深基坑支護與降水施工技術

梁多勝

1 工程概況

永濟熱電廠火車卸煤溝緊臨南同蒲鐵路，地形平坦。火車卸煤溝長 300m，底寬 12m～16m，基坑開挖深度 9.0m，其中 1號轉運站基坑開挖深度 12.5m。

根據《永濟熱電廠 2×300MW空冷機組改擴建工程巖土工程勘測報告》結合現場調查，該場地處于盆地邊緣山前傾斜平原前緣與束水河沖積平原的交接帶，地面高程 346m。

1.1 場地工程地質條件

第①1層黃土狀粉土:淺黃 ～黃褐色，稍密，見蟲孔及大孔隙，夾薄層粗砂透鏡體。層厚 2.0m～2.7m。第①2層黃土狀粉土:黃褐色，稍密，夾有粗砂透鏡體，層厚6.1m～6.6m。第②層粉質粘土:灰綠色，夾有粗砂、卵石透鏡體，勘察未穿透該層。

在掌握前期場區勘察資料基礎上，對卸煤溝區進行了基坑支護及降水工程的補充勘察。

土工試驗結果:黃土狀粉土地層粘聚力為16.5 kPa～25.35 kPa，內摩擦角為 16°～23°，重度為 20 kN/m，滲透系數為 2.6×10-5cm/s;粉質粘土地層粘聚力為 17.5 kPa～30.35 kPa，內摩擦角為 15.2°～19.95°，重度為 20 kN/m，滲透系數為 1.7×10-6cm/s。

1.2 場地水文地質條件

場地地層以黃土狀粉土、粉質粘土為主，局部夾有粗砂層。地下水屬松散巖類孔隙潛水，其補給來源主要為大氣降水及地下水側向徑流補給，向北排泄于束水河。水位標高 344.5m。水位年變幅 0.5m～1.0m。地下水水位屬水文型動態，3月 ～5月為高水位，12月 ～次年 1月為低水位。

2 基坑工程設計

2.1 安全等級的確定

根據 JGJ 120-99建筑基坑支護技術規程中安全等級的劃分標準，將本基坑的安全等級劃分為兩部分:基坑北邊坡距離南同蒲鐵路 8m，支護結構破壞后會造成嚴重的后果，安全等級定為一級;其他部位支護結構破壞后造成的后果一般，故安全等級定為二級。

2.2 支護方案選擇

2.2.1 一號轉運站深基坑方案

深基坑比較常用的支護方案有:懸臂樁、樁—錨結構、土釘墻、樁—內支撐、土釘墻—樁—錨聯合體系等。

對本工程而言，樁—錨支護體系，目前作為一種比較常用的支護方式，無論從技術理論還是施工經驗等方面，都已經很成熟，已被廣泛應用到巖土工程。從經濟角度分析，它的造價低于懸臂樁和連續墻。土釘墻支護工期較長，變形大，質量不穩定。所以，本工程一號轉運站深基坑北、西、南側分別選用樁—錨支護方式比較合適，其充分利用場區平面空間，上部采用放坡。

2.2.2 卸煤溝基坑支護方案

水泥土墻既能擋土，又能止水;造價低，施工速度快，基坑深度小于 6m時廣泛使用。本工程場區平面空間較大，可采用自然放坡，并考慮幕簾墻抗剪作用。

2.3 止水帷幕選擇

止水帷幕的類型常見的有幕簾式和落底式兩種。本工程第②層粉質粘土層可視為相對隔水層，選用幕簾式帷幕樁，樁底落在第②層粉質粘土層中。

2.4 設計參數選擇

土層力學參數指標見表1。

表1 土層力學參數指標

2.5 方案設計

1)護坡樁設計見圖 1，相關參數見表 2。D—D′剖面 -5m以上采用二級放坡開挖，2m以上放坡坡度為 1∶0.3，臺寬 1.0m，2m以下放坡坡度為 1∶1.25，臺寬 4.0m(見圖 1)。

2)止水帷幕設計。深層攪拌樁參數見表 3。

3 降水設計

3.1 降水方法選擇

基坑開挖深度內的含水層主要以粉土和粉質粘土為主，有薄層粗砂及卵石透鏡體，水位埋深 1.5m～2.0m，大面積水位降深7.5m，局部降深約 12m。地下水主要以潛水為主。可采用井點降水或管井降水，因基坑面積比較大，本次設計采用管井降水、基坑北側采取帷幕樁止水、截水，減少管井降水引起鐵路路基沉降，為確保鐵路路基變形在允許范圍之內，本次設計設置了 21個回灌井。

