臨江深基坑支護與降水施工技術(shù)的應用

帥 偉(杭州市富陽區(qū)水利水電局，浙江 富陽 311400)

臨江深基坑支護與降水施工技術(shù)的應用

帥 偉
(杭州市富陽區(qū)水利水電局，浙江 富陽 311400)

臨江河深基坑支護與降水等關鍵環(huán)節(jié)能顯著影響基坑外圍的建筑物尤其是江河堤防的穩(wěn)固與否.以富春江三山堤加固工程為例，根據(jù)水文、地質(zhì)地形條件，通過計算，采用拉森Ⅳ型鋼板樁支護,同時采用在鋼板樁外側(cè)設井點降水，基坑內(nèi)設深井降水進行聯(lián)合降水，并沿圍堰腳設置排水溝，并做好圍堰的防滲處理工作.該工程技術(shù)在應用中效果良好.

臨江深基坑；基坑支護；降水

富春江治理工程——三山堤加固工程(金家橋排澇閘站)位于河道出口處，距富春江主流段約100 m.金家橋排澇閘站設計排水標準為30年一遇，閘站主體建筑物防洪標準為為30年一遇設計，100年一遇校核.閘排流量58.5 m3/s，設置2孔平面鋼閘門，單孔單孔凈寬4.5 m；機排流量21.4 m3/s，設置5臺立式軸流泵(單機功率280 kW)，該工程規(guī)模為中等，等別為III等，主要建筑物級別為3級.該工程總體布置(順水流方向)依次為內(nèi)江鋪蓋段、閘站主體段(包括變電及控制室等上部建筑物)、外江消力池段、外江海漫段.其中閘站主體，縱向長13.9 m，閘站基礎采用鉆孔灌注樁(φ1.2 m，共50根)處理，樁底持力層為圓礫層；內(nèi)江鋪蓋段，縱向長20.0 m，鋪蓋為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，左右翼墻(扶壁式結(jié)構(gòu))間距凈寬36.0 m，墻高10.5 m，鋪蓋及翼墻底部采用松樁基礎；外江消力池段，縱向長度35.1 m，底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，左右翼墻(扶壁式結(jié)構(gòu))間距凈寬36.0 m，墻高6.0～10.5 m，底板及翼墻底部采用松樁基礎；消力池外20.0 m范圍內(nèi)采用合金籠網(wǎng)兜護底，平均厚1.5 m，寬36 m.金家橋排澇閘站施工，涉及到深基坑開挖，該位置臨近富春江(距主流段僅100 m)，且處于砂礫地層，并受周圍環(huán)境限制，因此，研究如何采取相應工程技術(shù)措施進行深基坑的施工成為工程的重要技術(shù)難題.

1 水文地質(zhì)條件與周邊環(huán)境

1.1 水文條件

根據(jù)勘察報告中對地下水的描述，該場地地下水類型為孔隙潛水及孔隙承壓水，地下水埋深為0.5～2.8 m.

1.2 地質(zhì)條件

勘察深度范圍內(nèi)的地基土層，按其成因類型和物理力學性質(zhì)劃分為3個工程地質(zhì)層和9個工程地質(zhì)亞層.基坑邊坡地層剖面自上而下為：1—1層(素填土)；2—1層(粉質(zhì)粘土)；2—2層(礫質(zhì)粘土)；2—3層(粉細砂)；3—1層(淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土)；3—2層(中細砂)；3—3層(粉質(zhì)粘土夾粉砂)；3—4層(圓礫).地質(zhì)埋深情況(見圖1).

圖1 地質(zhì)埋深圖

1.3 周邊環(huán)境

該工程左岸與富陽區(qū)江濱西大道景觀工程(二期)連接，富陽區(qū)江濱西大道景觀工程(二期)已提前實施完成，且左岸存在前期未探明的市政雨水管道，右岸靠基坑邊緣存在φ1.8m的導流涵管，因此采取明挖放坡的開挖方式受場地限制.

2 工程設計(基坑支護與降水方案)

2.1 設計洪水標準

根據(jù)保護對象重要性(金家橋排澇站為3級永久建筑物)，確定臨時性擋水建筑級別為5級，工程采用黏土圍堰，確定圍堰擋水標準為重現(xiàn)期5年一遇洪水.考慮風浪壅高、風浪爬高、安全超高等因素后，擋水建筑物頂高程(內(nèi)江圍堰頂高程7.7m，外江圍堰頂高程8.0m)，圍堰邊坡均為1 ∶1.5，頂寬均為3.0m.

