臨江城區泵站工程臨時深基坑支護方案設計

王 凱

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

雁塔泵站位于廣州市增城區中部，是所處排水分區內唯一外排出口，近年來暴雨發生時，上游多次出現水浸街道的情況，暴露出泵站原有排澇能力嚴重不足的問題，為降低內澇風險,減少澇災損失，以本次拆除重建工程對其擴容，設計排澇流量34m3/s，5臺機組總裝機功率3030kW，工程規模為Ⅲ等中型，主要建筑物級別為3級，主體結構由前池、清污機段、進水池、泵站、自排閘、出水管段等組成。本文以雁塔泵站工程為例研究臨江城區泵站工程中的臨時基坑支護方案設計。

2 場區環境及工程地質問題

2.1 場區環境限制

泵站場地內地形起伏較小，四周高程11.8m，中部高程7.5m，總長約120m，寬約60m。場地上游邊界為城市主干道的路基擋墻；場地左側及下游測邊界為江堤背水側堤腳，江堤下方埋有燃氣主管道，此管道與場地左邊界基本平行，與泵站前池邊墻的最小距離約7.2m；場地右側邊界與城市主干道平行，距離約3m。

2.2 工程地質條件問題

泵站場地屬沖積平原地貌，上部土層有3～6m厚的人工素填土，以及黏土、細砂、中粗砂、淤泥質土等軟弱土層。其中，細砂、中粗砂層雖具一定承載力，但水平向、垂直向均勻性較差，厚度變化大，且下臥淤泥質土軟弱層；淤泥質土分布厚度大、范圍廣，具高壓縮性、低強度、高靈敏度、極微透水性和高流變性等工程性質，為本場地的主要軟土層；黏土層為新近沉積，處地下水位以下，土體飽水，同樣具有部分軟土特性；軟土具有觸變性，施工期受擾動后，強度大幅降低，易產生側向滑動、沉降等。

下伏基巖為震旦系混合花崗巖，劃分為全風化層和強風化層。全風化層的原巖結構基本破壞，已崩解成松散砂土狀，風化產物為砂質黏性土。強風化層呈不連續的骨架或心石，小部分已崩解。場地工程地質條件總體較差。

場地地下水主要賦存于第四系沖積層孔隙中，為第四系孔隙性潛水，含水層主要由細砂、中粗砂、淤泥質粉砂及淤泥質土組成。場地內地下水與增江地表水有密切聯系，地下水位以下部分基坑開挖時易發生滲透破壞，需采取合理有效的截水方案。

3 基坑支護方案比選

泵站建設的臨時基坑計劃使用時間1年，直至地下主體結構建設完成后進行回填，最大開挖深度為13.2m,小于14.0m，基坑開挖范圍內的雨水管、供水管、移動光纖等委托相關單位制定遷移方案并實施，但基坑開挖影響范圍7.2～13.2m以外的天然氣管道無法遷移，依據JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》、DBJ/T 15-20—2016《建筑基坑工程技術規程》的規定，確定本工程基坑支護結構安全等級為二級，重要性系數為1.0，基坑環境等級為二級，水平位移控制值取45mm。從安全、可行、經濟的角度出發，比選以下3種基坑支護方案。

(1)放坡開挖方案：本工程場區范圍狹窄，四周緊貼城市主干道或江堤，且左側地下埋有燃氣管道。臨時基坑深度大，若采用放坡開挖，在臨時基坑使用期間，場區四周的城市主干道或江堤須被挖除，也會侵占穿堤燃氣管道的規定安全范圍，但江堤防汛和城市交通不允許數月甚至一年的中斷，故此方案不具備基本的可行性。

(2)內支撐式支檔方案：對基坑上游及左右側，采用混凝土灌注樁及內支撐作為支擋結構，采用單排高壓旋噴樁作為防滲帷幕；基坑下游側有江堤作為支擋，采用高壓旋噴樁，以避免基坑開挖時產生滲透破壞。內支撐需布置2層，橫撐采用鋼筋混凝土撐梁，豎撐采用鋼立柱。內支撐將場區分割為若干小區域，基坑開挖及地下主體工程的施工強度及進度均受限制，之后須分層、分段拆除內支撐，投資也高于錨拉式支檔結構。

