基坑支护工程方案浅析

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摘要：文中以昆明市某基坑支护工程方案为案例，首先介绍了研究区的地质概况，依次从设计标准、降排水方案、锚索试验方案进行了详细阐述。认为开挖过程中，应对施工过程中出现的异常情况及时整改，并合理调整施工组织设计和土方开挖方案。施工单位在进行施工组织设计时，需对支护结构施工方法、质量控制要求及土方开挖方案进行仔细研究，预先做好抢险预案并提前准备好抢险物资，确保基坑顺利施工。

关键词：基坑支护；昆明市；设计标准；降排水方案；锚索试验

0引言

随着我国城市化发展进程的加快,城市居民数量持续增加,高层建筑工程项目施工规模与施工数量与日俱增,深基坑支护技术逐步被应用至项目施工环节中［1］。在大型水利工程中,需要开挖深基坑以提高基础承载力,进而保障坝体稳定。由于地质条件复杂、开挖深度较大,为保证现场作业安全和基坑施工质量,必须精确分析支护结构的受力特点［2］。深基坑支护工程是一项综合性较强的系统工程,支护工程方案的选择要考虑到各个方面,因此需从技术、安全、施工、环境等方面综合考虑确定深基坑的支护形式,以便更好地保障深基坑支护工程的安全性［3］。谭道金和钱慧以实际工程为例,基于工程地质及水文地质条件提出了具体的基坑支护方案,并阐述了具体的设计方案内容［4］。张信贵等对整个支护系统划分了相应的研究层次,从系统优化的理论出发,编制了深基坑支护系统优化分析程序，并对工程实例进行了分析,验证了计算机模拟系统的稳定性和正确性［5］。

