北京東壩污水處理廠基坑支護設計*

莊修偉

北京首創(chuàng)生態(tài)環(huán)保集團股份有限公司 100044

1 工程概況

北京東壩污水處理廠位于壩河以南，機場二高速以東。根據規(guī)劃，本工程的升級改造采用地下式污水處理廠［1］的建設模式。其中，地下一層為鋼筋混凝土池體，地上一、二層為生產用房，三～五層為綜合用房。整體規(guī)劃建設形式見圖1。

圖1 東壩污水處理廠建設形式Fig.1 Construction form of dongba wastewater treatment plant

2 工程與水文地質

2.1 工程地質

根據野外鉆探、原位測試及室內土工試驗成果的綜合分析，本次勘探深度（45.0m）范圍內的地層劃分為人工填土層、新近沉積層及一般第四紀沖洪積層，在水平向及垂直向上地層分布比較穩(wěn)定。

各土層主要物理力學性質指標見表1，建設場地地質剖面見圖2。

圖2 建設場地地質剖面Fig.2 Geological section of construction site

表1 各土層主要物理力學性質指標統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of main physical and mechanical properties of each soil layer

2.2 水文地質

本次勘察鉆探深度范圍內觀測到二層地下水，第一層地下水類型為潛水，主要含水層為黏質粉土～砂質粉土②層及夾層、細砂③層，主要補給來源為大氣降水和地下徑流，主要排泄方式為蒸發(fā)及側向徑流。穩(wěn)定水位標高16.15m～17.12m。

該場地第二層地下水類型為微承壓水，主要含水層為黏質粉土～砂質粉土④層及其夾層，主要補給來源為地下徑流，主要排泄方式為側向徑流。穩(wěn)定水位標高4.27m～5.52m。

地下水位自7月份開始上升，9至10月份達到當年最高水位，隨后逐漸下降，至次年的6月份達到當年的最低水位，平均年變幅約1m～2m。

擬建場地歷年最高地下水位位于自然地表，近3～5年最高地下水位位于自然地表以下3.5m（絕對標高21.00m）左右。

3 基坑概況

污水廠現狀地面標高約24.700m，基坑開挖底標高為11.100m～18.700m，長約156m，寬約50m。基坑開挖面積約7800m2，周長約410m。其中基坑西南側為預處理提升泵房，坑底標高11.100m，周邊坑底標高18.700m。基坑左下角靠近現狀二層綜合樓，基坑邊緣距離綜合樓外墻邊緣約5.0m，在污水處理廠施工期間，需確保綜合樓正常安全使用。基坑平面布置見圖3。

圖3 基坑平面布置圖Fig.3 Layout plan of foundation pit

4 基坑支護設計

根據《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120—2012）［2］，對于靠近綜合樓位置的基坑支護，安全等級定為一級，重要性系數1.1；其他位置的基坑支護，安全等級定為二級，重要性系數1.0。整體采用排樁支護和放坡的形式，止水帷幕布置在樁間，均采用直徑800mm的高壓旋噴樁。

支擋結構嵌固穩(wěn)定性要求［2］：

式中：Kem為嵌固穩(wěn)定安全系數，安全等級為一級、二級、三級時，Kem分別不應小于1.25、1.2、1.15。

支擋結構抗隆起穩(wěn)定性要求［2］：

式中：Khe為抗隆起安全系數，安全等級為一級、二級、三級時，Khe分別不應小于1.8、1.6、1.4。

4.1 高低差位置

高低差位置處的高差較低，均采用1∶1放坡并噴射80mm厚C20素混凝土的放坡形式。

4.2 普通基坑位置

（1）對于底標高為14.620m和15.300m的基坑，采用樁錨支護形式，基坑支護剖面見圖4。其中，灌注樁為φ800@1650，采用兩道3s15.2預應力錨索，1860級，水平間距1650mm，一樁一錨。第一道錨索L＝20m（自由段8m，錨固段12m），軸向拉力標準值200kN，鎖定值180kN，錨固體直徑150mm；第二道錨索L＝19m（自由段6m，錨固段13m），軸向拉力標準值230kN，鎖定值200kN，錨固體直徑150mm。

圖4 基坑支護剖面圖一Fig.4 Section1of foundation pit support

根據彈性法計算結果包絡圖，位移ωmax＝-25.06mm；基坑內外側彎矩Mmax分別為-614.23kN·m和362.23kN·m、剪力Vmax分別為-276.42kN和279.30kN。

Kem＝1.262＞1.2，嵌固深度滿足規(guī)范要求；Khe＝4.622＞1.6，抗隆起穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

（2）對于底標高為16.530m和18.700m的基坑，采用樁錨支護形式，基坑支護剖面見圖5。其中，灌注樁采用φ800@1650，采用一道3s15.2預應力錨索，1860級，水平間距1650mm，一樁一錨，錨索L＝17.5m（自由段5.5m，錨固段12m），軸向拉力標準值200kN，鎖定值180kN，錨固體直徑150mm。

圖5 基坑支護剖面圖二Fig.5 Section2of foundation pit support

根據彈性法計算結果包絡圖，位移ωmax＝-18.21mm；基坑內外側彎矩Mmax分別為-251.40kN·m和320.03kN·m、剪力Vmax分別為-159.55kN和144.11kN。

Kem＝1.469＞1.2，嵌固深度滿足規(guī)范要求；Khe＝6.734＞1.6，抗隆起穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

4.3 提升泵房坑中坑位置

1.坑內位置

基坑底標高11.100m，坑定標高18.700m，坑深7.60m，采用樁錨支護形式，基坑支護剖面見圖6。其中，灌注樁為φ800@1500，采用一道3s15.2預應力錨索，1860級，水平間距1500mm，一樁一錨，錨索L＝24m（自由段6m，錨固段18m），軸向拉力標準值280kN，鎖定值230kN，錨固體直徑150mm。