(3)錨拉式支檔方案：對基坑上游及左右側，采用混凝土灌注樁及內支撐作為支擋結構。防滲帷幕布置、灌注樁及高壓旋噴樁設計參數均與內支撐式支檔方案相同。支護樁及外拉錨桿無需占用場區，不影響基坑開挖及地下主體工程施工，后期無需拆除，經濟性優于內支撐式支擋方案。

從可行性、工期進度及經濟性等多方考慮，臨時基坑支護最終采用錨拉式支檔方案。

4 基坑邊界及支護設計分段

臨時基坑使用期間，不能長時間占用四周城市主干道、江堤及河漫灘。因此，基坑上游側及右側邊界緊貼城市主干道，左側及下游測邊界緊貼江堤背水面堤腳，基坑總長86.3m，寬度19.1～44.3m?；咏ɑ娓叱桃罁黧w工程各段建基面確定，支護樁及錨桿相應分段設計，包含前池段長33.7m、清污機段長11.0m、進水池段長14.8m、泵房段長21.8m?；悠矫嫒鐖D1所示。

5 基坑支護設計參數分析復核

臨時基坑支護設計中，首先依據規范擬定基本設計參數，擋土結構采用單排混凝土灌注樁，樁徑1000mm、中心距1200mm；基坑截水帷幕采用單排基坑各段深度及地層巖性不同，排樁及錨桿長度、間距等設計參數須分段確定。軟土及松散的全風化混合花崗巖均不可作為灌注樁樁端持力層，故灌注樁須將其穿透，并伸入強風化混合花崗巖層不小于1.5m，樁頂對應樁長為15.9～25.3m，樁頂設置鋼筋混凝土冠梁，冠梁頂高程為8.2m，中層采用鋼筋混凝土腰梁，冠梁及腰梁橫斷面尺寸均為1.0m×1.0m(寬×高)。砂層基本飽和、透水性強，高壓旋噴樁截水帷幕須將其穿透，并伸入相對不透水的黏土或淤泥質土層不小于1.50m，對應樁長13～23m。

圖1 臨時基坑平面圖

高壓旋噴樁，樁徑600mm、中心距350mm。灌注樁、旋噴樁孔位平面如圖2所示。

圖2 灌注樁、旋噴樁孔位平面圖(單位：mm)

鋼筋錨桿、鋼絞線錨桿成孔直徑150mm，錨桿自由段長度不小于5m，總長須穿過淤泥層、并進入穩定土層不小于1.5m。前池段左側為避開燃氣管道安全范圍，采用長度較小、間距加密的鋼筋錨桿，其余部位均采用2～3層鋼絞線錨桿。鋼筋錨桿長度10m，間距2.4m，傾角30°；鋼絞線錨桿長度20～30m，間距1.2m或2.4m，傾角20°或30°。基坑支護典型橫剖面設計見圖3，圖中尺寸單位除注明以外，高程為m，其余為mm。

依據規范及邊界條件擬定基坑支護設計參數后，采用理正深基坑軟件計算復核基坑支護穩定，計算結果見表1，基坑整體穩定及位移滿足規范要求。

表1 各部位基坑支護整體穩定計算成果表

圖3 基坑支護典型橫剖面設計圖

6 結語

在雁塔泵站臨時基坑支護設計中，針對地層巖性分布復雜、各工程部位基坑深度不同、地上地下構筑物干擾較多、施工范圍狹窄等問題，比選基坑支護方案，在符合規范要求的前提下調整各工程部位的基坑支護參數，使錨桿有效避開地下構筑物，計算復核基坑支護方案的整體穩定及內力，依據計算結果，最終確定支護灌注樁和截水高壓旋噴樁的直徑和長度，鋼筋及鋼絞線錨桿的層數、角度和長度等參數。按本方案，工程于2020年完成基坑開挖，2021年完成地下主體結構施工及基坑回填，證明方案安全可行。