某沿海地區臨海工程深基坑支護方案比選實例

趙曉旭 （大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東 深圳 518124）

1 工程概況

某工程為南部沿海地區新建污水處理站，場地一側緊鄰海灣，占地約8059.24m2，南北長約72m，東西最長處約167m，現狀地面標高約為6.0m（珠江高程系）。規劃設計考慮周邊環境協調，整個工程主體設計為下沉式，布置有綜合池和提升泵房，地上布置綠化。基礎擬采用天然地基，要求持力層承載力特征值為180kPa。

根據工藝要求，綜合池底板面標高為2.2m，局部為1.8m，埋深在5.0m～5.4m范圍，開挖深度標高為1.2m，局部為0.8m。細格柵提升泵房底板面標高為-1.9m，埋深在6.0m～9.0m范圍，開挖深度標高為-3.10m，局部為-0.50m。深基坑工程和支護方案設計重點考慮綜合池和提升泵房。綜合池基坑安全等級為三級，提升泵房為二級。綜合池基坑側壁重要性系數取0.9，提升泵房取1.0。地面超載均不大于20kPa。

2 工程地質和水文地質條件

2.1 場地地層條件

項目巖土工程詳細勘察報告顯示，場區屬于開山填海臺地，地勢相對平坦，由人工回填塊石、砂土和粘土而成。根據巖土層的成因、巖性和狀態依次劃分如下。

第①層人工填土和塊石：廣泛分布于場區，呈層狀分布。填土為褐灰色/褐黃色，松散，主要由粘性土、砂土及碎石等組成，硬質物含量約占25%。層頂埋深0.00m～1.50m，層厚0.70m～10.70m，平均2.15m。塊石為雜色、灰白色，松散，主要由花崗巖、砂巖塊石及中粗砂等回填而成，塊石含量約60%~80%，直徑一般20cm～80cm，致密堅硬。層頂埋深0.00m～3.20m，層厚0.80m～12.50m，平均6.67m。

第②層粉質粘土：于場區內廣泛分布，呈層狀或似層狀分布。褐紅色/褐黃色等，可塑。層頂埋深0.80m～12.00m，厚度0.40m～5.15m，平均1.72m。

第③層可塑粉質粘土和硬塑粉質粘土：可塑粉質粘土褐紅色，土質較均勻，遇水易軟化。層頂埋深10.80m～13.80m，厚度2.20m～2.50m，平均2.35m。硬塑粉質粘土褐紅色、褐黃色，土質較均勻，遇水易軟化。層頂埋深12.00～15.20m，厚度1.20～1.60m，平均1.37m。

第④層揭露巖性以泥盆系石英砂巖為主，巖石呈灰白色、灰色，細粒結構，厚層狀。

2.2 水文地質條件

場區地下水類型主要有上層滯水、孔隙潛水承壓水及基巖孔隙裂隙承壓水。上層滯水主要賦存于人工填土層，其動態受季節控制，主要接受大氣降水及地表人工用水的滲入補給。孔隙潛水承壓水賦存于場區第四系上更新統河流相沖積層細砂、粗砂層、卵石層中，主要接受大氣降水的滲入補給及上游地下水的側向補給。基巖孔隙裂隙承壓水主要接受上覆孔隙水的越流補給和上游地下水逕流的側向補給。

根據現場驗潮站和港口驗潮站提供的同期實測數據，場區海域多年平均海平面為珠基高程系-0.2m，天文潮最高高潮位為1.26m，地質勘察提供的水位在1.1m～2.7m之間。

3 常用的深基坑支護方式

工程實踐中基坑支護方案的種類繁多，根據支護結構和支護原理的不同，基本可以分為：坡率法（放坡開挖法）、土釘墻、預應力錨桿+土釘墻、排樁（包括鉆/沖孔/人工挖孔灌注樁、攪拌樁、旋噴樁等）、排樁+預應力錨桿、地下連續墻+錨桿、鋼筋混凝土（或鋼）內支撐等。在沿海或河道工程中，因為水文地質條件限制，常用到有：排樁內支撐支護、鋼板樁支護、鉆孔咬合樁或者各形式的組合并用。

擋土灌注排樁，是以灌注樁按隊列布置組成的支護體系，剛度大，變形小，適應性強，對工作場地要求不高，但造價較高，止水能力較差，且地下水位高于基坑地面時不能單獨使用。

排樁內支撐支護，是在各類排樁內側設置型鋼或鋼筋混凝土水平撐，以支擋基坑側壁。受力合理，變形可控，安全可靠，但需要大量支護材料，基坑內施工或會收到一定影響。適用于不易設置錨桿的松軟土層及軟土地基，常與降水和止水措施結合并用。

鋼板樁支護，是采用特制的型鋼板樁，機械打入構成一道連續板墻而形成擋水擋土的圍護結構。承載力高、剛度大、整體性好、鎖扣緊密、水密性強，適用于各種形狀基坑及地層，打設方便，施工快速，可回收，可以獨立或與其他支護方法結合使用，當地下水位高時應采用降水措施。

