臨江圓礫層基坑防護及截水措施設計探討

石盼 羅安民 覃家琪

摘要：文章以廣西百色某臨江富水圓礫層基坑支護設計為例，利用錨固防護結合高壓擺噴截水帷幕對該圓礫層基坑進行防護設計，并通過設計方案驗算，驗證了高壓擺噴注漿措施具備良好的截水效果，格梁錨固防護措施具備可實施性，在經濟上、工期上都具備較大的優勢。

關鍵詞：基坑;高壓擺噴;錨固防護

0 引言

臨江基坑直臨江水，與江水有著緊密的水動力聯系，地下水滲流場十分復雜，往往面臨著地下水控制的問題，尤其是在透水性地層中。一般基坑地下水控制措施主要分為降水與截水兩個方面，在臨江透水性地層中采用降水，往往達不到很好的效果，而過度降水又會誘發基坑巖土體的滲流變形，進一步發生基坑安全事故[1-3]。

本文在結合地質條件以及工程特點的前提下，利用錨固防護結合高壓擺噴截水帷幕對一處臨江富水圓礫層基坑進行防護設計。

1 工程概況

廣西百色右江沿岸綜合整治工程配套的設備房及吸水槽位于東合大橋南岸西側約300 m處，北側臨近右江，南側臨近環島一路。根據設計資料，設備房基坑底部長55.70 m，寬16.60 m，基坑底高程為112.50 m，最大挖深約19.00 m;吸水槽區延伸至河床約27 m，位于設備房基坑北側，需整平后反向開挖施工，基底高程為111.00 m，基坑底部長41.00 m，寬10.50 m，挖深6.00 m，需進行防護設計。

基坑所在場地位于廣西百色市右江南岸、東合大橋上游約105 m，右江河床寬約353 m，勘察期河水水位高程約115.50 m，基坑所處的右江南岸為沖刷岸，岸坡高度約15 m，坡度約45°～60°，場地地貌類型為右江二級階地。設備房建設場地內的巖土層主要為粉質黏土（Q4al）、圓礫（Q4al+pl）和泥巖（E）。見表1。

場地內的地下水主要為孔隙潛水，主要賦存于圓礫層中，受河水及相鄰含水層的側向補給，水量大，水位統一，勘察期間測得穩定水位高程為113.258～116.708 m，年水位變化幅度為3～5 m，水量豐富。與右江河水有一定連通性，地下水水位隨河水位變化而變化。

2 基坑防護設計

2.1 基坑支護設計思路

根據現場調查，本基坑主要需解決的問題有以下三點：

2.1.1 基坑開挖

設備房基坑臨近右江，周邊未分布建筑物及管線，基坑南側環島一路距基坑底部約30 m，因此基坑開挖具備一定的放坡條件，可利用放坡開挖與支擋結構結合的手段對設備房基坑進行防護。吸水槽基坑位于右江河床內，須先進行回填再開挖，由于吸水槽基坑東、西、北三側開挖后形成臨時圍堰，因此可利用放坡開挖與支擋結構結合的手段對吸水槽基坑進行防護。

2.1.2 截水處治

擬防護基坑臨近右江，勘察期間右江水面位高程在115.00～116.00 m變動，臨江一側地勢較低，高程為116.00～117.00 m，吸水槽基坑已經伸入右江內，設計基底高程為111.00 m，汛期右江水位上漲很可能會使得江水倒灌入基坑內。另外，場地地下水與地表水聯系密切，并且場地內存在圓礫層，以及伸入右江的填土層，滲透性較強，勘察期間地下水高水位為116.70 m，位于圓礫層中部，該地層富水性中等，存在管涌的隱患。所以須對基坑設置地表圍擋及進行地下截水處治。

2.1.3 基坑邊坡防護

設備房基坑開挖深度最深達19.00 m，開挖后基坑邊坡由黏土、圓礫及泥巖組成，圓礫層的粘聚力較低，抗剪強度較低，基坑邊坡存在整體失穩的風化帶;吸水槽基坑開挖后邊坡主要由人工填土、黏土、圓礫組成，人工填土、圓礫層的粘聚力較低，抗剪強度較低，基坑邊坡存在整體失穩的風化帶;需對基坑邊坡巖土體進行錨固或支擋防護，保證基坑邊坡的安全穩定。

2.2 基坑防護設計方案簡介

根據2.1小節的設計思路，擬防護基坑的防護設計方案簡介如下：

2.2.1 基坑開挖方案

設備房基坑東西兩側及南側以1∶0.5的坡比分兩級放坡開挖，第1級垂直高度為9 m，第2級垂直高度為10 m，中部留設1 m平臺;由于設備房北側的吸水槽建設區域已延伸至右江河床，故設備房基坑北側建議按117 m高度進行整平，整平后設備房基坑北側按1∶1的坡比放坡施工;吸水槽東、西、北三側需先按1∶1.5坡比填筑至117 m高程截水處治，再對吸水槽基坑東、西、北三側按1∶1.5的坡比開挖施工，吸水槽基坑南側臨近江岸，主要由圓礫層組成，按1∶1的坡比開挖。

2.2.2 基坑截水設計

根據場地的水文地質條件，基坑的截水設計分為地表隔水圍堰及地下截水幕墻兩部分。地表隔水圍堰設置于吸水槽基坑東、西、北三側，圍堰頂寬3.0 m，高程為117.00 m，以1∶1.5的坡比例用黏土填筑，于頂部運用高壓擺射灌漿的工藝形成截水幕墻。地下截水幕墻采用高壓擺射灌漿的工藝形成幕墻，高壓擺射灌漿主要設計參數如下：灌注方式為三管法折接形式;灌注鉆孔單排布設，中心間距為1.2 m;灌注孔孔徑為130 mm;擺動角度為30°;提升速度為6～8 cm/min。

