淺談某核電站核島基坑邊坡支護及監測

文/董林博、劉霖 中核工程公司福清核電項目部 福建福清 350318

1、工程概況

該核電站核島廠房基坑開挖最大深度為18.6m，最小開挖深度為4.8m。基坑長度約167m，寬度78m，基坑支護主要包括核島廠房基坑邊坡、常規島廠房基坑邊坡和汽車坡道兩側邊坡，需支護處理的總面積約7000m2。

工程開挖深度范圍內，主要分布著淺肉紅色、深灰色的第⑤層花崗片麻巖，上部以強風化、全風化巖為主，下部以中風化和微風化巖為主，局部全風化、強風化、中風化從上至下交替出現，部分地段夾存著第⑥層灰綠色的斜長角閃巖。

2、深基坑邊坡支護施工技術

核島深基坑邊坡支護施工過程中，施工單位在充分考慮現場地質條件、基坑支護的難易度、施工成本、施工工期、施工質量、安全等因素的前提下，在與設計方、總承包方、監理單位以及建設單位溝通后，決定采用預應力筋張拉和封錨施工技術、土釘墻支護施工技術、錨噴支護施工技術相結合的方法。

2.1 核島廠房基坑邊坡支護技術

核島廠房基坑開挖深度18.6m，基坑地質狀況比較復雜，在深度范圍內上部為強風化層，下部進入中風化層。根據不同地質條件及現場安排，反應堆廠房、乏燃料廠房基坑邊坡采用預應力筋張拉和封錨施工技術、土釘墻支護施工技術、錨噴支護施工技術相結合進行處理，核輔助廠房采用土釘墻支護施工技術進行處理，方法如下：

2.1.1 第一段基坑支護方法

第一段基坑與綜合管廊相連接挖通，綜合管廊挖深5.25m，故此段實際支護高度為13.35m，根據地勘報告顯示，上部有1～2m的強風化層，余下部分已基本進入中風化層，支護方法為：上部2.65m范圍采用1：0.76放坡且采用錨噴處理，下部10.7m采用預應力筋張拉和封錨施工技術和土釘墻支護施工技術相結合處理。

1）預應力錨索、土釘設計

錨索設計在基坑深度9.75m、13.75m深度處的位置，錨索孔徑設計為φ100mm和φ90mm，采用壓力型工作方式，全長注漿，每根錨索設計最大破壞軸力為480KN，實際計算拉力255KN，施加預應力的值為200KN。

錨索端部采用一根18#槽鋼連接，壓在面層鋼筋網靠近基坑內一側，與噴射混凝土面板合為一體，錨頭端部用100×150×15mm鋼板壓住槽鋼，鋼板外用錨具鎖定。對所有外露的鐵件噴射30mm的混凝土，強度等級為C20。具體錨索及土釘支護參數如表1。

表1 第一段錨索與土釘支護參數表

2）豎向方樁設計

基坑面豎向方向兩道錨索間采用一根400×400方樁連接，方樁兩端在長度方向均超出錨索0.5m，全長為5m，方樁間距3m。施工時，將坡面開挖出豎向的400×400溝槽，綁好鋼筋，采用噴射混凝土澆注，強度C25。方樁鋼筋采用8根HRB335φ18鋼筋，箍筋采用HRB235φ8鋼筋，間距200mm。

3）面層參數設計

面層采用鋼筋網噴射混凝土處理。方樁頂面以上4m，底面以下范圍，采用HRB235φ6鋼筋網間距200х200mm，噴射混凝土80mm厚進行處理，土釘水平向用HRB335φ12鋼筋焊接，坡頂卷邊1m寬。腰部方樁長度方向5m范圍內采用HRB335φ12鋼筋網噴射混凝土100mm厚進行處理，土釘水平向用HRB335φ12鋼筋焊接。噴射混凝土強度為C20。

2.1.2 第二、三、四段基坑支護方法

第二、三段基坑挖深為12.1m，開挖坡度為1：0.3，第四段與進入基坑內的汽車坡道平行，距離汽車坡道邊沿5.5m，汽車坡道上升的坡度大約為10%；基坑的邊坡是從3m到7.5m逐漸遞增，此段采用1：0.4放坡，基坑支護方法采用土釘墻支護施工技術。

采用水平間距、垂直間距都為2m、長度為3m的HRB335φ12的土釘，坡面采用HRB235φ6鋼筋網間距200х200mm，噴射C20混凝土80mm厚進行處理，土釘水平方向用φ12鋼筋焊接。

2.1.3 第二、三段基坑支護方法

根據地勘報告顯示，第二、三段上部只有2～3m的強風化層，大部分為中風化層，經過鉆孔取樣分析，強風化層埋深約在6～8m左右，邊坡坡度為1：0.2，故此段上部采用預應力筋張拉和封錨施工技術下部采用土釘墻支護施工技術。

錨索設計在絕對標高為-4.9m、-7.9m、-10.9m處的位置，錨索孔徑設計為φ100mm、φ90mm，采用壓力型工作方式，全長注漿，每根錨索設計最大破壞軸力為480KN，實際計算拉力380KN，施加預應力的值為250KN。錨索端部采用一根18#槽鋼連接，壓在面層鋼筋網靠近基坑內一側，與噴射混凝土面層合為一體，錨頭端部用100×150×15mm鋼板壓住槽鋼，鋼板外用錨具鎖定。錨索與土釘設計參數如表2。

