復雜場地條件下深基坑圍護技術及工程應用研究

李新，黃健，樊海元，陶金海，李昊雨，楊凡林

（1.江蘇建筑職業(yè)技術學院，江蘇 徐州 221116；2.徐州市水利工程建設有限公司，江蘇徐州 221006；3.中國水電建設集團十五工程局有限公司，西安 710065；4.中國核能電力股份有限公司，北京 100045；5.長江委陸水試驗樞紐管理局，湖北 赤壁 437302）

1 引言

隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，地下空間充分開發(fā)已成為一種必然趨勢[1]，深基坑得到越來越廣泛的應用。且場地條件、地質條件日趨復雜，周邊建筑物的保護要求越來越高，對基坑圍護設計、工程施工等都提出了更高的要求，相關技術也得到迅速發(fā)展[2，3]。由于施工、設計或地質、地下水等原因造成事故、險情的情況時有發(fā)生[4～9]，相關學者也進行了深入的研究。在濱海電站中，為滿足取排水要求，基坑通常深埋于地下，由于項目臨近海域，存在豐富地下水、淤泥層等情況。在項目擴建階段，又同時存在施工場地臨近運行區(qū)、建筑物保護、場地狹窄等問題，本文主要針對上述問題的深基坑圍護技術及工程應用進行研究。

2 工程概況

某濱海電站一期工程1、2 號機組已投產(chǎn)發(fā)電，二期擴建緊鄰一期工程，其中工作井（盾構工作井）基坑深近20 m，虹吸井、工作井基坑為鄰近錯接，高差近10 m，虹吸井為地下永久結構，屬于排水構筑物，工作井為臨時結構，主要用作本期項目2 條排水隧洞盾構始發(fā)?；訓|側為在運電廠高壓出線站，西側為物資倉庫、2F 辦公樓，距基坑最近距離約5 m，由于工程為濱海項目，地下水較為豐富，場地條件較為復雜。項目平面布置見圖1。

圖1 某濱海電站項目平面布置

3 工程特點及難點

1）基坑區(qū)域場地狹窄，東側存在電廠一期運行區(qū)高壓出線站，西側存在物資倉庫、辦公樓，同時由于項目地處濱海，基坑深度較大（最深處近20 m），存在豐富地下承壓水，安全風險較大。

2）虹吸井基坑為永久結構，工作井基坑為臨時結構，且為鄰近錯接（高差近10 m），需做好二者的有效銜接，又由于工作井為排水隧洞盾構始發(fā)井，還需做好工作井預留洞門與盾構的銜接。

3）由于工作井較虹吸井基坑深近10 m，常規(guī)的基坑內(nèi)支撐分層布置困難，且在布置完內(nèi)支撐后，內(nèi)凈空尺寸需滿足盾構機入井吊裝及始發(fā)掘進要求。

4）盾構機吊裝過程存在較大側壓力，且存在隧洞管片周轉及堆載，工作井為臨時結構，需處理好基坑安全與方案經(jīng)濟性的問題。

4 基坑圍護結構方案

4.1 方案原則

從場地環(huán)境和空間布局考慮，基坑圍護方案的整體原則包括：安全性與經(jīng)濟性并重，永久結構與臨時工程兼顧，上游工程與下游項目銜接。主要強調的是在狹窄空間場地范圍內(nèi)，項目布置應當滿足使用功能，在強透水、軟弱地層條件下，基坑的整體穩(wěn)定性、周圍建筑物的安全性符合要求，作為臨時項目的基坑工程經(jīng)濟性指標較好，且上游構筑物（虹吸井）與下游盾構隧洞通過工作井的銜接較好。

4.2 具體方案

4.2.1 方案思路

針對復雜場地條件及鄰近錯接難點，提出采用多種（6 種）工藝措施相結合的綜合支護結構?？紤]后續(xù)內(nèi)部結構施工需求，不宜布置內(nèi)支撐及立柱等支護體系，虹吸井基坑東側第一層按照1∶1 放坡至+2.0 m，+2.0 m 以下采用鉆孔灌注樁+ 高壓旋噴土錨+ 高壓旋噴樁+ 止水帷幕的支護形式。為滿足盾構吊裝、初始掘進要求，有效克服強滲透水壓，工作井東西側、南側兩級放坡分別至+2.0 m、+0.0 m，坡比均為1∶1，+0.0 m 以下采用鉆孔灌注樁+ 高壓旋噴土錨+ 下部混凝土支撐+ 坑外高壓旋噴樁+ 止水帷幕+ 混凝土內(nèi)襯墻的支護形式?；又ёo典型剖面示意（縱剖面）見圖2。