鉆孔咬合樁，是用旋挖鉆機鉆孔，樁與樁之間相互咬合排列的一種基坑圍護結構，一般為素混凝土樁和鋼筋混凝土樁間隔布置。這種支護方式是基于重力式擋土墻的工作原理，利用鋼筋混凝土樁抵抗坑壁土主動土壓力，素混凝土咬合形成止水帷幕，承載力較大，對水平支護要求不高，尤適合于淤泥質含水量高的地層，狹窄場地垂直開挖的基坑。

灌注樁組合水泥土樁支護，是在基坑周圍按一定間距布設灌注樁，而后緊靠灌注樁內側與外徑相切或相交設置高壓水泥旋噴樁，組合形成一道具有一定強度的防水帷幕，起到擋土、防水、抗滲的作用。灌注樁承載力高、抗彎能力強，樁間水泥土樁結合體防水抗滲好，二者組合后就具備承載力高、剛度大、防水性好、施工相對快速、造價相對較低的特點。地質條件差的淤泥和流砂土層，地下水位較高的深基坑開挖適用，但所有支護均不可回收。

表1

表2

鋼管樁與水泥土樁組合支護，是采用鋼管樁為主要支護，機械打入地下，受力高部位可以適當加固，如增設防滑型鋼，鋼管樁布設后在管內灌砂壓實。而后在鋼管樁靠基坑外側相切布置高壓旋噴樁，共同形成止水帷幕。這種支護方式與灌注樁結合水泥土樁組合支護相比，用鋼管樁代替了混凝土灌注樁，具有機械打入施工速度快、鋼管樁材料可回收的特點。

鋼管樁與鋼板樁組合支護，是在鋼管樁兩側焊接連接槽鋼，打入后與鋼板樁相互咬合連接形成組合體，既增大了支護構件的剛度，也通過鋼板樁咬合緊密的優點形成防水帷幕，能有效防水，機械化施工進度快，基本上可以全部回收利用。適用多種地質條件，適用于工期緊、受氣候影響大的地區和季節。

4 設計方案比選

基坑支護方案的確定需要考慮諸多因素，如工程位置、地下水、地質條件、周邊建筑、管線、道路等，經常與降水或止水方案綜合考慮，采用單一支護方式不能滿足要求時，還需多種方案結合并用。基于上述原因，設計人員應基于安全、合理、經濟、施工簡便的原則等因素進行各種方案的比較，從中選定最優方案。對于本基坑工程，根據實際初步選出幾種方案，再從安全、造價、工期等方面進行比較，最后選定最優支護方案。

4.1 綜合池基坑設計方案

4.1.1 方案一

采用大放坡開挖，放坡坡率為1∶0.75，開挖面底標高為1.20m，局部0.8m，與天文潮最高潮位1.26m相近，基本滿足干開挖要求。由于場地為回填塊石土組成，放坡開挖時造成坡面不平坦需進行噴水泥砂漿護面。基坑頂面及底面周邊均設500×500截水溝，施工時應做好排水措施。基坑開挖土石方應隨挖隨運，并應分層分段限時挖土。

4.1.2 方案二

采用施打12m密扣拉森鋼板樁支護（懸臂形式），鋼板樁從現狀地面施工。因地下有塊石，施工時必須先引孔。

4.1.3 方案比選（見表1）

4.2 提升泵房基坑設計方案

4.2.1 方案一

采用密排沖孔灌注樁，內加一道內支撐支護形式，樁間做雙管高壓旋噴樁止水。根據結構設計，大放坡至標高1.2m，而后進行直徑為800mm密排沖孔灌注樁擋土支護，樁長約10.0m，止水帷幕采用直徑800mm的雙管高壓旋噴樁，樁長約8.0m，灌注樁及旋噴樁均進入不透水層。旋噴樁施工時需進行引孔，灌注樁施工發生塌孔時，需設置鋼護筒進行處理。

4.2.2 方案二

先降土，而后做鋼筋混凝土地下連續墻內加一道內支撐支護形式，連續墻深度進入不透水層。連續墻施工時，需用沖孔穿越塊石層及巖層。

4.2.3 方案三

直接在地面做鋼筋混凝土地下連續墻內加二道內支撐支護形式，連續墻深度進入不透水層。連續墻施工時，需用沖孔穿越塊石層及巖層。

4.2.4 方案比選（見表2）

4.3 結論

通過上述在工期、造價、施工工藝等多方面的方案比較，綜合池推薦方案一，即采用放坡大開挖；提升泵房推薦方案一，即采用密排沖孔灌注樁擋土內加一道內支撐支護形式，樁間做雙管高壓旋噴樁止水。

[1] 汪正榮.建筑地基與基礎施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2005.

[2] 陳忠漢.深基坑工程[M].北京：機械工業出版社,2002.

[3] 黃正榮,張辛.基坑支護設計方案比較[J].山西建筑,2009(6).

[4] 楊波,肖建華.深基坑支護結構與其它結構的共同作用研究[J].人民長江,2002(12).

[5] 盧光輝.深基坑工程發展現狀綜述[J].西部探礦工程,2006(8).