避免深基坑開挖的混合液收集池設計的研究

摘要：為了優化混合液收集池設計并避免深基坑開挖帶來的安全與成本問題，介紹了一項關于避免深基坑開挖的混合液收集池設計的研究內容，首先概述了工程概況，包括項目基本情況、周邊環境特點和詳細地質條件分析。隨后，重點探討了避免深基坑開挖的策略，如采用土方降平技術減少開挖深度，合理設計混合液收集池的容積，以滿足實際需求，并創新性地提出了混合液收集池與圍墻基礎聯合施工的方法。最后，對施工成果的質量驗收進行了說明。研究結果表明：通過綜合運用上述設計策略，不僅有效避免了深基坑開挖的風險，還確保了混合液收集池的結構安全與功能效率，為類似工程提供了可行的設計思路與實踐參考。

關鍵詞：深基坑 避免開挖 混合液 收集池 土方降平 設計容積

Research on the Design of Mixed Liquid Collection Tank to Avoid Deep Excavation of Foundation Pit

XIE Liang1 WANG Ranfeng2 LI Ming1" LYU Yi1*

1. China Energy Engineering Group Hunan Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Changsha， Hu’nan Province， 410000 China;

2. Hunan Electric Power Engineering Consulting Co.， Ltd.， Changsha， Hu’nan Province， 410000 China[A1]

Abstract： In order to optimize the design of mixed liquid collection tanks and avoid safety and cost issues caused by deep excavation， this paper introduces a research content on the design of mixed liquid collection tanks to avoid deep excavation. Firstly， the project overview is summarized， including the basic situation of the project， the characteristics of the surrounding environment， and a detailed analysis of geological conditions. Subsequently， strategies to avoid deep foundation pit excavation were discussed， such as using earthwork leveling technology to reduce excavation depth， designing the volume of the mixed liquid collection tank reasonably to meet practical needs， and innovatively proposing a method of joint construction of the mixed liquid collection tank and the wall foundation. Finally， the quality acceptance of the construction results was explained. The research results indicate that by comprehensively applying the above design strategies， not only is the risk of deep excavation effectively avoided， but also the structural safety and functional efficiency of the mixed liquid collection tank are ensured， providing feasible design ideas and practical references for similar projects.

Key Words： Deep foundation pit; Avoid excavation; Mixed liquid; Collection pool; Earthwork leveling; Design volume

在電力設施的安全運維中，換流站的消防安全至關重要。一旦發生火災事故，迅速有效的消防響應對保護人員安全和設備完整性具有決定性意義。然而，消防過程中產生的廢水，包含水、泡沫、油污等雜質，若處理不當，可能對環境造成二次污染[1-2]。為解決現有問題，本文將開展關于避免深基坑開挖的混合液收集池設計的研究。

1工程概況

鑒于上述內容，本研究旨在探索一種創新的混合液收集池設計方案，以避免在場坪完成后進行深基坑開挖。在場坪階段即先行施工填方區的深基坑，并將圍墻與消防混合液收集池進行合建設計[3]。此種設計方案旨在通過優化施工順序和設計布局，有效減少工程量，降低安全風險，同時提升施工速度，確保換流站消防系統的及時投運和高效運行。

2關于避免深基坑開挖的混合液收集池設計

2.1避免深基坑開挖的土方降平

在設計初期，應對建設場地進行詳細的地形地貌調查，分析地形起伏和坡度變化[4]。通過調整收集池的布置方向、形狀和尺寸，盡量利用現有地形的高低差異，實現土方挖填平衡[5-6]。通過合理設計排水系統，將地下水引流至收集池外部，確保開挖過程中不受地下水影響。當采用放坡開挖時，土方[A2] 量可以通過以下公式計算。

式（1）中：代表基坑寬度；代表基坑高度；代表工作面寬度；代表放坡系數；代表挖土深度。

基坑開挖的穩定性可以通過計算抗滑移力和滑動力進行驗算。抗滑移力可以通過以下公式計算。

式（2）中：代表土的容重；代表基坑邊坡角；表示土的內摩擦角。滑動力可以通過以下公式計算：

根據式（2）、式（3），基坑開挖的穩定性可以通過比較和的大小進行驗算，確保≥。通過上述土方降平設計和相關數學公式的應用，可以有效地避免深基坑開挖，降低施工難度和成本，同時提高施工安全性[7]。在實際工程中，應根據具體場地條件、施工要求和經濟性等因素進行綜合考慮和優化設計。