2.2 深基坑支護結(jié)構(gòu)方案

該工程基坑的特點為范圍大，左岸、右岸及上游施工范圍小，地下水水位高.結(jié)合工程的特點，考慮鋼板樁支護具有臨時擋土、擋水的作用，而且擁有強度高、質(zhì)量輕、可以重復利用、施工簡單，不需要大型施工設備，可實現(xiàn)快速施工等優(yōu)點，適合在開挖深度較大且地下水位較高的基礎中使用，該工程采用拉森鋼板樁連續(xù)墻進行支護[1].

(1)北側(cè)基坑支護為例計算過程

基坑北側(cè)支護，控制地下水位在-2.6m，懸臂式支護結(jié)構(gòu)計算嵌固深度hd值，按《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120—2012規(guī)范公式：

hp∑Epj-βγοha∑Eai≥0

(1)

式中：β=1.200；γ0=1.000；hp=3.098 m；∑Epj=1 278.707 kPa；ha=4.316 m；∑Eai=761.946 kPa.

計算得到hd=10.550 m，因基坑底高程為1.4 m，現(xiàn)狀堤面標高為4.5 m，確定鋼板樁懸空部分長度為4.5-1.4=3.1 m.計算得到鋼板樁長度為10.550+3.1=13.650 m.一般鋼板樁長度基本尺寸為6 m、9 m、12 m、15 m等，考慮到施工容易，確定本工程鋼板樁長度為15 m，hd實際采用值為15-3.1=11.90 m.

抗傾覆安全系數(shù)公式:

(2)

式中：Mp—被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩,對于內(nèi)支撐支點力由內(nèi)支撐抗壓力決定；對于錨桿或錨索，支點力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值.

Ma—主動土壓力對樁底的傾覆彎矩.

注意：錨固力計算依據(jù)錨桿實際錨固長度計算.

Ks=1.243≥1.200,滿足規(guī)范要求.

抗隆起安全系數(shù)計算公式為：

(3)

(4)

(5)

經(jīng)計算Ks=5.331>=1.15,滿足規(guī)范要求.

式中：r─樁(墻)頂面到底處各土層的加權(quán)平均重度，kN/m3；

D─樁(墻)的嵌入長度，m；

Nq、Nc─承載力系數(shù)，它們是土的內(nèi)摩擦角的函數(shù),但不同的計算公式具有各自的承載力系數(shù)表達式；

c─樁(墻)底面處土層的粘聚力，kPa；

H─基坑的開挖深度，m；

q─基坑頂面的地面超載，kPa；

φ─樁(墻)底面處土層的內(nèi)摩擦角，°.

(2)南側(cè)基坑支護為例計算過程

where Wiand Wri(r,i=1,2,3,4)are input connections and recurrent connections of output gate,forget gate,input gate and cell,respectively;Wpi(p,i=1,2,3)are peephole connections;tanh(?)and r(?)are activation functions.

根據(jù)公式(1)，取β=1.200；γ0=1.000；hp=2.005 m；∑Epj=301.905 kPa；ha=3.068 m；Eai=163.017 kPa.得到hd=4.700 m，因基坑底高程為1.4 m，現(xiàn)狀堤面標高為4.5 m，確定鋼板樁懸空部分長度為4.5-1.4=3.1 m.計算得到鋼板樁長度為4.7+3.1=7.8 m.一般鋼板樁長度基本尺寸為6 m、9 m、12 m、15 m等，考慮到施工容易，確定本工程鋼板樁長度為9 m，hd實際采用值為9-3.1=5.90 m.

根據(jù)公式(2)計算得到Ks=1.395≥1.200,滿足規(guī)范要求.

根據(jù)公式(3)，式(4)，式(5)計算得到Ks=2.649≥1.15,滿足規(guī)范要求.

金家橋排澇閘站基坑開挖范圍為90 m×70 m，左岸(與市政雨水管和富陽區(qū)江濱西大道景觀二期工程附近)采用鋼板樁長15.0 m，左岸基坑支護斷面圖(見圖2)；右岸(導流涵管附近)采用鋼板樁長9.0 m.右岸基坑支護斷面圖(見圖3).

