富水砂卵石地層圍護結構穩定性及抗滲分析

李英

（福建星原建設工程發展有限公司）

1 工程概況及場區地基土條件

1.1 工程概況

小洋祥和家苑小區第二標段項目工程位于福建省龍巖市新羅區西陂鎮小洋村，新建龍巖大道西側，雙洋路與愛亭路之間。項目規劃用地面積35604m2，第二標段總建筑面積為100623.63m2（地上75365.75m2，地下25257.88m2）。地上結構形式為混凝土剪力墻結構，地下2層主要為車庫。

擬建場地位于西陂鎮小洋村，屬沖洪積地貌單元，周邊多為民房。現地坪較為平坦，黃海高程介于333.7～334.6m 之間。本項目紅線范圍呈長方形，±0.000=333.40～334.40m，基 坑 開 挖 深 度 為8.9～10.4m，基坑開挖土方量約為13萬m3。

1.2 場區地基土及水文地質條件

土方開挖范圍內各巖土層的設計參數如表1所示。

表1 基坑開挖范圍內土層參數

場地內地下水分為上、中、下三層，上部為暫時滯水，中部位第四系孔隙潛水，下部為石灰巖巖溶裂隙水，分述如下：上部的暫時滯水主要是施工用水造成的“假水位”，蓄水性差；主要賦存于上部填土層中；中部第四系孔隙水主要賦存于卵石③，粉質黏土②，含圓礫粉質黏土④，粉質黏土⑤，含碎石角礫粉質黏土⑥，富水性中等～差，透水性中等～差；卵石③為強透水層，富水性強。場地近3～5年最高地下水位為330.50m，歷史最高水位約為331.0m；巖溶地下水主要賦存于石灰巖充填溶洞、破碎石灰巖中裂隙，熔蝕溝槽中，具有承壓性，富水性較強，主要受地下側向徑流補給，與上部含水層存在一定水力聯系，其次為地表水補給[1]?？辈炱陂g測得巖溶地下水的水位標高為321.55～324.30m。

2 基坑圍護結構分段施工方案

從經濟的角度出發，綜合考慮基坑施工對周邊環境的影響，以及場區地質條件和施工偶然荷載對支護結構的影響，深基坑工程支護方案采用分段設計、分段施工[2-4]，沿著基坑周邊劃分為6段，分別是BC段、CD段、DE段、EF段、FG段、GH段，各段支護段的施工方案如下：

基坑東北側BC段：坡頂距離紅線約8～10m，北側紅線外為項目部辦公區及菜地，現地坪標高333.7m，改造排洪管從該側經過，考慮施工偶然荷載q2=35kPa。圍護結構采用雙排排樁與4Ф15.2@2200 預應力錨索聯合支護體系，排樁方案為Ф1200@2200 圓形旋挖混凝土樁，均勻配筋HRB400 級20Ф22，螺旋箍筋HPB300 級Ф10@100mm，施工有效樁長20m；樁間高壓旋噴樁止水帷幕，支護樁鋼筋混凝土冠梁1400mm×1000mm，冠梁面標高為333m，樁身及冠梁混凝土強度等級為C30，高壓旋噴樁直徑為600mm@500mm，雙排樁之間用1400mm×1000mm連梁連接。支護排樁間采用掛Ф1.65 鐵絲網+Ф1.65鐵絲網+2Ф16@1500 雙向加強筋+噴射100mm 厚C20 混凝土防護施工方案。

基坑東北側CD段：坡頂距離紅線約8～18m，北側紅線外為村道及民宅，現地坪標高333.7m，改造排洪管從該側經過，考慮施工偶然荷載q2=25kPa。圍護結構采用雙排排樁與4Ф15.2@2200 預應力錨索聯合支護體系，排樁方案為Ф1200@2200 雙排圓形旋挖混凝土樁，排間距為3600mm，均勻配筋HRB400 級20Ф22，螺旋箍筋HPB300 級Ф10@100mm，施工有效樁長20m，樁間高壓旋噴樁止水帷幕，支護樁鋼筋混凝土冠梁1400mm×800mm，冠梁面標高為333m，樁身及冠梁混凝土強度等級為C30，高壓旋噴樁直徑為600mm@500mm。排樁分別在331m，328m處各設置一道4Ф15.2@2200預應力錨索，預應力錨索設計總長度20m，自由段長度8m，嵌固段長度12m，設計抗拔拉力180kN。支護排樁間采用掛Ф 1.65 鐵絲網+Ф1.65 鐵絲網+2Ф16@1500 雙向加強筋+噴射100mm厚C20混凝土防護施工方案。

基坑東側DE 段：坡頂距離紅線約15～17m，東側紅線外為規劃交通道路，現地坪標高333.7m，改造排洪管從該側經過，考慮施工偶然荷載q2=35kPa。圍護結構采用雙排樁與4Ф15.2@2200 預應力錨索聯合支護體系，排樁方案為Ф1000@2000 圓形旋挖混凝土樁，排距3600mm，均勻配筋HRB400 級20Ф22，螺旋箍筋HPB300級Ф10@100mm，施工有效樁長21m，樁間高壓旋噴樁止水帷幕，支護樁鋼筋混凝土冠梁1200mm×1000mm，冠梁面標高為333m，樁身及冠梁混凝土強度等級為C30，高壓旋噴樁直徑為600mm@500mm，排樁分別在331m，328m處各設置一道4Ф15.2@2200 預應力錨索，預應力錨索設計總長度20m，自由段長度8m，嵌固段長度12m，設計抗拔拉力200kN。支護排樁間設計采用掛Ф1.65 鐵絲網+Ф1.65鐵絲網+2Ф16@1500雙向加強筋+噴射100mm厚C20混凝土防護[5]。