1地质概况

研究区处于昆明湖积盆地中部地带，属湖积平原地貌。在场地东侧有1栋14.2m×6.9m的两层建筑物，南侧有43.5m×9.0m的一层车库。地下无管线通过，场地地面高程介于1888.96~1889.54m之间，相对高差约0.58m。场地内部平整，交通便利。拟建项目情况如表1所示，地下室规模：面积约1949m2，周长约178m。基坑北侧：北侧为二期项目开发用地，现为停车场，北侧紧邻人民西路。本项目基坑边线距人民西路人行道约为75.0m，人行道下布有地下管线（路灯电线、自来水管、雨水管、污水管、通信管线等），埋深约0.44~1.7m。基坑东侧：基坑边线距春城花园酒店建筑群3.0~8.0m，有1栋14.2m×6.9m的两层建筑物。春城花园酒店10F建筑基础型式为筏板基础，两栋3F建筑均为浅基础，7F建筑基础型式为桩基础，桩型为振动沉管桩，桩长20m。东面房屋均为建设方自有建筑。基坑南侧：在场地内有43.5m×9.0m的一层车库，基坑边线距春苑小区春风里的住宅楼约5.5~10.0m，该小区的住宅楼层高为6F，基础型式部分为筏板基础，部分为独立柱基。基坑西侧：基坑边线距西苑东组团住宅小区建筑群约3.0~7.0m。该小区建筑物层高为7F，基础型式为桩基础，桩型为振动沉管桩，桩长20m。场地地层结构属多层型，场地地表为人类近期活动形成的地层，其下为第四系冲洪积、冲湖积相地层。根据上述原则，场地内地基各岩土层的岩性特征自上而下按地质单元层代号可分述如下。①1杂填土（Qml）：褐灰、褐黄色，填料极不均匀，主要为碎石、砖块、生活垃圾及建筑垃圾，少量黏性土充填。碎石、砖块含量约占40%~60%，块径为5~20cm，局部地段为块石。回填时间约8~10年，未经分层压实，结构松散，稍湿。层厚0.30~1.80m，平均厚度0.9m，整个场地均有分布。①2素填土（Qml）：褐灰、褐黄、褐红色等，由黏性土混少量碎石及植物残体组成，回填时间约8~10年，结构松散，稍湿，欠固结。层顶埋深0.30~1.80m，层厚0.30~2.00m，平均厚度1.10m，整个场地均有揭露。②黏土：褐红、褐灰夹黄色，以硬塑状态为主，局部可塑，稍湿。切面光滑，干强度及韧性中等。层顶埋深1.00~2.70m，层厚2.40~4.60m，平均厚度3.33m，整个场地均有揭露。③黏土：灰、兰灰色，局部地段相变为粉质黏土，夹薄层粉砂，含少量砾石，可塑~硬塑状态，稍湿。切面光滑，干强度及韧性中等。层顶埋深7.40~20.90m，层厚0.30~7.80m，平均厚度2.83m。整个场地均有揭露。③1黏土：褐灰、灰、深灰、灰夹黑色，软塑~可塑状态，局部含少量腐殖物残体或有机质，高压缩性，湿。呈薄层状或透镜状夹于③层黏土或③2层粉砂中。层顶埋深4.20~18.80m,层厚0.60~3.80m，平均厚度1.81m。整个场地均有揭露。③2粉砂：褐灰、兰灰色，局部地段夹薄层粉土，含少量圆砾、腐植物残体及少量胶结块，石英—长石质，局部相变为砾砂，结构松散，局部稍密，饱和。该层曲率系数Cc=0.84~15.01，平均4.67；不均匀系数Cu=4.25~112.00，平均36.44，为级配不良的粉砂。层顶埋深6.20~19.00m，层厚0.30~1.90m，平均厚度1.00m，仅在ZK2、3控制地段未揭露。④粉土：灰、深灰色，局部地段相变为粉砂，结构中密~密实，中压缩性，无光泽反应，摇振反应中等，很湿。层顶埋深20.00~29.30m,层厚0.20~8.70m，平均厚度3.22m。该层在整个场地均有分布。④1黏土：灰、兰灰、深灰色，可塑~硬塑状态，湿。土质不均匀，含少量腐殖质。切面光滑，干强度及韧性中等。层顶埋深20.80~31.30m,层厚0.60~3.90m，平均厚度1.64m。该层在场地大部分地段有分布。⑤粉砂：灰、兰灰色，含少量圆砾、腐植物残体及胶结块。石英—长石质，结构中密，饱和。该层曲率系数Cc=2.79~8.43，平均4.31；不均匀系数Cu=11.80~121.00，平均35.36，级配不良。层顶埋深28.50~46.00m,层厚0.50~5.70m，平均厚度2.35m。该层在ZK1~16控制地段有揭露。⑤1黏土：灰、兰灰、深灰色，硬塑状态为主，局部可塑状态，稍湿。土质不均匀，局部含少量腐殖质。切面光滑，干强度及韧性中等。层顶埋深31.90~44.60m,层厚0.50~5.10m，平均厚度1.76m。在ZK1~8、10~16控制地段有揭露。⑤2泥炭质土：黑、灰黑色，局部地段夹薄层有机质土。可~硬塑状态，湿。有机质含量6.70~35.60%，平均为14.49%。层顶埋深33.20~46.90m,层厚0.50~2.20m，平均厚度1.10m。在ZK1~8、10~12、14、16控制地段揭露。⑥1黏土：褐灰、兰灰色，硬塑状态，稍湿。切面光滑、稍有光泽、干强度及韧性高。层顶埋深44.30~66.80m，揭露厚度0.60~8.50m，平均揭露厚度2.56m，该层在ZK6~8、10~12控制地段有揭露。⑥2粉砂：灰、兰灰色，局部夹胶结块，石英--长石质，均粒结构，结构中密~密实,饱和。该层曲率系数Cc=1.63~12.03，平均3.53；不均匀系数Cu=6.50~133.00，平均34.93，级配不良。层顶埋深46.00~62.40m,层厚0.70~4.90m，平均厚度2.76m。该层在ZK6~8、10~12控制地段有揭露。水文地质条件如下：上层滞水：该层地下水以静储量为主，连通性较好，主要赋存于①层填土中。其含水量不大，无统一水位和明显流向。其水位靠大气降水及居民生产生活用水入渗补给，旱季时以蒸发为主，雨季时以渗流补给为主，对场地工程建设有一定影响。孔隙型潜水：该层地下水主要赋存于③2层粉砂、④层粉土、⑤层粉砂、⑥2层粉砂中，根据钻探揭露地层情况显示，场地内孔隙水含水层其相互之间一般存在隔水层，含水层主要以连续分布、局部薄层状存在，故深部孔隙型地下水具有一定的承压性，承压水头高度相对较小。场地地层结构勘察结果表明，场地表部人工填土层中的上层滞水，其含水量不大，该层主要接受大气降水和生活用水等地表水的补给。③2层粉砂呈薄层状分布于③层黏土中，层位不连续，隔水层在部分地段缺失，使得④层粉土、⑤层粉砂直接连接，互为补给关系。场地表部含水层中地下水以渗流形式向下补给相邻含水层。⑥2层粉砂分布于场地深部，与⑥1层黏土呈互层状产出，深部黏性土隔水层被钻孔揭穿，使得深部含水层与浅部含水层之间联通性增强，深部含水层以越流形式向上补给相邻含水层。地基土渗透性如表2所示：该场地内①1素填土、②黏土、③黏土、③1黏土、④1黏土、⑤1黏土、⑥1黏土属微透水层；③2粉砂、④粉土、⑤粉砂、⑥2粉砂属于中等透水层。拟建-1F地下室底板底标高预估为1880.55m，设计降水至地下室底板下1.00m，ZK23孔口标高为1889.18m，地下水位高程为1888.18m，预计开挖深度为-8.63m，设计降深为8.63m，取基坑面积2072.83m2来估算基坑涌水量，按潜水完整井公式估算基坑涌水量为588.27m3/d。