圖2 左岸基坑支護斷面圖 圖3 右岸基坑支護斷面圖

2.3 降水排水方案

該基坑內(nèi)降水、排水主要包括坑內(nèi)巖土滲水、施工用水、雨水及外江水入侵等.根據(jù)基礎埋置深度和擬建場地地層情況，考慮進行井點降水.基坑中心水位需降至槽底以下0.5m，即-8.63m以下，基坑水位降深為6.38m(按地下水位2.25m計算).降水井點位置為基坑開挖中間緩步平臺邊線外1.50m.

(1)基坑涌水量計算

本基坑屬于無壓非完整井,且屬于岸邊降水.計算公式為：

Q=1.366k[(2H0-S)S/(lgR-lgx0)]×
[(H0+0.5r)/H0]1/2×[(2h0-l)/h0]1/2

(6)

式中：Q─基坑涌水量，m3；k─滲透系數(shù)，m/s； H0─澘水含水層厚度，m；S─基坑水位降深，m； R─降水影響半徑，m；r─基坑等效半徑，m； h0—降水層至不透水層的深度，m；l─降水井低至基坑底的距離，m.

(2)井點管間距

井點需要根數(shù)計算采用公式：

n=1.1Q/q，q=65πdl×k1/3

(7)

式中：d─濾管的直徑,m；l─濾管的長度,m.

井點管間距計算采用公式：

D=2(L+B)/n

(8)

式中：L、B─矩形井點系統(tǒng)的長、寬/m.

經(jīng)過上述計算，井點間距確定為2.0 m，井點管間距宜為10 m.

本工程由于臨近富春江(距富春江主流段約100 m)，且處于砂礫層地基，工程降水要求高.為更好起到降水效果，本工程在井點降水的基礎上，再進行基坑內(nèi)深井降水[2-3].基坑支護與降水平面布置圖(見圖4).輕型井點管布置間距為2 m，單根長度為6 m，下端1.2 m制作成濾管，管壁上采用梅花形布置小孔.降水深井采用無砂混凝土管，內(nèi)徑為40 cm，外徑為50 cm，管外采用鉛絲對尼龍濾網(wǎng)布進行包扎，并外加15 cm厚豆子石作為反濾層.為更好地起到降水效果，沿圍堰腳設置排水溝，并做好圍堰的防滲處理工作[4-5].

圖4 基坑支護與降水平面布置

3 周邊環(huán)境監(jiān)測及應急措施

3.1 監(jiān)測的主要內(nèi)容

結(jié)合本工程的特點，按照相關規(guī)范，本基坑重點對樁頂水平位移、樁頂沉降，基坑邊地表沉降、以及導流涵管及市政雨水管線沉降進行監(jiān)測.

3.2 監(jiān)測點布置及監(jiān)測方法

基準點應設置在變形影響范圍之外，并便于長期保存的穩(wěn)定位置.測點布置原則為：樁頂水平位移沿圍護結(jié)構(gòu)軸線每邊設2測點；樁頂沉降沿圍護結(jié)構(gòu)軸線每邊設2測點；基坑邊地表沉降沿基坑邊坡每邊設2斷面；導流涵管及市政雨水管線沉降主要集中在臨近的新建的排澇閘站位置.監(jiān)測頻次為：基坑開挖時1次/d；主體結(jié)構(gòu)施工時1/3(次/d)；基坑回填1次/周.觀測可采取直線法進行，在基坑鋼板樁支護深度段開挖前每點進行兩次觀測的數(shù)據(jù)為基準數(shù)據(jù)，以后的觀測結(jié)果和首次觀測結(jié)果比較求出測點的水平和沉降位移.

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本工程基坑開挖深度較大，屬深基坑.依據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》3.8.6中條文說明，結(jié)合施工經(jīng)驗及現(xiàn)場施工條件，設定工程基坑的水平位移和沉降警戒值為30 mm，變化速率警戒值為3 mm/d.