2.2.3 基坑邊坡防護設計

邊坡頂部及中部由黏土及圓礫層構成，底部由強風化泥巖構成，邊坡主體屬土質邊坡，按1∶0.5的坡比分兩級放坡開挖后，基坑東西兩側及南側最大開挖深度約19.00 m，邊坡整體高度較大，如不增加防護措施無法保證基坑邊坡的穩定性。因此，本設計采用錨索格梁及錨桿+掛鋼筋網噴混凝土的方案對基坑邊坡進行防護。主要設計參數如下：

（1）基坑東西兩側及南側邊坡布設9排錨索，第1級邊坡設置5排25 m長錨索，錨固段長10 m，間距為2.5 m×2.0 m，第2級邊坡設置4排20 m長錨索，錨固段長10 m，間距為2.5 m×2.5 m，錨索間利用35～40 cm錨桿連接成整體，各格梁單元中部設置1根12 m長錨桿，錨桿間呈梅花形布設，間距為2.5 m×2.5 m，坡面采用掛鋼筋網噴混凝土防護，鋼筋網采用16 mm HRB400鋼筋，間距為20 cm×20 cm，噴射混凝土等級為C30，厚20 cm。

（2）基坑北側按設計方案1∶1的坡率開挖后，形成的邊坡高度為4.5 m，屬低緩邊坡，但邊坡主體由抗沖刷能力差的圓礫層構成，需進行坡面防護。設計采用4.5 m錨桿+掛網噴混凝土對坡面進行防護，鋼筋網采用16 mm HRB400鋼筋，間距為20 cm×20 cm，噴射混凝土等級為C30，厚20 cm。

（3）吸水槽基坑東西兩側及北側按1∶1.5的坡率、南側按1∶1的坡率開挖后，形成6.0 m高度的邊坡，坡度較緩，但人工填土強度相對較差，抗沖刷能力差，需進行坡面防護。設計采用3.0 m錨桿+掛網噴混凝土對坡面進行防護，鋼筋網采用12 mm HRB400鋼筋，間距為10 cm×10 cm，噴射混凝土等級為C30，厚10 cm。

3 設計方案驗算

3.1 滲透穩定性驗算

擬防護基坑臨近右江，基坑底高程低于右江常水位，基坑受地表水與地下水雙重因素的影響，在此選取基坑北側作為地表水滲透驗算模型，選取基坑南側作為地下水滲透驗算模型，分別驗算基坑在采取截水防護措施前后的滲透穩定性。基坑流土穩定安全系數計算公式采用《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）[4]附錄C中的公式C.0.2。

從計算結果可以看出，未設置截水幕墻前，基坑底部存在地下水及地表水滲透突涌的風險大，經高壓擺噴灌漿后，基坑流土穩定安全系數均能達到《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）附錄C中的相關要求。

3.2 基坑邊坡穩定性驗算

根據設計資料，結合現場條件，選擇設備房基坑南側19 m挖方高度的邊坡作為典型斷面分別計算按1∶0.5坡率分兩級開挖后未加防護、錨固防護正常工況、錨固防護強降雨工況及錨固防護地震工況下的安全系數并搜索最危險滑動面。

利用理正巖土計算系列軟件6.5版中邊坡穩定性分析模塊，采用Bishop法搜索最危險圓弧滑動面并計算其安全系數，計算結果見表3（具體計算過程見邊坡穩定性計算圖）。

從驗算結果可以看出，按設計坡比開挖后，如若不采取防護措施，正常工況下基坑邊坡的穩定性不能滿足《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）中對基坑邊坡穩定安全系數的最低要求，基坑邊坡欠穩定，需要采取防護措施。經過錨索格梁+錨桿掛網噴混凝土防護后，基坑邊坡穩定性可以滿足《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）中對基坑邊坡穩定安全系數的最低要求，錨索格梁+錨桿掛網噴混凝土防護設計是合理的。

3.3 掛網噴混凝土配筋驗算

根據理正巖土計算軟件超級土釘墻計算噴射混凝土面積，每單元鋼筋配筋所需截面面積為As=400 mm2，實際配筋截面面積為As=502.7 mm2，滿足配筋要求。

4 結語

（1）基坑施工開挖至設計標高后，坑底干燥無積水，坑壁未發生變形開裂，基坑防護及截水措施設計是成功的。

（2）高壓擺噴注漿做截水帷幕較高壓旋噴截水帷幕在臨江圓礫層地區更具經濟性，并具備同樣的截水效果。

（3）各項驗算均滿足規范要求，該套設計方案可為今后類似地層及區域的基坑防護設計提供參考。

參考文獻：

[1]張彥彬，王 冠，李俊衛，等.富水圓礫地層基坑降水對地表沉降的影響分析[J]. 建設科技，2017（15）：105-108.

[2]田樹申. 高壓擺噴灌漿技術在圍堰基礎防滲處理中的應用[J]. 黑龍江水利科技，2012（1）：97-100.

[3]王其升. 高壓擺噴灌漿技術在圍堰防滲中的應用[J]. 巖石力學與工程學報，2004（S2）：5 248-5 252.

[4]JGJ120-2012，建筑基坑支護技術規程[S].

收稿日期：2020-06-05