表2 第四段錨索與土釘支護參數表

（2）豎向方樁設計

基坑面豎向方向兩道錨索間采用一根400×400方樁連接，方樁兩端在長度方向均超出錨索0.5m，全長為7m，方樁間距3m。施工時，將坡面開挖出豎向的400×400溝槽，綁好鋼筋，采用噴射混凝土澆筑，強度等級為C25。方樁鋼筋采用8根HRB335φ18螺紋鋼筋，箍筋采用HRB235φ8鋼筋，間距200mm。

（3）面層參數設計

方樁頂面以上2.5m、底面以下范圍，采用HRB235φ6鋼筋網間距200х200mm，噴射混凝土100mm厚進行處理，土釘水平向用HRB335φ12鋼筋焊接，腰部方樁長度方向7m范圍內采用HRB335φ12鋼筋網間距200х200mm，噴射混凝土100mm厚進行處理。噴射混凝土強度為C20。

3、監測設計

施工單位在基坑邊坡支護施工完成后，為了隨時能掌握邊坡土體變形情況、支護施工質量情況，確保在基坑內施工安全，進行了邊坡位移及沉降監測、錨索和土釘的內力監測。具體的監測方法如下：

3.1 位移監測

沿基坑周邊共設立8個水平位移觀察點，用以觀察基坑邊頂端的水平位移， 采用精密經緯儀按照視準線法進行測量?？稍谙鄳獪y點鉆孔1m深，插入一根直徑20mm的鋼筋，孔中灌注水泥漿，鋼筋外漏10cm，頂部用鋼鋸鋸一“十”字刻痕。

水平位移的觀測可提供基坑邊坡的水平變形量、變形速率和變形分布信息，進而可分析基坑邊壁的穩定性?；铀轿灰祁A警值為0.3%，不同深度水平位移預警值統計表如表3。

表3 不同深度水平位移預警值統計表

3.2 沉降監測

在基坑第二段及第四段中間位置設立兩個沉降觀察點。沉降監測采用光學水準儀進行測量。沉降位移觀測點，可在相應測點鉆孔1m深，插入一根直徑20mm的鋼筋，孔中灌注水泥漿，鋼筋外漏10cm，頂部刻“十”字刻痕。邊坡不同深度位移監測數據由現場報給設計，由設計進行確認是否合格。

3.3 錨索、土釘內力監測

在基坑第一段錨索支護段中間位置，分別設置一組錨索內力測試傳感器，用來監測土釘、錨索的內力工作狀態。

基坑監測中錨索內力監測值可根據設計計算書中的計算值進行對比，實際值等于計算值時要立即通知設計人員，并且立即停工。

土釘、錨索內力監測采用與設計的土釘、錨索軸力大小相一致的鋼弦式測力計，設置時將測試傳感器壓在錨頭和鋼墊板之間，測量信號通過導線輸出到地面，用專門的接受儀器。土體不同深度位移檢測采用測斜儀（航天工業總公司三院出產的CX-01測斜儀）。

測斜管采用直徑φ71制式測斜管，測量時通過一種專用的以石英撓性加速度計為敏感元件的滑動式測斜儀順入測斜管中，它可以把被測物體變形量的大小和變形方向，以電壓形式的信號輸出，通過測斜儀連接的導線輸出到地面的接受儀器。安裝時先在相應測點鉆一直徑為100mm的鉆孔，將測斜管放入孔中，測斜管十字導槽與基坑邊垂直，然后灌注水泥漿固定。

3.4 監測頻率

測斜管埋設、地面沉降與地面水平位移觀測的布點工作應與基坑開挖放線工作同時進行，并在基坑開挖第二層土體前進行一次測量，建立所有測點的初始數據，這樣可以避免太多的干擾，在開挖過程中根據施工進度每開挖一層、每天觀測一次。

錨索內力的測試工作在開挖和支護過程中進行。在開挖過程中根據施工進度每開挖一層、每天觀測一次。

監測工作在基坑開挖與支護結束后維持一個星期,一個星期后按照每月觀測一次，直至基坑回填。

結論：

“ 噴錨支護技術”應用于深基坑邊坡支護，由于其經濟、快速、安全可靠等優勢，近10幾年來得到了高速的發展，但同時也看到，由于巖土介質的不均勻性，和“噴錨支護技術”的不確定性，以及其理論研究遠遠落后于實際應用的現狀，工程事故也在不斷的發生，特別是在軟土地區及高含水地區，該技術的應用受到了很大的限制，不斷發生的工程事故也對該技術的推廣留下了很多陰影，針對這些事故進行原因分析，不難發現主要由“噴錨支護技術”選擇不當和不重視邊坡監測引起的。

該核電站核島深基坑邊坡支護在工程期初就與設計方、總承包方、監理方、和建設方進行多次討論、協商，并邀請外部專家進行評審、論證，確定最終實施方案；同時工程從策劃到完工整個過程都嚴格按照設計及規范要求進行基坑監測，為工程施工安全提供了保障。