基于P×C法的基坑降水支護方案篩選及設計

摘 要：為保障基坑施工的安全性，本文結合勘察成果對支護方法進行研究，首先，采用P×C法對基坑降水支護方案進行篩選，其次，進行基坑降水設計，最后，結合基坑變形監測成果，對基坑降水支護設計進行合理性評價。本文結合工程實際，設計了4類基坑降水支護方案，各類方案的適用性存在差異，其中，方案四的適用性等級為Ⅳ級，其他3類支護方案的適用性等級為Ⅲ級，因此，本項目將方案四作為降水支護方案。根據基坑降水設計，等效半徑、計算方法等因素對基坑涌水量的計算結果具有較大影響，且經過對比，采用外接圓法、規范簡化法的涌水量計算結果與實際測量結果最為接近，基坑涌水量為44319.31m3/d，基坑降水井為90個。根據基坑變形監測成果，得到其變形為9.62～25.53mm，均值為10.44mm，充分說明基坑降水支護設計是合理有效的，可以為類似工程提供參考。

關鍵詞：基坑；降水支護方案；降水參數；降水井

中圖分類號：P 642 " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

為保障基坑施工安全，對基坑降水支護方案進行篩選及設計具有重要的現實意義[1-2]。目前，已有不少相關研究，例如雷丹[3]探討了懸掛式止水帷幕在基坑降水中的應用效果。唐卓華[4]利用數值模擬分析了基坑降水特征。陳聰等[5]研究了基坑降水引發的變形特征。上述研究充分說明基坑降水研究是十分必要的，但較少涉及降水設計分析。因此，本文在勘察成果分析基礎上，采用P×C法進行基坑降水支護方案篩選和基坑降水設計，結合基坑變形監測成果，對基坑降水支護設計進行合理性評價，以期為基坑安全施工奠定理論支持。

1 工程概況

本工程為住宅小區車庫基坑，用地面積為20651.52m2，平面形態呈多邊形特征（如圖1所示），開挖深度為6.7m，屬于深基坑。

在基坑周邊環境條件方面，北側、西側均為近接既有建筑，其上部層數為15～28層，地下室為1層，基礎形式為筏板基礎，最小凈距約為12.5～16.6m，南側、東側均近接既有道路，最小凈距約為18.5～22.1m。因此，基坑周邊具有較為復雜的環境條件。

在地層巖性方面，基坑區地層自上而下結構如下。1）填土：主要為素填土，結構均勻性較差，土質松散，局部夾雜少量碎石，分布厚度為0.6～1.4m。2）細砂：褐黃色，稍濕為主，松散～稍密，局部夾雜一定的中粗砂，分布厚度為0.8～2.1m。3）卵石：顏色雜亂，濕～飽和，稍密～密實均有分布，卵石磨圓度較好，粒徑為2.5～9.5cm，揭露厚度大于15.4m。

在水文地質條件方面，地下水主要為潛水，主要賦存于地層孔隙中，埋深2.5～3.1m。基坑開挖底板標高位于地下水水位以下，地下水對施工期安全影響較大。因此，該基坑降水處理是十分必要的。

2 基坑降水支護方案篩選

2.1 降水支護方案初定

基坑開挖具空間立體特征，為保障施工安全，基坑支護是十分必要的。項目區地層巖性具有較強的滲透性，且地下水水位埋深較淺，穩定水位高程高于開挖底板高程，地下水將影響施工質量及安全。因此，基坑降水設計亦尤為重要。

為降水支護方案合理，本文結合工程實際，共確定4類降水設計方案：放坡支護+管井降水、土釘墻+管井降水、樁錨咬合樁支護擋水體系、樁錨支護+管井降水。

2.2 篩選方法構建

為對降水支護方案進行合理篩選，本文提出采用P×C法構建篩選方法，將“基坑降水支護方案篩選體系”作為目標層，結合工程實際，共擬設4個準則層指標，即安全可靠條件B1、經濟合理特征B2、施工便捷程度B3和環境保護條件B4，同時，在準則層基礎上，進一步進行評價指標細分，共確定11個二級指標。基坑降水支護方案篩選體系結構如圖2所示。

按照P×C法原理，須計算各評價指標的權值、隸屬度，其中，權值的計算方法為1～9標度法，即通過評價指標間的重要性對比，構建判別矩陣，并進行一致性分析，在通過一致性檢驗后，對最大特征值的特征向量采取歸一化處理措施，進而得到相應的權值。反之，須重新調整判別矩陣，直至滿足一致性檢驗。

在各評價指標的隸屬度計算過程中，將計算方法確定為專家法，為保證評價結果的準確性，專家應具有高級工程師職稱。

在評價指標權值、隸屬度計算結果基礎上，采用P×C法對各評價指標或降水支護方案進行定量篩選，并設計以下適用性劃分標準。1）適用性為Ⅰ級，適用性得分為0分～60分，對應降水支護方案的適用性較差，基本不能滿足工程需要。2）適用性為Ⅱ級，適用性得分為60分～80分，對應降水支護方案的適用性一般，勉強能滿足工程需要。3）適用性為Ⅲ級，適用性得分為80分～90分，對應降水支護方案的適用性較好，基本能滿足工程需要。4）適用性為Ⅳ級，適用性得分為90分～100分，對應降水支護方案的適用性很好，很能滿足工程需要。

2.3 方案篩選結果分析

第2.1節共設計了4類降水設計方案，先以方案一為例，詳述篩選過程。經過計算統計，得到方案一的二級指標適用性篩選結果，見表1。11個二級指標的適用性得分為71.56分～90.55分，均值為81.55分，對應適應性等級為Ⅱ～Ⅳ級，其中，Ⅱ級指標有5個，Ⅲ級指標有4個，Ⅳ級指標有2個。

