遼寧石油化工大學深基坑工程專項方案設計

翟立新

1.吉林大學地球科學學院； 2.遼寧省有色地質一〇一隊有限責任公司

一、工程概況

擬建的遼寧石油化工大學深基坑工程位于遼寧省撫順市望花區丹東路以南，望花大街以東，開原街以西，其南側為遼寧石油化工大學住宅樓，場地周邊交通便利。場地北側約800米為渾河主河道，由東向西流過，河水流量較豐富。地形較平坦，地形起伏不大。

主要擬建建筑物為大學生創業創新基地及教師公寓兩棟樓房，①、②區30層，A、B區為4層，框架-剪力墻結構，筏板基礎，設有一層地下室。基坑平面布置圖如圖1所示。工程共計兩個基坑，基坑設計深度6.8m。兩基坑之間的距離為20米，①基坑東側5米處有地下污水管線通過。兩基坑南側毗鄰的為石化大學住宅區，其他周圍建筑物均為道路，地上沒有管線通過，地下只有一污水管線通過，并在兩基坑外圍，且不影響施工，兩基坑地下未見障礙物分布。

根據地質勘察報告及工程詳細規劃圖，需要對兩基坑進行降水、支護及土方開挖設計。

圖1 基坑平面布置圖

二、工程地質與水文地質條件

（一）氣象水文

撫順市屬于中溫帶東亞大陸季風氣候區。主要氣候特點是夏熱多雨，冬寒漫長，溫差較大，四季分明。年平均氣溫為5～7℃，≥10℃積溫平均為2700～3200℃；無霜期為130～150天；年平均降水量為760～790毫米；年日照時數為2230～2520小時，日照百分率為51～58%。

（二）場地地層結構及其特征

場地地層主要由第四系全新統雜填土、粉質黏土、碎石土、太古界鞍山群混合巖地層組成。自上而下依次描述如下：

①雜填土（Q4ml）：黃褐色，主要由砂土、粘性土、卵石等組成，稍濕，松散。在場地內連續分布。層厚1.0～3.1米，層底埋深1.0～3.1米。

②粉質黏土：黃褐色，稍濕，可塑，無光澤，無搖振反應，干強度中等，韌性中等。該層在場地內連續分布，層厚0.6～2.4米，層底埋深3.0～4.2米。

③1圓礫：黃褐色，一般粒徑2～20mm，最大粒徑90mm，粒徑大于2mm的顆粒約占全部土質量60%，顆粒磨圓度較好，以亞圓形為主，骨架顆粒多由混合巖組成，中等風化，孔隙由中、粗砂充填，稍密狀態為主，局部夾薄層粗砂夾層。該層分布不連續，層厚3.2～3.8米。

③2圓礫：黃褐色，一般粒徑2～20mm，最大粒徑110mm，粒徑大于2mm的顆粒約占全部土質量60%，顆粒磨圓度較好，以亞圓形為主，骨架顆粒多由混合巖組成，中等風化，孔隙由中、粗砂充填，中密狀態為主，局部稍密或密實。該層分布較連續，層厚0.5～4.3米。

④1強風化混合巖：黃褐色，主要礦物成分為長石、石英、角閃石，粒狀變晶結構，塊狀構造，風化裂隙極發育，巖心破碎，遇水軟化。該層與中風化混合巖呈漸變關系。

④2中風化混合巖：灰綠色，長石、石英、角閃石，粒狀變晶結構，塊狀構造，風化裂隙較發育，巖心呈塊狀、短柱狀。

（三）場地水文地質條件

場地地下水類型為第四系松散巖類孔隙潛水，主要賦存在圓礫層中，含水層厚度較大，地下水水量豐富。

天然條件下地下水的補給來源主要為側向徑流及大氣降水。主要排泄方式為人工開采及側向逕流排泄。由于場地鄰近渾河，地下水與渾河河水聯系較密切，枯水期河水補給地下水，而豐水期地下水補給河水，兩者呈互補關系。

地下水埋藏深度為4.0～4.1米，穩定水位標高65.50米左右。據調查訪問，由于受渾河河水位的影響，地下水位變幅較大，年平均變幅2.0m左右。

三、基坑支護設計

各區地面附加荷載按10kPa設計,且荷載距離槽邊不小于2.5m。計算軟件采用《北京理正深基坑7.0》。根據規范要求,結合具體環境條件、地下結構及土層分布厚度,參考我公司多年施工經驗,將基坑支護劃分為2個支護區域(見圖1)。本次基坑開挖設計深度6.8m，基坑側壁重要性等級為安全等級二級，基坑側壁重要性系數為1.0。

