《1 前言》

1 前言

南京长江第四大桥南锚碇为重力式锚碇，基础形式为支护开挖深埋扩大基础，采用井筒式地下连续墙支护体系。设计采用了一种全新的平面“∞”形地形连续墙形式[1] ，既节约了工程投入，降低了造价，又较好地降低了墙体应力水平，提高了结构安全性。

《2 工程地质条件》

2 工程地质条件

南锚碇基础处覆盖层从上到下依次为：a. 0 层为全新统粉质粘土，可塑至软塑；b. 1层为全新统淤泥质亚粘土，夹粉砂薄层，流塑状；c. 2层全新统松散至中密状粉细砂为可液化土层；d. 1层稍密至中密状粉砂、细砂，自北向南逐渐变薄，直至缺失，为可液化土层；e. 2层粉细砂，呈中密至密实状；f. 3层粉质粘土，软塑至流塑，局部夹较多粉砂薄层，为软弱土层；g. 2层为上更新统粉细砂，呈密实状，北侧厚，南侧基本缺失；h. 3 层为上更新统砾石层，密实状；i. 4 层为上更新统粉质粘土，可塑状，仅个别孔揭露，分布很不稳定。下伏基岩地层为白垩系葛村组砂岩、砂砾岩，局部夹泥岩，由北向南基岩面起伏-38.120～-29.230 m，岩石强度高，胶结性能好，无明显断裂形成的破碎带，裂隙不发育，自上而下岩石强度逐渐增加。

南锚碇处地下水可分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水：孔隙水主要为承压水，11月至次年4月为枯水期，地下水位高程约2.5 m，含水层由粉砂组成，北侧厚，南侧基本缺失，渗透系数 k =4.29 m/d，影响半径 r =127.34 m；基岩孔隙不发育，裂隙仅少量发育，且裂隙连通性较差，故赋水性和透水性均较差。

地质条件的主要特征：基岩埋深浅，岩面起伏大；岩石强度高，无明显断裂破碎带，裂隙不发育；场区范围内地层分布不均匀；强风化基岩中风化裂隙较多，透水性局部较强。基岩面起伏形态示意图见图1。

《图1》

图1 基岩面起伏形态示意图（单位：m）

Fig.1 Top surface fluctuation of bedrock（unit：m）

《3 结构设计》

3 结构设计

1）结构形式选择。根据南锚碇场区基岩埋深浅且起伏大的特点，选择地下连续墙作为开挖支护结构。地下连续墙结构刚度大、整体性和抗渗性好；施工对周边环境影响小，对邻近建筑物和地下管线影响较小；墙体可适应基岩起伏形态。地下连续墙作为锚碇深埋基础开挖支护结构，通常采用圆形和矩形结构，本项目根据场地地质条件、结合锚固系统布置及结构整体受力，选择平面“∞”形结构支护体系。南锚碇为重力式锚碇，持力层为强风化砂岩，结构整体稳定性不控制基础设计。图2是三种结构形式在满足结构构造要求前提下最小的外轮廓尺寸。表 1 对三种结构形式进行了对比，“∞” 形结构布置平面面积最小，截面惯性矩最大，且半径小，墙体环向应力小，可实施性高。同时，由于南锚碇场地有限，管廊、厂房等构筑物众多，“∞”形结构形式可节约场地布置，减小征地拆迁的范围。

《图2》

图2 地下连续墙结构形式选择

Fig.2 Types of diaphragm wall foundation

《表1》

表1 地下连续墙结构形式对比

Table 1 Comparison of diaphragm wall foundation types

2）总体设计。南锚碇基础为支护开挖深埋扩大基础，基坑采用地连墙支护结构体系，平面形状为“∞”形，长82 m，宽59 m，由两个外径59 m的非完整圆和一道隔墙组成，壁厚为1.5 m。地连墙顶高程 5 000 m，底高程-35.000～-45.000 m，嵌入中风化砂岩约3 m，总深度40.0～50.0 m。为加强基础底板的整体性，隔墙底部 4 m 范围设计一道横撑，横撑高2 m，宽 2.5 m。由于强风化基岩中风化裂隙较多，透水性局部较强，为避免地连墙底脚发生渗流以及踢脚破坏，保证基坑的抗隆起稳定性，地连墙嵌入中风化砂岩约 3 m，至高程-35.000～-45.000 m，地下连续墙总深度40.0～50.0 m。内衬层高3 m，自上而下厚度依次是 1.0 m、1.5 m、2.0 m。地下连续墙一般构造见图3。