圖2 基坑縱剖面示意圖

4.2.2 圍護樁布置

鉆孔灌注樁布置形式為φ1 200 mm @1 500 mm，虹吸井東側及西側各布置1 排，工作井東側、西側、南側各布置2 排（中心間距3.6 m），其中，南側第二排位于排水隧洞洞門部位的2 處灌注樁取消（2×5=10 根），主要是避免在盾構洞門鑿除時難以實施。虹吸井南側、工作井北側基坑錯接部位布置1排，各排灌注樁頂部采用1 400 mm×1 000 mm 壓頂圈梁進行連接；高壓旋噴樁水泥摻量30%，水灰比1∶1～1.5∶1，布置形式為φ700 mm @500 mm，分布在虹吸井東側、西側以及工作井東側、西側、南側、2 排灌注樁之間。

4.2.3 旋噴土錨布置

虹吸井東西側各布置3 排高壓旋噴土錨，錨頭與樁體間布置25#雙拼工字鋼腰梁（圍檁），采用后張拉法分級施加預應力進行鎖定。工作井圍檁為鋼筋混凝土結構，施工中在錨孔相對應的位置預留孔，使得錨索通過該孔穿越圍檁，然后使用錨具將張拉的錨索固定于鋼筋混凝土圍檁上。鋼絞線總長度22～26 m，水平間距1.5 m，垂直間距2.5 m，直徑0.5 m，拉力設計值360～400 kN，傾角30°。工作井東側及西側各布置5 排、南側布置1 排高壓旋噴土錨，鋼絞線總長度17～28 m，水平間距1.5 m（或3 m），垂直間距2.3～4 m，直徑0.5 m，拉力設計值390～610 kN，傾角30°。

4.2.4 內(nèi)撐結構

工作井豎直方向布置3 排鋼筋混凝土圍檁及內(nèi)撐，第一排圍檁尺寸為800mm×800 mm，第二排、第三排尺寸為1 000 mm×800 mm，其中，第一排支撐（尺寸為800 mm×800 mm）斜向布置，從南側的-6.8 m 傾斜到北側的-8.5 m，第二排、第三排支撐（尺寸為1 000 mm×800 mm）分層水平布置，同時在4 個角設置角撐（尺寸為3 000 mm×3 000 mm 或2 500 mm×2 500 mm）；為防止鋼筋混凝土內(nèi)撐傳力至虹吸井側（軟基區(qū)）產(chǎn)生變形，同時為平衡盾構初始掘進的反向推力，工作井北側虹吸井內(nèi)至工作井高低錯接區(qū)域8 m 范圍采用φ700 mm@500 mm 高壓旋噴進行地基處理。

4.3 內(nèi)襯墻、盾構吊裝區(qū)布置

為提高基坑受力的整體性，在工作井內(nèi)四周設置鋼筋混凝土內(nèi)襯墻，其中北側內(nèi)襯墻厚度為1 100 mm，東側、西側、南側內(nèi)襯墻厚度為400 mm，且需在南側排水隧洞洞口預留洞門，提前預埋鋼套筒等埋件，工作井南側設置300 mm厚C30 鋼筋混凝土蓋板用作盾構吊裝荷載應力擴散，同時盾構機吊裝站位區(qū)采用φ1000 mm @800 mm 高壓旋噴樁進行補強。

4.4 基坑降排水

高壓旋噴施工過程中，在-8.1～-18 m 作業(yè)時，旋噴鉆孔內(nèi)噴出高度約20 cm 水柱，結合勘察資料，發(fā)現(xiàn)在-17～-24.88 m區(qū)間含有承壓水砂層。在工作井四周布置4 口降水井，在基坑中部布置1 口觀測井。降水井孔徑400 mm，采用DN250 mm PVC 管材，壁厚≥5 mm，濾管外側采用乙烯網(wǎng)片、不銹鋼絲網(wǎng)包裹。

沿一級邊坡（+2.0 m）坡腳及二級邊坡（+0.0 m）坡腳各設置閉合式的排水溝，排水溝斷面尺寸為300 mm×300 mm，每隔30 m 及轉角處設集水井，排水溝和集水井內(nèi)側M10 水泥砂漿抹面。

5 結語

深基坑圍護結構除需滿足使用功能、整體穩(wěn)定安全外，還應將安全性與經(jīng)濟性、永久結構與臨時工程、上游工程與下游項目統(tǒng)籌考慮。對于深基坑，可采用灌注樁、高壓旋噴土錨、混凝土支撐等多種工藝相結合的綜合支護結構，重點是要因地制宜，并將圍護結構與接口工程一并考慮，如盾構掘進、盾構吊裝等。