表1 各巖土層主要設計參數推薦值一覽表

表2 各巖土層與錨桿粘結強度特征值一覽表

表3 土層分布表

（一）1-1區：兩基坑南側、北側、東側區域

該區域采用排樁支護＋預應力錨索錨拉的聯合支護形式，排樁直接從地表開始施工，采用φ600mm鉆孔灌注樁，鉆孔深度8.3m，樁中心間距1.4m，樁頂施工冠梁，冠梁高0.4m，寬0.6m，混凝土強度C30，樁間土采用掛網噴射混凝土防護，混凝土強度C25，噴射厚度80mm，分別在-1.5m和-3.0m處設置兩道錨索錨拉，兩樁一錨，錨索間距2.8m，并設置腰梁，腰梁采用20#a槽鋼背靠背使用。基坑支護剖面圖如圖2所示。

圖2 1-1區基坑支護剖面圖

（二）2-2區：兩基坑西側區域

采用上部放坡＋排樁支護＋預應力錨索錨拉的支護形式對兩基坑西側區域進行支護設計。先進行放坡開挖，開挖深度2m，坡度比1:1.25，坡面采用掛網噴射混凝土防護，混凝土強度C25，噴射厚度,80mm，排樁采用φ600mm鉆孔灌注樁，鉆孔深度6.3m，樁中心間距1.4m，樁頂施工冠梁，冠梁高0.4m，寬0.6m，混凝土強度C30，樁間土采用掛網噴射混凝土防護，混凝土強度C25，噴射厚度80mm，分別在-3.5m和-5.0m處設置兩道錨索錨拉，三樁一錨，錨索間距4.2m，并設置腰梁，腰梁采用20#a槽鋼背靠背使用。基坑支護剖面圖如圖3所示。

圖3 2-2區基坑支護剖面圖

四、基坑降水

根據勘察資料，場地地下水埋深4.0-4.1m，根據規范要求，需要將地下水降至基底以下0.5m，故按照將地下水降至自然地坪下7.5m設計，降水井距離基坑邊2.5m。本基坑降水采用采用管井封閉基坑降水方法。通過施工降水井將地下水抽至地表，排出場外。降水施工應在土方開挖和基坑支護前施工，降水提前7-10天。

（一）降水目的

（1）確保基坑土方的順利開挖。

（2）確保基坑邊坡的穩定與安全。

（3）確保基礎施工時干槽作業。

（4）維持降水，預防地下水水位上升，引起基礎上浮。

（5）控制地下水，減少因降水引起的對周圍環境的次生危害。

（二）設計計算參數

降水面積:2200.00m2

降水深度：要求降至自然地坪以下7.5m。

地下水靜止水位：ho=4.0m。

含水層厚度：Ho＝3.5m。

滲透系數：K=100.0m/d。

基坑的有效半徑ro，將矩形基坑換算成半徑為ro的圓形大井,ro可以由下式求得:ro=0.29×(a+b)= 0.29×（51+21）=21m

降水影響半徑Ro可由公式R=2S

其中,Ro為降水影響半徑（m）；S為基坑水位降深,取7.5m；k為滲透系數,取100m/d；H為含水層厚度,取3.5m。

由公式可求得Ro=280m。

設計井深h：h＝9.5m

井徑D＝600mm

井數n＝14眼

井中心距基坑上口距離2.5m

井間距：邊井中心距為22m

潛水泵：揚程大于10m，泵量≥4.00 m3/h

（三）井身結構設計

井管采用外徑Φ400mm的無砂砼管，每節管長950mm，壁厚50mm，孔隙率25～30%。將下端1.5m長井管作為沉砂管，坐落于井拖上；沉砂管以上1.0m井管作為濾管綜合，以上7.0m井管作為輔助工作管段，工作段和輔助工作段井管外包一層60目尼龍網； 井管上端高出自然地面約0.30m，加蓋井蓋。井管與井孔之間的環狀間隙填入直徑為3～5mm的小粒徑石屑濾料，以增強過濾效果；環隙上端1.50m段填粘土進行封閉。