《图3》

图3 地下连续墙一般构造（单位：mm）

Fig.3 General layout of diaphragm wall foundation（unit：mm）

地连墙施工槽段分Ⅰ期、Ⅱ期两种槽段。地连墙Ⅰ期槽段共32个，其中外墙Ⅰ期槽段26个，包括 24个标准槽段，2个特殊槽段；隔墙Ⅰ期槽段6个。 Ⅰ期槽段采用三铣成槽，外墙Ⅰ期槽段轴线处长 6.324 m，其中边孔轴线处长2.8 m，中间孔轴线处长0.724 m，槽段相邻孔段交角为 176.5°；隔墙Ⅰ期槽段长2.8 m及6.944 m。地连墙Ⅱ期槽段共33个，其中外墙Ⅱ期槽段 26 个，隔墙Ⅱ期槽段 7 个；Ⅱ期槽段长均为2.8 m。地连墙外墙Ⅱ期与Ⅰ期之间交角为175.0°，轴线处搭接长度为0.273 m（见图4）。

《图4》

图4 地连墙槽段接头构造（单位：mm）

Fig.4 Connection joints of diaphragm wall foundation sections（unit：mm）

3）隔墙设计。隔墙为前后两个非完整圆支撑结构，对保持结构稳定，改善墙体受力至关重要。可以采取地连墙与外墙同时施工，也可随土体开挖逆作施工。采用地连墙支撑结构墙体变形小，最大开挖状态下最大矢量位移 8.7 mm；而逆作支撑结构墙体变形大，最大开挖状态下最大矢量位移 23.7 mm。逆作法施工横撑发挥作用时，墙体变形已经部分形成，抑制了非完整圆墙体的拱形效应，使得两圆交角处“Y”形槽段受力较大，底部最大压应力约25 MPa，有较大风险。图5为两种支撑形式隔墙中央沿高度方向支撑力分布。逆作施工横撑支撑力分布上大下小，地连墙横撑支撑力分布上小下大，总支撑力前者约为后者的50 %。

《图5》

图5 两种支撑形式隔墙中央沿高度方向支撑力分布

Fig.5 Braced stress distribution versus depth of central partition for two different braced types

为确保结构的受力安全，发挥非完整圆墙体拱形效应，设计采用地连墙支撑结构作为两个非完整圆横向支撑，但隔墙对锚碇基础的分割破坏了结构的整体性。由于隔墙仅为支撑结构，通过抬高隔墙底标高，留出底板范围内空间，使得基础底板连成整体；同时，弱化基础顶板范围内隔墙配筋，取消部分隔墙内衬，填心混凝土施工完成凿除部分墙体，既解决了开挖状态下的支护问题，又使基础顶板有效连为整体。图6为开挖状态下隔墙支撑半结构立体示意图，图7为基础顶板施工状态下隔墙支撑半结构立体示意图。

《图6》

图6 开挖状态下隔墙支撑

Fig.6 Partition under excavation

《图7》

图7 基础顶板施工状态下隔墙支撑

Fig.7 Partition under top plate construction

设计采用法国基础公司 PAROI2、Ansys®、 ABAQUS 三种程序对各种工况下结构的受力进行了验算，施工过程中全过程跟踪监测数据，理论计算与实测数据吻合良好；自2009年8月南锚碇开始开挖，2009年12月顺利完成底板浇筑，墙体累计最大变形为12 mm，相对位移仅为0.03 %，与国内外同类基坑变形相比非常小，围护结构各控制断面的应力和周边土体的沉降也小于预警值，整个开挖过程中围护体系始终处于正常运行状态，无异常突变；与国内已实施的锚碇地连墙结构相比，最大变形远远小于矩形基坑，与圆形基坑相近；周边环境无明显沉降，确保了周围管廊带和民居的安全。

《4 结语》

4 结语

1）“∞”形地连墙可大幅减小单圆半径，结构受力较小；可最大限度节约场地并减少投入，改善锚碇基础结构整体受力，为今后桥梁锚碇基础支护结构设计提供了一种新形式。

2）地连墙隔墙支撑形式使“∞”形墙体受力更加合理，墙体变形小，且施工简便可靠；填心施工完成后凿除部分墙体最大限度保证了基础顶板的整体性。