基坑南側EF 段：坡頂距離紅線約10～19m，南側紅線外為小區，現地坪標高333.7m，改造排洪管從該側經過，考慮施工偶然荷載q2=35kPa。圍護結構采用雙排樁與4Ф15.2@2200 預應力錨索聯合支護體系，排樁方案為Ф1200@2200 排樁，均勻配筋HRB400 級20Ф22；螺旋箍筋HPB300 級Ф10@100mm，施工計有效樁長20m，樁間高壓旋噴樁止水帷幕，支護樁鋼筋混凝土冠梁1400mm×1000mm，冠梁面標高為332m，樁身及冠梁混凝土強度等級為C30，高壓旋噴樁直徑為600mm@500mm。排樁分別在330m，327m 處各設置一道4Ф15.2@2200 預應力錨索，預應力錨索設計總長度28m，自由段長度10m，嵌固段長度18m，設計抗拔拉力220kN。支護排樁間采用掛Ф1.65鐵絲網+Ф1.65鐵絲網+2Ф16@1500雙向加強筋+噴射100mm厚C20混凝土防護施工方案。

3 基坑圍護結構穩定性及防滲分析

3.1 基坑圍護結構穩定性

在基坑穩定性分析時，其抗傾覆安全系數采用瑞典條分法計算，土條寬度為0.4m，計算方法如公式（1）所示。

式中，Ks為抗傾覆安全系數，Mp為被動土壓力對樁底部的抗傾覆彎矩，kN·m；Ma為主動土壓力對樁底部的抗傾覆彎矩，kN·m。

圖1 為基坑從開挖至基坑底部時，各段基坑圍護結構的抗傾覆安全系數計算結果。從圖1 中可以看出，不同基坑圍護結構段落的抗傾覆安全系數曲線隨著基坑開挖深度的增加表現為差異化的變化規律，由于BC 段、CD 段和GH 段的基坑圍護結構參數（樁間距、樁直徑、樁長度和排間距）基本相近，因此其抗傾覆安全系數大致相同，且隨著開挖深度的增加呈現非線性降低；相比于BC 段、CD 段 和GH 段，DE 段 的 圍 護 結 構 直 徑 略 小，為1000mm，其他基坑圍護結構參數與前者相近，而DE 段圍護結構的的抗傾覆安全系數表現為比前者略低；FG 段的圍護結構由于采用的圍護結構參數比BC 段、CD 段和GH 段明顯減小，因此其抗傾覆安全系數最小，且下降速率較快；EF 段的圍護結構由于采用的圍護結構參數與BC 段、CD 段和GH 段相近，但預應力錨索相對較長，因此其抗傾覆安全系數相對較大，且下降速率較小。由此表明，基坑圍護結構參數對于抗傾覆安全系數的影響明顯，基坑圍護結構的強度和剛度越大，其抗傾覆安全系數就越大。

圖1 基坑圍護結構各段抗傾覆安全系數計算曲線

基坑的抗隆起安全系數計算如公式（2）～公式（4）所示。

式中，Kl為基坑抗隆起安全系數；γ1為基坑外地表到圍護結構底部各層土體的天然重度加權平均值，kN/m3；γ2為基坑內開挖面到圍護結構底部各層土體的天然重度加權平均值，kN/m3；D為圍護結構的嵌固深度，m；H為基坑的開挖深度，m；q為基坑地表的外荷載，kPa；Nq、Nc為Prandtl地基承載力系數。

圖2 為基坑從開挖至基坑底部時，各段基坑圍護結構的抗隆起安全系數計算結果。從圖2 中可以看出，隨著基坑開挖深度的增加，不同基坑圍護結構段落的抗隆起安全系數曲線的變化規律較為一致，均呈現非線性減小。

圖2 基坑圍護結構各段抗隆起安全系數計算曲線

3.2 基坑圍護結構抗滲分析

對基坑富水砂卵石地層均采取了樁間高壓旋噴樁止水帷幕處理，并對于開挖過程中滲水量較大的位置采取了注漿加固，注漿孔間距為800mm×800mm，注漿液為水泥-水玻璃雙液漿，鉆孔呈梅花形布置，處理后的砂卵石層滲透系數不大于1.0×10-5cm/s。為了驗證富水砂卵石地層的抗滲效果，對基坑各段圍護結構外地下水位進行監測，結果如圖3所示。

圖3 基坑圍護結構各段地下水位監測曲線

從圖3 中可以看出，隨著開挖深度的增加，基坑各段圍護結構外部地下水位監測曲線的變化規律較為一致，均隨著開挖深度的增加，地下水位均呈現非線性降低，并不斷趨于穩定，基坑開挖引起的地下水位降深在0.4m～1.0m，由此表明，所采取的止水帷幕和注漿加固措施有效地對富水砂卵石地層起到了良好的抗滲效果。

4 結論

以福建省龍巖市小洋祥和家苑小區為研究背景，運用現場實測和理論計算的方法，研究富水砂卵石地層圍護結構的抗傾覆安全系數、抗隆起安全系數和地下水位的變化，得到以下幾個結論：

⑴基坑圍護結構參數對于抗傾覆安全系數的影響明顯，基坑圍護結構的強度和剛度越大，其抗傾覆安全系數就越大。

⑵隨著基坑開挖深度的增加，不同基坑圍護結構段落的抗隆起安全系數曲線的變化規律較為一致，均呈現非線性減小。

⑶隨著開挖深度的增加，地下水位均呈現非線性降低，并不斷趨于穩定，基坑開挖引起的地下水位降深在0.4m～1.0m，由此表明，所采取的止水帷幕和注漿加固措施有效地對富水砂卵石地層起到了良好的抗滲效果。