根據各指標的適用性得分，將適用性由好至差進行排序：E6gt;E3gt;E9gt;E1gt;E8gt;E4gt;E10gt;E11gt;E2gt;E5gt;E7。

計算得到方案一的一級指標適用性篩選結果見表2。B1指標的適用性相對最低，其適用性等級僅為Ⅱ級，其他3個指標的適用性等級均為Ⅲ級。

在方案一的總體適用性計算過程中，整體的隸屬度矩陣L=[0.101 0.209 0.543 0.147]，得分計算矩陣D=[55 70 85 95]T，那么計算得到方案一總體適用性得分Z=LD=80.31，得出方案一的適用性等級為Ⅲ級。

同理，進一步計算方案二～方案四的適用性，計算結果見表3。4種降水支護方案的適用性存在一定差異，按照適用性得分排序：方案四＞方案二＞方案三＞方案一，其中，方案一～方案三的適用性等級均為Ⅲ級，方案四的適用性等級為Ⅳ級，因此，本項目以方案四為降水支護方案。

3 基坑降水設計

目前，已篩選出合適的降水支護方案，考慮基坑內地下水對其施工具有較大影響，因此，該節重點進行降水設計。

3.1 降水參數設計

等效半徑直接影響基坑涌水量計算，根據文獻[6]研究成果，將等效半徑計算方法確定為八點中心法、等效面積法、外接圓法和矩形折算系數法。因此，為保證計算結果的準確性，本文實例引入4類方法進行計算，同時，在基坑涌水量計算過程中，常用計算方法有規范簡化法和等效分段法，因此，將兩種方法作為基坑涌水量的理論計算方法，為驗證2種方法計算結果的準確性，須采用實際測量法對基坑涌水量計算結果進行復核評價。

根據計算，得到不同等效半徑在不同方法中的基坑涌水量計算結果，見表4。等效半徑對基坑涌水量的影響較為顯著，此外，規范簡化法、等效分段法的涌水量計算結果也存在明顯差異，等效分段法的涌水量計算結果明顯小于規范簡化法的涌水量計算結果，與實際測量結果對比，規范簡化法的計算結果更符合實際測量結果，同時，當等效半徑計算方法為外接圓法時，規范簡化法的涌水量計算結果略大于實際測量結果，兩者的涌水量最為接近，因此，將該基坑的涌水量確定為44319.31m3/d。

在單井抽水量計算過程中，計算公式詳見《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012），經過計算，本項目單井抽水量為648.52 m3/d。

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）規定，降水井個數計算結果：n=1.2Q/q=1.2×44319.31/648.52 =82個，結合基坑周長分布特征，共設計90個降水井。

3.2 降水井設計

在降水井個數設計的基礎上，對降水井進行設計。結合附近工程經驗，將集水管直徑設計為5cm，降水管直徑為32cm，采用專用PPRE型號，采用三通連接器進行連接，且進行密封。

降水井設計長度為15m，包括3個部分，自上而下分別為接頭部分、濾水管部分和密水管部分，其長度分別為0.6m、10.9m和3.5m。

結合上述參數，降水井如圖3所示。

在降水井成孔的過程中，將擴充法作為其施工方法，降水后應保證地下水水位低于坑底下1m，且降水后經過測量，得出基坑區內降水后的地下水位為-0.160～0.207m，均值為0.081m，滿足《建筑基坑工程監測技術標準》（GB 50497-2019）的規定要求。

4 基坑降水支護效果分析

在基坑施工的過程中，變形監測是必要過程，通過變形數據來評價基坑施工過程的安全特征；根據設計資料，將基坑變形控制為30mm。結合工程實際，基坑布設了19個監測點，編號為1#～19#（布置位置如圖1所示）。經統計，得到19個變形監測點的變形監測成果，見表5。19個監測點的變形為9.62～25.76mm，均值為19.34mm，因此，各監測點的變形均在可控范圍內，充分說明基坑降水支護設計是合理有效的。

為進一步掌握基坑變形的發展趨勢，對變形量最大的5#、11#監測點進行分析，經統計，得到5#、11#監測點的變形數據，見表6。5#、11#監測點的變形量總體隨時間增加而增加，但總體呈收斂趨勢，進一步說明基坑降水支護效果較優。

5 結論

本文采用P×C法對基坑降水支護方案進行篩選及設計，得出以下結論。1）結合本工程實際，基坑降水支護方案主要有4類：放坡支護+管井降水；土釘墻+管井降水；樁錨咬合樁支護擋水體系；樁錨支護+管井降水。同時，通過適用性評價，方案四的適用性等級為Ⅳ級，其他3類支護方案的適用性等級為Ⅲ級，因此，本項目選擇方案四作為降水支護方案。2）經基坑降水設計，等效半徑、計算方法對基坑涌水量的計算結果具有較大影響，經過對比，外接圓法、規范簡化法的涌水量計算結果與實際測量結果最為接近。3）通過基坑施工過程中的變形成果分析，得出各監測點的變形量均小于變形控制性，進一步驗證了基坑降水支護設計是合理有效的。

參考文獻

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[3]雷丹. 懸掛式止水帷幕基坑降水對臨近地鐵變形影響分析 [J]. 價值工程， 2024， 43 （15）：115-118.

[4]唐卓華. 深基坑開挖降水與回灌方案設計及數值分析 [J]. 建筑機械化， 2024， 45 （5）：96-101.

[5]陳聰，王建，李超，等. 富水砂層地區深基坑坑外降水變形研究 [J]. 低溫建筑技術， 2024， 46 （4）：59-62，67.

[6]馬賽. 基坑降水支護方案優化設計及風險評估分析 [J]. 中國高新科技， 2022（6）：52-53.