該基坑水平位移監(jiān)測點最大位移值為5.1 mm，最小位移值為1.6 mm，平均位移值為2.4 mm；沉降觀測最大沉降值為7.1 mm，最小沉降值為0.9 mm，平均沉降值為4.2 mm，均未超過警戒值，位移最大速率也未超過3 mm/d，屬于安全范疇.

3.4 應急措施

在基坑開挖及鋼板樁施工過程中，由于對原土層的應力平衡造成了破壞，坡面一定會變形，直到達到新的平衡點為止.由于深基坑支護工程具有風險性較大的特點，可能有時會發(fā)生意外情況，為做到有備無患，針對工程特點，制定以下5個方面的應急措施[6].

(1)基坑坑頂變形值超過報警值時，采用措施如下：在有條件卸載地段，應采取挖土卸荷處理；當發(fā)現(xiàn)坑底土有管涌、流砂、隆起等滲透破壞現(xiàn)象時，應立即采取回填土壓腳或用砂袋反壓坡腳處理，并及時設二級井點疏干土體[7].

(2)當坑壁出現(xiàn)滲漏水時，應立即用水玻璃、膨脹水泥等防水材料封堵處理，或采用XPM抗?jié)B堵漏劑進行封死.

(3)對沉降及變形過大的坑壁，可以增設一排錨桿進行支護.

(4)儲備好防汛物資(如砂袋、水泵、挖土設備等)，現(xiàn)場隨時調(diào)用.

(5)在臺風季節(jié)施工時，現(xiàn)場須配備2臺大口徑水泵，并做好坑周地面排水工作，防止坑內(nèi)積水.

4 施工注意事項

(1)對鋼板樁施工安全與施工質(zhì)量應嚴格進行控制，并控制好施工過程中的土方開挖速度，確保施工順利進行.

(2)由于該位置降水實施難度大，需采取綜合降水措施，并加強項目部的現(xiàn)場管理，做好降水施工的人力、物力的組織工作.并充分考慮應急措施，根據(jù)階段降水效果及時對降水方案和參數(shù)進行必要的調(diào)整[8].

(3)需強化基坑工程的信息化施工，將信息化管理手段應用于基坑施工管理進行指導工程施工.對拉森鋼板樁施工期監(jiān)測反饋的資料進行分析，評判基坑、支護結(jié)構(gòu)、附近建筑物和地下管線的安全穩(wěn)定性，并預測未來發(fā)展趨勢.若出現(xiàn)異常情況，及時發(fā)布監(jiān)理工程師指令，督導設計單位和承建單位對拉森鋼板樁的施工方案進行調(diào)整，確保建筑物基礎、支護結(jié)構(gòu)和鄰近建筑物等的安全穩(wěn)定[9].

5 結(jié) 語

該工程因臨近富春江(距富春江主流段僅100 m)，且所在地層為砂礫石，基坑內(nèi)地下水豐富，再加上周邊環(huán)境復雜，經(jīng)技術(shù)可靠性、經(jīng)濟合理性及實施可能性的多方案比較和論證，采用拉森鋼板樁支護,同時采用在鋼板樁外側(cè)設井點降水，基坑內(nèi)設深井降水進行聯(lián)合降水，為更好的起到降水效果，沿圍堰腳設置排水溝，并做好圍堰的防滲處理工作.從工程的實施效果看，達到了預期目標，對類似該地區(qū)地質(zhì)水文條件的基坑支護與降水設計有一定的參考價值.

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Engineering Techniques of Supporting and Dewatering for
Riverside Deep Foundation

SHUAI Wei
(Fuyang Water Conservancy and Hydropower Bureau of Hangzhou, Fuyang 311400, China)

The supporting and dewatering of riverside deep foundations are obviously significant to the steadiness of buildings outside the foundation ditch as well as the dike. Based on the dike reinforcement case of Sanjiangdi in Fuchun River, according to the hydrological and geological conditions, the engineering technology is introduced by supporting with IV-shaped steel sheet pile and well-pointed dewatering outside the pile, combining with deep-well dewatering in foundation ditch and draining in cofferdam with perfect anti-seepage treatment, which is proved to be considerably effective.

riverside deep foundation; pit supporting; dewater

2016-09-26

帥 偉(1985-)，男，浙江臨安人，碩士，工程師，主要從事水利水電工程規(guī)劃與建設管理工作.

TV551

A

1008-536X(2017)02-0045-05