（四）井位布置：

根據場地的施工條件及含水層的特征，對抽水井做如下設計：降水井14眼，沿基坑四周環繞布置，井孔中心距基坑邊線2.5m，降水井間距為22m。

（五）排水管線設計

在基坑邊緣外5.0米處設置排水管線，排水管徑φ425mm，每隔50-70米設置1個沉淀池，排水管按0.5-1.0%的坡度設置，排水管終端與市政排水管網連接。

五、土方開挖

兩基坑開挖平面地勢較平坦，開挖面積約2200m2，基坑開挖深度6.8m。根據場地實際情況及巖土工程勘察報告，地下水位穩定在地面下4.0-4.1m處，降水深度7.5m，按照規范要求，對深基坑進行開挖。

（一）土方開挖的條件

1.場地內施工放線測量完畢，控制點均埋設并已通過建筑單位、監理及有關單位驗收。

2.人員安排，機械配備、保養就序，卸土地點均已落實。

3.現場運輸道路準備完成，經檢查能滿足重型車輛行駛要求。

4照明、草袋、清掃等工作已安排就序。

（二）開挖順序及放坡系數

1.開挖順序：從東向西開挖，并在西側設置坡道，便于運輸；

2.放坡開挖坡度比滿足規范要求。

該系統是將滲瀝液處理站產生的濃縮液經過收集、過濾后，由螺桿泵升壓輸送，經帶霧化頭的噴槍送入焚燒爐內進行焚燒處理。濃縮液回噴系統主要有收集、過濾、升壓、噴射4個過程，見圖1。

放坡開挖按照2米的放坡高度，開挖土層為雜填土，按照規范，坡度比1:1.25滿足規范及安全要求。

3.開挖標高的控制在基坑四周設置標高控制樁測設標高控制線，以便隨挖隨測。開挖至基底標高后，進行人工修整清理，測量放線人員準確測放基底標高、軸線、基礎的外形尺寸，經自驗無誤后，請監理工程師復核。

4.坡監測及安全防護措施：挖掘過程中，要對邊坡進行監測，發現問題及時采取措施。

（三）土方開挖方法

該工程的土方開挖，按照邊開挖邊支護的原則。首先進行的第一層開挖是放坡開挖，放坡開挖后，為排樁支護開挖足夠的施工工作面，進行排樁施工；其次進行第二層開挖，開挖深度2m，在-3.5m處施工第一道錨索；再次進行第三層開挖，開挖深度1.5m，在 -5.0m處施工第二道錨索；最后進行第四層開挖至基底開挖深度1.3m。具體土層開挖剖面示意圖如圖4所示。

圖4 土層開挖剖面示意圖

（四）開挖機械的確定

為保證按期完成挖土任務，并配合好基坑支護錨拉的施工，在第一次土方開挖階段選用1臺反鏟挖掘機挖土，自卸運輸汽車8 輛運土，第二次、第三次、第四次土方開挖階段選用2 臺反鏟挖掘機，其中1 臺在基坑內挖土和轉運土方（土方挖運完成后順施工便道上坑），另1 臺在地面裝車。（實際開挖時再根據棄土遠近等因素調整挖土機及運輸車輛的實際數量）。

（五）基坑內排水溝的設置

基坑內緊隨土方開挖在四周設排水溝，排水溝距基坑下邊線0.5-1.0m，并在基坑四角設集水井，排水溝隨挖隨設。并設置潛水泵將集水抽至地面下水井。施工過程中應安排專人管理抽水設備，經常檢查排水溝，確保排水溝的暢通，并應作好基坑邊坡及臨近建筑物的沉降、位移觀測，發現變化異常時及時分析，進行補救。

六、結束語

基坑工程是建筑工程尤其是高層建筑的重要部分,基坑支護設計及施工方案的合理與否關系到基坑施工的經濟性以及整個建筑施工的安全。遼寧石油化工大學深基坑工程,結合具體環境條件、地下結構及土層分布厚度,參考我公司多年施工經驗，進行分區域設計, 分2個區域采用放坡＋排樁支護＋預應力錨索錨拉、排樁支護＋預應力錨索錨拉方案。方案實施結果證明,該設計達到了預期效果,保證了整個工程施工期間的安全,取得了較好的社會效益,也為高效創造出更多的經濟效益。