復(fù)雜場地條件下深基坑圍護(hù)技術(shù)及工程應(yīng)用研究

李新，黃健，樊海元，陶金海，李昊雨，楊凡林

（1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.徐州市水利工程建設(shè)有限公司，江蘇徐州 221006；3.中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，西安 710065；4.中國核能電力股份有限公司，北京 100045；5.長江委陸水試驗(yàn)樞紐管理局，湖北 赤壁 437302）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，地下空間充分開發(fā)已成為一種必然趨勢[1]，深基坑得到越來越廣泛的應(yīng)用。且場地條件、地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，周邊建筑物的保護(hù)要求越來越高，對基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)、工程施工等都提出了更高的要求，相關(guān)技術(shù)也得到迅速發(fā)展[2，3]。由于施工、設(shè)計(jì)或地質(zhì)、地下水等原因造成事故、險(xiǎn)情的情況時(shí)有發(fā)生[4～9]，相關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了深入的研究。在濱海電站中，為滿足取排水要求，基坑通常深埋于地下，由于項(xiàng)目臨近海域，存在豐富地下水、淤泥層等情況。在項(xiàng)目擴(kuò)建階段，又同時(shí)存在施工場地臨近運(yùn)行區(qū)、建筑物保護(hù)、場地狹窄等問題，本文主要針對上述問題的深基坑圍護(hù)技術(shù)及工程應(yīng)用進(jìn)行研究。

2 工程概況

某濱海電站一期工程1、2 號(hào)機(jī)組已投產(chǎn)發(fā)電，二期擴(kuò)建緊鄰一期工程，其中工作井（盾構(gòu)工作井）基坑深近20 m，虹吸井、工作井基坑為鄰近錯(cuò)接，高差近10 m，虹吸井為地下永久結(jié)構(gòu)，屬于排水構(gòu)筑物，工作井為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，主要用作本期項(xiàng)目2 條排水隧洞盾構(gòu)始發(fā)。基坑?xùn)|側(cè)為在運(yùn)電廠高壓出線站，西側(cè)為物資倉庫、2F 辦公樓，距基坑最近距離約5 m，由于工程為濱海項(xiàng)目，地下水較為豐富，場地條件較為復(fù)雜。項(xiàng)目平面布置見圖1。

圖1 某濱海電站項(xiàng)目平面布置

3 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

1）基坑區(qū)域場地狹窄，東側(cè)存在電廠一期運(yùn)行區(qū)高壓出線站，西側(cè)存在物資倉庫、辦公樓，同時(shí)由于項(xiàng)目地處濱海，基坑深度較大（最深處近20 m），存在豐富地下承壓水，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

2）虹吸井基坑為永久結(jié)構(gòu)，工作井基坑為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，且為鄰近錯(cuò)接（高差近10 m），需做好二者的有效銜接，又由于工作井為排水隧洞盾構(gòu)始發(fā)井，還需做好工作井預(yù)留洞門與盾構(gòu)的銜接。

3）由于工作井較虹吸井基坑深近10 m，常規(guī)的基坑內(nèi)支撐分層布置困難，且在布置完內(nèi)支撐后，內(nèi)凈空尺寸需滿足盾構(gòu)機(jī)入井吊裝及始發(fā)掘進(jìn)要求。

4）盾構(gòu)機(jī)吊裝過程存在較大側(cè)壓力，且存在隧洞管片周轉(zhuǎn)及堆載，工作井為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，需處理好基坑安全與方案經(jīng)濟(jì)性的問題。

4 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案

4.1 方案原則

從場地環(huán)境和空間布局考慮，基坑圍護(hù)方案的整體原則包括：安全性與經(jīng)濟(jì)性并重，永久結(jié)構(gòu)與臨時(shí)工程兼顧，上游工程與下游項(xiàng)目銜接。主要強(qiáng)調(diào)的是在狹窄空間場地范圍內(nèi)，項(xiàng)目布置應(yīng)當(dāng)滿足使用功能，在強(qiáng)透水、軟弱地層條件下，基坑的整體穩(wěn)定性、周圍建筑物的安全性符合要求，作為臨時(shí)項(xiàng)目的基坑工程經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較好，且上游構(gòu)筑物（虹吸井）與下游盾構(gòu)隧洞通過工作井的銜接較好。

4.2 具體方案

4.2.1 方案思路

針對復(fù)雜場地條件及鄰近錯(cuò)接難點(diǎn)，提出采用多種（6 種）工藝措施相結(jié)合的綜合支護(hù)結(jié)構(gòu)。考慮后續(xù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工需求，不宜布置內(nèi)支撐及立柱等支護(hù)體系，虹吸井基坑?xùn)|側(cè)第一層按照1∶1 放坡至+2.0 m，+2.0 m 以下采用鉆孔灌注樁+ 高壓旋噴土錨+ 高壓旋噴樁+ 止水帷幕的支護(hù)形式。為滿足盾構(gòu)吊裝、初始掘進(jìn)要求，有效克服強(qiáng)滲透水壓，工作井東西側(cè)、南側(cè)兩級(jí)放坡分別至+2.0 m、+0.0 m，坡比均為1∶1，+0.0 m 以下采用鉆孔灌注樁+ 高壓旋噴土錨+ 下部混凝土支撐+ 坑外高壓旋噴樁+ 止水帷幕+ 混凝土內(nèi)襯墻的支護(hù)形式。基坑支護(hù)典型剖面示意（縱剖面）見圖2。

