既有水廠內深基坑支護設計實例及思路淺析

王琦

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074）

1 引言

隨著污水排放標準的日益提高，目前很多既有水廠都面臨著提標改造或后期新建深度處理等工藝建構筑物以滿足排放要求[1]。為便于與前期構筑物形成流暢的水處理工藝流線，提標改造或后期新建建構筑物往往都在前期水廠的廠區內預留空地進行建設。這就不可避免地帶來了新建建構筑物臨近已建建構物或管線，新建建構筑物基坑場地周邊環境較為復雜。為保證基坑及周邊環境安全，基坑支護設計需綜合考慮各種因素[2-3]，采取適宜的基坑支護形式。

2 工程概況

基坑位于既有水廠廠區內東北角預留用地區域，詳見圖1。該項目的來水為既有水廠處理后的尾水，經該項目處理后，出水水質達到相關排放標準，作為城市內河的補給水源。主要新建建構筑物為提升泵池、曝氣生物濾池、臭氧制備間、臭氧接觸池、液氧站、V 形濾池、消毒接觸池、送水泵站、加藥間。其中臭氧接觸池及提升泵池埋深較大，臭氧接觸池基坑開挖深度約8.3 m，局部開挖深度8.8 m，提升泵池基坑開挖深度約7.8 m，局部開挖深度8.3 m。其余建構筑物埋深均小于5 m。

圖1 工程場地周邊環境圖

3 工程場地周邊環境條件

臭氧接觸池位于廠內預留用地中間偏南的位置，其南側為廠區現狀道路，臭氧接觸池基坑南側開挖面距離廠區道路北側邊線3.7 m，道路寬約6 m，沿道路中線偏南側有D400～D800 mm 的雨水管，埋深約1.8 m，緊鄰道路的南側為廠區內既有水廠的送水泵房，臭氧接觸池基坑南側開挖面距離送水泵房北側邊線約8.6 m。臭氧接觸池基坑西側、北側、東側，目前無已建建構筑物。

提升泵池位于廠內預留用地西側偏北的位置，其西側為廠區現狀道路，緊鄰道路西側為廠區內的圍墻，圍墻西側為既有水廠的氧化溝。提升泵池基坑西側開挖面距離廠區道路東側邊線7.9 m，距離氧化溝東側池壁外皮最近約21.5 m。基坑北側為廠區圍墻，基坑北側開挖面距離圍墻約5.7 m，圍墻外為汽車回收拆解公司場地，無建構筑物。提升泵池基坑東側、南側無已建建構筑物。

4 工程場地地質條件

本場地地貌單元屬淮北平原。根據鉆探及區域地質資料，道路沿線上部為素填土及第四系全新統（Q4al+pl）、更新統（Q3al+pl）沖洪積、成因的黏性土、粉土、粉細砂等，下臥層為第三系雙浮組（E1sh）泥質砂巖等。基坑支護涉及主要土層物理力學參數見表1。

表1 基坑支護涉及土層物理力學參數

根據勘察資料，該場地地下水類型主要為兩類，一類為上層滯水，為分布于①層素填土中，勘察期間穩定地下水位埋深約1.0 m，受大氣降水影響較大；另一類為弱承壓水，為分布于③層、⑤層粉土中的孔隙水，勘察期間穩定地下水位埋深約2.7～2.9 m（高程約21.62～23.93 m），具弱承壓性，水量較豐富，季節性變化幅度約1.5～2.5 m。地下水主要接受大氣降水入滲補給及側向徑流補給，蒸發、人工開采及徑流排泄為主要排泄方式。

5 基坑支護設計

5.1 基坑特點分析

1）基坑開挖深度較大為7.8～8.8 m，基坑面積相對較小。

2）臨近基坑存在須保護的廠區道路、地下管線及已建建筑物、構筑物。經現場踏勘，臭氧接觸池南側已建送水泵房埋深約3.6 m，該泵房無原始圖紙，估計應為整體筏板基礎。提升泵池西側的氧化溝無原始圖紙，推測應為整體筏板基礎。

