepumping stage,'before long short'structure type displacement deformation is smaller than the'long andshort in front'. Combined with the monitoring data and expert opinion,the 0. 2m / d pumping rate indexand the three stage deformation monitoring and early warning control are proposed to ensure the safety ofthe cofferdam.
　　
　　Key words: foundations; soft soil; steel sheet pile cofferdam; stability; deformation; monitoring; risk.
　　
　　0 引言。
　　
　　目前国内常见的大型围堰结构形式一般有土石围堰和钢板桩围堰两大类型。其中土石围堰施工占用水域面积较大，同时大量的土方施工对生态环境造成破坏性的影响，且施工周期较长，因此大多采用钢板桩围堰设计。根据查阅文献和规范可知，对于双排钢板桩围堰计算方法有 2 种： ①视内外板桩为嵌固于基坑面以下 0. 5 ~1. 0m 处的悬臂梁，按内外板桩顶端拉杆处位移相等的条件，计算拉杆拉力和板桩最大弯矩； ②视内外板桩分别为各自独立的单排板桩，按单排板桩计算拉杆拉力和板桩最大弯矩。《格形钢板桩码头设计与施工规程》JTJ293-98 中对板桩计算也提出要求，对于板桩码头前墙的踢脚稳定性、板桩码头整体稳定性、桩的承载力和构件强度等，应按承载力极限状态设计。但是对于软弱地基中双排钢板桩围堰结构形式并未提出相关说明，均视为两侧等长考虑。现有研究对于软弱地基双排钢板桩围堰外排钢板桩的变形规律与内排钢板桩变形规律基本一致。外排及拐角处的钢板桩接头存在较大的转动，而其他位置转动很小。常用的计算方法有地基梁法、比例系数法、等效抗弯刚度法、有限元法，其中有限元可考虑空间效应、适用性强。对于双排钢板围堰的整体稳定、水平抗滑稳定及抗倾覆稳定计算、围堰变形及钢板桩内力和围堰渗流均有相关的研究，但是对双排桩支护结构双排桩桩-土共同、桩距、排距等对支护结构的影响并无相关研究。同时，由于钢板桩围堰属于柔性结构，在软土地基中变形量大，无法满足现场施工的要求。
　　
　　本文以东湖通道工程深厚软基中双排钢板桩围堰为背景，开展不同桩长在围堰抽水阶段围堰变形情况分析，并且结合长期监测数据对双排结构钢板桩围堰变形监测提出适宜的预警控制值。
　　
　　1 工程概况。
　　
　　东湖通道工程规划北起二环线红庙立交与二环线水东段对接，南止于喻家湖路喻家山北路道口，全 长 约 10. 6km,其 中 湖 中 隧 道 长 度 约 为4. 94km,里程桩号为 DHTDK0 + 300-DHTDK5 +240,采用围堰明挖法施工。隧道施工前需要设置围堰挡水，单侧围堰长度约为 8. 045km,其中双层钢板桩土芯围堰长度约为 7. 16km,长度为全国涉湖隧道之首。
　　
　　1. 1 场区地层条件。
　　
　　根据钻探揭露，东湖通道围堰断面地层主要为：在本次最大勘探深度45. 5m 范围内，根据钻探资料及土工试验成果，拟建场区除表层填土外，其下依次由湖积（ Ql） 的淤泥及冲积（ Qal4） 的黏土、淤泥质黏土，第四系上更新统冲洪积（ Qal + pl3） 的粉质黏土、含粉质黏土碎石，S2泥质粉砂岩、S2砂岩组成。自上而下分述如下： ①Ql①4主要为淤泥，厚度 0. 4 ~6. 1m,流塑状饱和，土质软，易变形，局部夹未分解完全的腐殖质，可见白色螺壳，有腥臭味。压缩性高。②Qal4黏土，厚度0. 0 ~7. 8m,可塑 ~ 软塑，饱和，土质均匀，切面光滑，干强度及韧性高，有腥臭味，压缩性高偏中等。③Qal4②2淤泥质黏土，厚度 1. 3 ~ 12. 5m,软塑 ~流塑状，饱和，土质软，易变形，略有腥臭味，局部含少量螺壳。压缩性高。④Qal + pl3③1粉质黏土，厚度0. 6 ~9. 2m,可塑，饱和，土质较不均匀，切面欠光滑，局部夹少量粉土及螺壳，压缩性中等。⑤Qal + pl3③2粉质黏土，厚度 1. 2 ~24. 0m,硬塑，饱和，土质较不均匀，含铁锰质结核及灰白色高岭土条纹，局部夹有薄层粉土，压缩性中等偏低。⑥S ⑩a - 1强风化粉砂质泥岩，厚度 1. 7 ~ 24. 1m,取样呈短柱状及柱状，手较难掰断，分布有近垂直向节理，节理发育，锤击声哑，敲击易碎，属软岩，岩体较破碎，岩芯采取率约为70%,RQD 值约为 65%,岩体基本质量等级为Ⅴ级。分布在里程约为 DHTDK0 +450-DHTDK1 +700.
　　
　　1. 2 设计概况。
　　
　　根据隧道线路走向与沿湖路关系，湖中隧道段围堰与沿湖路自然形成5 个围堰区域（ 见图 1,2） ,围堰1 ~ 4 采用拉森钢板桩围堰方案，围堰 5 靠近东湖东路局部地段采用土围堰： 围堰 1 区面积3. 8 万 m2;围堰2 区面积10. 6 万 m2; 围堰3 区面积 20. 0 万 m2;围堰4 区面积 7. 9 万 m2; 围堰 5 区面积 12. 5 万 m2;围堰总面积约为55. 0 万 m2.