圖2 基坑縱剖面示意圖

4.2.2 圍護(hù)樁布置

鉆孔灌注樁布置形式為φ1 200 mm @1 500 mm，虹吸井東側(cè)及西側(cè)各布置1 排，工作井東側(cè)、西側(cè)、南側(cè)各布置2 排（中心間距3.6 m），其中，南側(cè)第二排位于排水隧洞洞門部位的2 處灌注樁取消（2×5=10 根），主要是避免在盾構(gòu)洞門鑿除時(shí)難以實(shí)施。虹吸井南側(cè)、工作井北側(cè)基坑錯(cuò)接部位布置1排，各排灌注樁頂部采用1 400 mm×1 000 mm 壓頂圈梁進(jìn)行連接；高壓旋噴樁水泥摻量30%，水灰比1∶1～1.5∶1，布置形式為φ700 mm @500 mm，分布在虹吸井東側(cè)、西側(cè)以及工作井東側(cè)、西側(cè)、南側(cè)、2 排灌注樁之間。

4.2.3 旋噴土錨布置

虹吸井東西側(cè)各布置3 排高壓旋噴土錨，錨頭與樁體間布置25#雙拼工字鋼腰梁（圍檁），采用后張拉法分級(jí)施加預(yù)應(yīng)力進(jìn)行鎖定。工作井圍檁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工中在錨孔相對應(yīng)的位置預(yù)留孔，使得錨索通過該孔穿越圍檁，然后使用錨具將張拉的錨索固定于鋼筋混凝土圍檁上。鋼絞線總長度22～26 m，水平間距1.5 m，垂直間距2.5 m，直徑0.5 m，拉力設(shè)計(jì)值360～400 kN，傾角30°。工作井東側(cè)及西側(cè)各布置5 排、南側(cè)布置1 排高壓旋噴土錨，鋼絞線總長度17～28 m，水平間距1.5 m（或3 m），垂直間距2.3～4 m，直徑0.5 m，拉力設(shè)計(jì)值390～610 kN，傾角30°。

4.2.4 內(nèi)撐結(jié)構(gòu)

工作井豎直方向布置3 排鋼筋混凝土圍檁及內(nèi)撐，第一排圍檁尺寸為800mm×800 mm，第二排、第三排尺寸為1 000 mm×800 mm，其中，第一排支撐（尺寸為800 mm×800 mm）斜向布置，從南側(cè)的-6.8 m 傾斜到北側(cè)的-8.5 m，第二排、第三排支撐（尺寸為1 000 mm×800 mm）分層水平布置，同時(shí)在4 個(gè)角設(shè)置角撐（尺寸為3 000 mm×3 000 mm 或2 500 mm×2 500 mm）；為防止鋼筋混凝土內(nèi)撐傳力至虹吸井側(cè)（軟基區(qū)）產(chǎn)生變形，同時(shí)為平衡盾構(gòu)初始掘進(jìn)的反向推力，工作井北側(cè)虹吸井內(nèi)至工作井高低錯(cuò)接區(qū)域8 m 范圍采用φ700 mm@500 mm 高壓旋噴進(jìn)行地基處理。

4.3 內(nèi)襯墻、盾構(gòu)吊裝區(qū)布置

為提高基坑受力的整體性，在工作井內(nèi)四周設(shè)置鋼筋混凝土內(nèi)襯墻，其中北側(cè)內(nèi)襯墻厚度為1 100 mm，東側(cè)、西側(cè)、南側(cè)內(nèi)襯墻厚度為400 mm，且需在南側(cè)排水隧洞洞口預(yù)留洞門，提前預(yù)埋鋼套筒等埋件，工作井南側(cè)設(shè)置300 mm厚C30 鋼筋混凝土蓋板用作盾構(gòu)吊裝荷載應(yīng)力擴(kuò)散，同時(shí)盾構(gòu)機(jī)吊裝站位區(qū)采用φ1000 mm @800 mm 高壓旋噴樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

4.4 基坑降排水

高壓旋噴施工過程中，在-8.1～-18 m 作業(yè)時(shí)，旋噴鉆孔內(nèi)噴出高度約20 cm 水柱，結(jié)合勘察資料，發(fā)現(xiàn)在-17～-24.88 m區(qū)間含有承壓水砂層。在工作井四周布置4 口降水井，在基坑中部布置1 口觀測井。降水井孔徑400 mm，采用DN250 mm PVC 管材，壁厚≥5 mm，濾管外側(cè)采用乙烯網(wǎng)片、不銹鋼絲網(wǎng)包裹。

沿一級(jí)邊坡（+2.0 m）坡腳及二級(jí)邊坡（+0.0 m）坡腳各設(shè)置閉合式的排水溝，排水溝斷面尺寸為300 mm×300 mm，每隔30 m 及轉(zhuǎn)角處設(shè)集水井，排水溝和集水井內(nèi)側(cè)M10 水泥砂漿抹面。

5 結(jié)語

深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)除需滿足使用功能、整體穩(wěn)定安全外，還應(yīng)將安全性與經(jīng)濟(jì)性、永久結(jié)構(gòu)與臨時(shí)工程、上游工程與下游項(xiàng)目統(tǒng)籌考慮。對于深基坑，可采用灌注樁、高壓旋噴土錨、混凝土支撐等多種工藝相結(jié)合的綜合支護(hù)結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)是要因地制宜，并將圍護(hù)結(jié)構(gòu)與接口工程一并考慮，如盾構(gòu)掘進(jìn)、盾構(gòu)吊裝等。