3）基坑開挖深度范圍內主要為①素填土及②粉質黏土，坑底以下為③粉土層。

4）基坑開挖深度范圍內地下水位較高，且基坑開挖深度不滿足③粉土層突涌穩定性要求。

5）本基坑構筑物——臭氧接觸池及提升泵池，為現澆鋼筋混凝土水池，地面以下池壁范圍無水平向連續板帶，構筑物池壁范圍標高無法換撐。

6）②層粉質黏土具弱膨脹潛勢，根據地區經驗，脹縮等級為Ⅰ級。

5.2 基坑支護設計思路

1）為保證基坑外已建道路、管線及建構筑物安全，基坑支護結構應嚴格控制變形，以保證坑外環境安全。

2）因地下水位較高，且存在抗突涌破壞危險，基坑應設置止水帷幕，考慮疏干上層滯水，對承壓含水層考慮減壓或進行疏干處理。

3）考慮采用帶支撐的支護結構控制基坑變形，且換撐位置只能位于基礎底板標高。

4）由于換撐位于基礎底板標高，換撐并拆撐后，圍護結構懸臂長度較大。因此，選用剛度較大的圍護結構構件控制基坑變形。

5）咨詢地勘單位后得知，②層粉質黏土膨脹性較弱，基坑支護不需考慮特殊處理，按常規做法考慮基坑支護設計即可。

5.3 基坑支護設計介紹

根據基坑特點及基坑支護方案設計思路，本基坑支護方案采用剛度較大的鋼筋混凝土灌注樁作為基坑圍護結構，在基坑開挖階段設置一道水平支撐控制基坑變形。根據基坑設計規范[4]，本工程基坑支護結構安全等級為一級。基坑支護采用直徑800 mm 的鋼筋混凝土灌注樁加一道水平支撐。

為考慮施工便利性，水平支撐也采用鋼筋混凝土材質。臭氧接觸池基坑采用對撐+角撐的水平支撐體系。提升泵池基坑采用僅設置角撐的水平支撐體系。支撐間盡量留設較大空間，方便出土。

設置支撐標高時考慮支撐下機械挖土的便利性，同時盡量考慮將冠梁與腰梁合二為一，簡化施工步驟，縮短施工時間。水平支撐體系于構筑物底板標高進行換撐，完成換撐后即可拆除支撐，構筑物池壁施工不受支撐影響。

由于③粉土層抗突涌穩定性不滿足要求，考慮采用三軸水泥攪拌樁做止水帷幕截斷③粉土層，以保護坑外環境安全。坑內設置降水井做降水井降低坑內地下水位，坑邊設置觀測井監測周邊地下水位。

基坑內沿基坑周邊設置排水盲溝，排除坑內積水；基坑邊設置截水溝或砌擋水墻等措施防止坑外地表水流入坑內。支護結構典型剖面如圖2 所示。

圖2 基坑支護典型剖面圖（單位：mm）

6 基坑支護監測結果

根據基坑支護監測規范[5]，基坑支護監測主要包括圍護樁樁頂位移、圍護樁深層水平位移、支撐及鋼立柱內力、周邊道路、建筑物沉降等項目。

在基坑施工期間，坑邊建構筑物變形均未超過預警值，基坑圍護結構變形均滿足相關規范規程的要求。基坑部分計算值及實測值詳見表2。

表2 基坑支護部分計算值及實測值

7 結論

本文以某既有水廠內深基坑工程為例，提出了在既有水廠內進行深基坑支護設計的思路，并將設計思路應用于該實例中，取得了良好的技術經濟效果。形成了以下結論：

1）對于既有水廠內改擴建工程，工程建設場地狹小，場地周邊存在已建建構筑物，基坑支護設計應考慮采用嚴格控制基坑變形的支護型式；

2）基坑支護設計可以考慮采用帶支撐的基坑支護型式控制基坑變形；

3）基坑支護結構的支撐及換撐設計，應充分考慮水處理構筑物的結構特點及構件布置形式，盡量采用不影響水處理構筑物主體結構施工的支護形式，便于施工，縮短工期；

4）應設置截斷基坑內地下水的止水帷幕，并疏干基坑內地下水，減小基坑施工對周邊環境的影響；

5）經實測顯示，監測數據結果滿足相關規范要求，保證了基坑及周邊環境的安全，為既有水廠內改擴建工程深基坑設計和施工提供了一定的參考。