圖6 基坑支護剖面圖三Fig.6 Section3of foundation pit support

根據彈性法計算結果包絡圖，位移ωmax＝-13.26mm；基坑內外側彎矩Mmax分別為-348.48kN·m和136.26kN·m；剪力Vmax分別為-176.35kN和207.12kN。

Kem＝1.421＞1.2，嵌固深度滿足規(guī)范要求；Khe＝5.423＞1.6，抗隆起穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

2.坑中坑左側

上部基坑坑頂標高24.70m，坑底標高18.70m，坑深6m；下部坑頂標高18.70m，坑底標高11.10m，坑深7.60m。上下均采用樁錨支護形式，基坑支護剖面見圖7。

圖7 基坑支護剖面圖四Fig.7 Section4of foundation pit support

上部灌注樁為φ800@1650，采用一道3s15.2預應力錨索，1860級，水平間距1650mm，一樁一錨，錨索L＝21m（自由段5.5m，錨固段15.5m），軸向拉力標準值220kN，鎖定值190kN，錨固體直徑150mm。

下部灌注樁為φ800@1500，采用一道3s15.2預應力錨索，1860級，水平間距1500mm，一樁一錨，錨索L＝24m（自由段6.5m，錨固段17.5m），軸向拉力標準值280kN，鎖定值230kN，錨固體直徑150mm。

上部計算結果同基坑支護剖面圖二。

下部根據彈性法計算結果包絡圖，位移ωmax＝-15.0mm；基坑內外側彎矩Mmax分別為-429.60kN·m和150.39kN·m、剪力Vmax分別為-221.28kN和235.331kN。

Kem＝1.209＞1.2，嵌固深度滿足規(guī)范要求；Khe＝4.393＞1.6，抗隆起穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

3.靠近綜合樓位置

上部基坑坑頂標高24.70m，坑底標高18.70m，坑深6m；下部坑頂標高18.70m，坑底標高11.10m，坑深7.60m。

由于綜合樓距離基坑較近，且復合樁基不能承受水平變形，對基坑支護的位移要求較高。

（1）方案一

第一階段上部基坑支護先采用灌注樁φ800@1650懸臂支護＋回填土臺反壓［3］；下級基坑支護采用樁錨形式，灌注樁為φ800@1500，采用一道3s15.2預應力錨索，1860級，水平間距1500mm，一樁一錨，見圖8a。

第二階段在18.7m位置的構筑物底板澆筑完成并達到強度后拆除上部基坑的反壓土臺，將上部基坑支護改用φ609×16鋼管支撐＋φ800@1650灌注樁支護，見圖8b。

圖8 方案一支護剖面Fig.8 Section view of scheme I

（2）方案二

上部基坑支護采用φ800雙排灌注樁懸臂支護，前排樁水平中心距1100mm，后排樁水平中心距2200mm，前后排樁中心間距1800mm。

下部基坑支護采用樁錨支護形式，灌注樁為φ800@1500，采用一道3s15.2預應力錨索，1860級，水平間距1500mm，一樁一錨，錨索L＝24m（自由段6m，錨固段18m），軸向拉力標準值280kN，鎖定值230kN，錨固體直徑150mm。

基坑支護剖面見圖9。

圖9 方案二剖面Fig.9 Section view of schemeⅡ

上部根據彈性法計算結果包絡圖，位移ωmax＝-12.91mm；基坑內外側彎矩Mmax分別為-190.58kN·m和111.77kN·m、剪力Vmax分別為-93.95kN和108.10kN。

Kem＝1.254＞1.25，嵌固深度滿足規(guī)范要求。

下部計算結果同基坑支護剖面圖四。

懸臂式支擋結構可不進行抗隆起穩(wěn)定性驗算。

對比方案一和方案二：1）從實施難度和工期比較，方案一的回填土臺、鋼管支撐安裝施工難度大，費事費力，且需等待底板施工結束后方可進行，嚴重影響施工工期。方案二的基坑支護與池體結構完全脫開，支護與池體結構之間關系清晰；施工方面省時省力、且方便快捷。但雙排樁靠近綜合樓，灌注樁施工需考慮對綜合樓地基的影響，經與施工單位溝通，總體可控。2）從經濟性比較，方案一措施費較高；方案二工程費較高，綜合比較，兩者相當。

整體考慮，該局部基坑支護設計采用方案二。

4.4 基坑監(jiān)測

根據《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》（GB 50497—2019）［4］，本基坑工程共布置25個樁頂水平位移監(jiān)測點，間距不大于20m。一級基坑監(jiān)測預警值取基坑深度的0.25%，絕對值不大于25mm，變化速率2mm/d；二級基坑監(jiān)測預警值取基坑深度的0.4%，絕對值不大于40mm，變化速率3mm/d。

本工程主體結構目前已經完成竣工驗收，通過對基坑變形監(jiān)測資料的分析，本次基坑靠近綜合樓位置樁頂最大水平位移為2.55mm，其他地方樁頂最大水平位移為14.45mm。說明本基坑工程設計完全滿足工程要求，安全可靠。

5 結語

1.結合地質情況、周邊環(huán)境、基坑深度等因素分別確定基坑支護形式，使得工程方案更加經濟合理。

2.靠近綜合樓位置的基坑支護通過方案對比分析，在滿足安全性的同時，使實施方案更具時效性和經濟性。

3.對比計算結果和基坑監(jiān)測數據，本設計完全滿足實際工程的安全穩(wěn)定性要求，可作為成功案例為后續(xù)類似工程提供實用參考。