2设计标准

由于基坑深度较深，周边环境条件较为复杂，支护难度较大，同时根据《关于基坑工程中限制使用锚杆（索）的通知》（昆建通[2011]363号）要求，北面1-1剖面为建设方二期用地，暂为待建空地，有足够的放坡空间，拟采用放坡+钢管土钉的支护形式；东北角2-2剖面为建设方自有建筑，可施工锚索。为减少东西向的对撑数量，方便出土，东北侧采用桩+锚索支护体系；其余剖面红线外为小区住宅，3~7层距离红线较近，对沉降敏感，若采用常用的桩锚支护体系，协调难度很大，为保证基坑的安全，这三面拟采用桩+撑支护体系。基坑开挖后发现，坑壁透水土层主要有粉砂，但厚度比较薄，坑壁大部分为不透水的黏土层，拟采用直径500mm的单轴深层搅拌止水桩。同时，为防止地表水入坑，在坑顶设置截水沟。在基坑开挖过程中，坑内采用随挖随降（挖坑集水、排水、抽水）的降水措施，基坑见底后，沿基坑周边布置一定数量的集水井与排水盲沟。综合考虑基坑周边的环境和地质条件的复杂程度、基坑深度等因素，支护失效、土体多大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重的地段，基坑支护结构安全等级定为一级（三级）。

3降排水方案

环基坑壁顶施设300mm×300mm砖砌排水沟（空间不足处改为Φ300PVC管）。基坑开挖至基底后，沿基坑壁面挖设300mm×300mm排水盲沟，回填级配碎石形成盲沟。沿基坑底设集水井进行集水，集水井直径为1000mm，深度为各剖面基坑底以下2m，采用人工挖孔桩施工工艺进行。集水井位置可根据施工情况适调，如基坑底部水量较大，应在基坑中部适当增设集水井、沟。沿基坑四周布设11口水位观测井（兼作回灌井），回灌井直径采用人工挖孔时为1000mm（采用长螺旋施工时为500mm），深度均为10m。在基坑东北侧布设1座三级沉淀池，基坑降排水水体通过三级沉淀池沉淀后，方可排入城市污水管网。设置明沟、盲沟、回灌井、集水井的目的是，在保证基坑及基坑周边建构筑物安全的前提下，保持坑内干燥，施工时须充分予以重视。对坑底汇水、基坑周边地表水及降水井抽出的地下水，采用明沟排水；对坑底渗出的地下水，采用盲沟排水。砖砌排水沟（或Φ300PVC管）、三级沉淀池中泥沙须按时清理，以保证排水效果。集水井、回灌井、三级沉淀池数量、位置可根据现场实际情况做相应调整。坑内降水时，须加强对基坑周边观测井、建构筑物的监测，若发现异常，须立即停止降水，马上回灌并分析造成异常的原因，有针对性地进行处理。基坑底位置局部地段处于粉土、粉砂层，在进行坑底抽排水时，施工单位须做好反滤措施。

4锚索试验方案

锚索试验采用分级循环加、卸荷法，并应符合下列规定：每级荷载施加或卸除完毕后，应立即测读变形量。在每次加、卸载时间内，锚头位移检测不少于3次，当锚头位移不大于0.1mm时，可施加下一级荷载，否则需延长观测时间，直至2h锚头位移增量小于1.0mm时，方可施加下一级荷载，同时分别记录每级荷载对应锚索的伸长量，绘制荷载—位移（Q-S）曲线。加、卸荷等级、测读间隔时间宜按表3执行。

5结语

本文以昆明市某基坑支护工程方案为例，介绍了研究区地质概况、设计标准、降排水方案、锚索试验方案。在基坑开挖过程中，应对施工中出现的异常情况及时整改并合理调整施工组织设计和土方开挖方案。施工单位在进行施工组织设计时，需对支护结构施工方法、质量控制要求及土方开挖方案进行仔细研究，做好抢险预案和抢险物资的准备，确保基坑施工顺利。

参考文献

［1］王争光.复杂环境下深基坑支护工程的施工方案优化［J］.中国新技术新产品，2021（22）：112-114.

［2］刘伟萍.水利工程中深基坑支护结构的计算与施工方案研究［J］.科学技术创新，2021（31）：125-127.

［3］吕晓峰.城市综合管廊深基坑支护工程方案选择与验证研究［D］.石家庄：河北经贸大学，2021.

［4］谭道金，钱慧.岩土工程深基坑支护的设计方案［J］.江西建材，2021（8）：70，72.

［5］张信贵，吴恒，易念平，等.深基坑支护工程方案推理机制与优化设计［J］.岩石力学与工程学报，2004（5）：871-876.

作者:曹加乔 许招华 孙浩 单位:云南省有色地质局龙岩市永定区水利局 云南省有色地质局勘测设计院