2.2混合液收集池設計容積設計

在混合液收集池的設計中，容積設計是至關重要的環節。它直接關系到收集池能否有效容納和處理預期的混合液流量，同時避免深基坑開挖的需求。首先，需要確定混合液的流入流量和流出流量。流入流量可能來自生產過程、廢水排放等，而流出流量則可能通過泵送、重力排放等方式實現[8]。設計流量" 可以通過以下公式計算。

式（4）中：代表預期的流入流量；代表預期的流出流量；代表為應對突發情況（如設備故障、流量波動等）而預留的安全流量。存儲容積的設計應滿足在特定時間段內（如一天、一周或更長）能夠容納所有流入的混合液，同時考慮流出能力的限制。存儲容積" 可以通過以下公式計算。

式（5）中：代表設計流量；代表存儲時間，即混合液在收集池中停留的時間。

利用現有地形的高低差異，將收集池布置在較高的位置，以減少開挖深度。采用輕質高強度的材料，如鋼筋混凝土或復合材料，以減少結構自重和開挖深度。將收集池設計成多個模塊，每個模塊具有較小的開挖深度，通過疊加或并聯的方式達到所需的存儲容積。通過有效的地下水控制措施（如降水井、止水帷幕等），降低地下水位，減少開挖深度。

2.3混合液收集池與圍墻基礎聯合施工

利用收集池的結構作為圍墻基礎的部分或全部支撐結構，減少收集池獨立基礎的開挖風險。確保收集池與圍墻在變形上相互協調，避免由于不均勻沉降導致的結構損壞。先施工收集池結構，待其達到設計強度后，再進行圍墻基礎的開挖和澆筑。在可能的情況下，采用聯合開挖的方式，同時考慮收集池和圍墻基礎的開挖深度和形狀，以減少總開挖量。在開挖過程中，設置必要的支撐結構，以確保基坑的穩定性和施工安全。地基承載力可以通過以下公式計算。

式（6）中：為土的抗壓強度；為安全系數，通常取1.2～1.5。整體穩定性可以通過計算滑動面上的抗滑力和滑動力進行驗算。抗滑力可以分別通過以下公式計算。

式（7）、式（8）中：為第段滑動面上的粘聚力；為第段滑動面的長度；為第段滑動面上的法向應力；為第段滑動面上的內摩擦角；為第段滑動面上土體的重量；為第段滑動面的傾角。通過上述混合液收集池與圍墻基礎聯合施工設計的方法可以有效地減少深基坑開挖的需求，同時確保結構的穩定性和安全性。在實際工程中，應根據具體場地條件、地質情況、施工要求、經濟性等因素進行綜合考慮和優化設計。

3施工成果質量驗收

3.1設計結構承載力測試

關于避免深基坑開挖的混合液收集池設計的研究，其結構四邊承載力的檢驗至關重要。

在混合液收集池的設計中，為確保結構的安全性，需要對四邊承載力進行嚴格檢驗。原位試驗法是通過當場直接試驗檢測承載力，在現場模擬實際荷載情況，觀察地基的變形和承載力表現。

設定混合液收集池的邊界為1～4，在4個邊上隨機選擇5個測點，對其進行承載力檢測，設計承載力標準值為50 MPa，以此為依據，得到如下圖2所示的檢驗結果。

3.2穩定性分析

在上述內容的基礎上，通過地質勘察和土壤力學分析，評估基坑在先行施工后的穩定性，確保不會發生邊坡失穩、坍塌等安全問題。在先行施工的土壤層隨機選擇測點，對其進行變形監測，連續監測5 d，檢驗監測結果（最大變形量小于5mm符合標準），如下圖3所示。

4結論

通過上述研究，可以得出如下結論。

（1）在本次實驗中，對混合液收集池的4個邊界進行了承載力檢測，每個邊上隨機選擇了5個測點，共計20個測點進行了詳細的承載力測試。結果顯示，所有測點的承載力均達到了設計標準值50 MPa，沒有出現任何低于標準的情況。

（2）在先行施工的基坑中，對土層的變形情況進行了嚴格的監測。結果顯示，基坑土層的最大變形量小于5 mm，完全符合設計標準。同時，隨機選取的10個測點的變形量也均符合標準，沒有出現異常變形的情況，確保施工質量和安全。

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