表2 護坡樁參數

表3 深層攪拌樁參數

3.2 降水井、回灌井、觀測孔設計

降水井在基坑外南北兩側平行均勻布置，設計井深 15m～20m，局部 25m，井數 42眼，開終孔口徑為 750mm，花管采用 φ400mm的水泥質管，管外填 φ2mm～φ8mm規格的礫料，底部 2m為沉砂管，中間部分為圓孔骨架的包網過濾器。用水泵洗井。回灌井布置在基坑北側止水帷幕與鐵路路基線之間，設計井深 10m～15m，井數 21個，開終孔徑 160mm，管徑 70mm的 PVC管，管外填 1.5 cm～2.0 cm濾料。上部 1m為實管，底部 1m～2m為沉砂管，中間部分為濾水管。為檢查降水效果，在基坑中心及四周布置降水觀測孔 6眼，孔深 12m，開孔直徑 168mm，管徑 70mm，不封底，管材采用PVC管。及時觀測水位變化情況是否影響土方開挖;每天記錄觀測數據，觀察排水井水量、水位，含砂量大小，如有異常，及時反饋信息。

4 施工監測與應急措施

4.1 施工監測項目

1)支護施工中的邊坡位移監測。2)降水施工中的沉降監測。3)降水施工中的水位監測。

4.2 監測方法、要求

1)沿基坑周邊冠梁上每隔 15m～20m設置一個觀測點，觀測樁頂位移;在遠離基坑邊線 50m外選定基準點，在基坑周邊設定觀測點，并記錄觀測點到基準點之間距離的原始數據;根據時間與變形增量繪制位移曲線。2)在南同蒲鐵路路基上每隔 80m設置變形觀測點;觀測點要作好保護措施或做出明顯的標記及序號。3)沉降觀測測量精度要求四等水準精度。

4.3 報警監控與應急措施

4.3.1 報警監控

施工中要嚴密監測，以下列參數為報警值，如果支護、降水引起的變形迭加起來超出以下值，則需采取相應的應急措施。

1)西側臨近建筑物變形監控。根據鐵路路基安全運行要求控制路基變形值。2)基坑邊坡及地面變形監控預警值。參照GB 50202-2002建筑地基基礎工程施工質量驗收規范中第 7.1.7條規定。

4.3.2 應急預案措施

1)止水帷幕樁漏水。止水帷幕樁入土深較長時，偶爾會出現樁與樁之間咬合不住，造成樁縫漏水或流沙現象，挖土時應準備砂袋和鋼管，產生漏水要迅速在縫隙漏水處打入花管，并向內注水玻璃或摻有三乙醇氨的稠水泥漿進行堵漏;如果涌砂嚴重可回填使用高壓旋噴樁堵漏。2)土方超挖造成邊坡位移。土方開挖過程中，可能會產生超挖而造成邊坡位移，應及時回填土方，或用沙袋反壓坡腳，并增加錨桿及時搶險，待土體穩定后再進行下一步開挖。另外，特別強調:土方開挖每層挖深不允許超過 2m。3)基坑降水造成路基沉降。降水施工開始，就要做好觀測記錄，如水位降深過大，首先要控制抽水量，即關閉部分抽水設備，加大回灌水量，并對鐵路路基進行壓密注漿，固化路基。在做好險情處理的同時，要從根本上解決問題，控制降水速率，做到“緩、平、穩”，要讓土體緩慢均勻沉降，降水過程中要勤觀測，采用信息法施工。4)基坑變形過大，或地面荷載過大時出現位移。如出現以上現象，應減輕地面荷載，根據現場情況補加預應力錨桿，控制位移發展，或者在坑底腳被動區壓重。

5 結語

在永濟熱電廠火車卸煤溝施工中，在地下水位距地表 2m的情況下，距離南同蒲鐵路正線8m一次開挖成型長 300m(順線路方向)、寬 21m、深 9m～12m的深基坑，在保證施工安全、南同蒲鐵路的運營安全、成本可控的情況下，采用了深基坑支護和降水施工技術，成功的完成了施工任務。在四個多月的地下工程施工中，南同蒲鐵路的下沉量最大僅為 4mm，保證了南同蒲鐵路的正常運營。降水井的布置也相當合理，在施工過程中，只要有一臺泵停止抽水的時間達到 1 h，坑底就會有水涌出，這證明井距的布置相當合理。回灌技術的采用，控制了南同蒲鐵路路基的下沉，回灌技術實施關鍵問題:實時監控南同蒲鐵路和基坑之間的地下水位，保證地下水位不能低于正常水位 1.5m～2m。深基坑支護尤其是降水施工技術對同類型或類似工程有一定的參考價值。

[1] 張吉力.漫談深基坑支護[J].山西建筑，2010，36(5):115-116.