秦 景,路 威,朱俊臣
(1.中國水利水電科學(xué)研究院 工程設(shè)計研究中心,北京 100044;2.中核集團(tuán)三門核電有限公司,浙江 三門 317112)
浙江三門核電循環(huán)水泵房位于廠區(qū)北護(hù)堤的東段,西側(cè)靠近重件碼頭,南側(cè)緊鄰待建的重件道路和循環(huán)水管道,北側(cè)為大海。循環(huán)水泵房原地貌為山前海涂灘地,標(biāo)高一般為+2.0~-2.0m,并堆填了7~13m不等厚度的碎(塊)石預(yù)壓。循環(huán)水泵房構(gòu)筑物外墻線南北長85m,東西寬55m,基坑最深處標(biāo)高為-20.8m,而目前場坪標(biāo)高為+4.58~+11.51m,即最大護(hù)坡高度為32.3m。循環(huán)水泵房場地的基巖埋深起伏大、呈斜坡狀,西南高、東北低,西南角基巖頂平均標(biāo)高大于+10m,而東北角平均低于-10m(最低點(diǎn)為-15m)。西南側(cè)陡東北側(cè)緩,平均坡度1∶4。基坑北側(cè)、東側(cè)有較厚的淤泥層,該層是高壓縮性軟土,呈流塑狀態(tài)。經(jīng)地質(zhì)勘探報告揭示的地層(自上而下)如表1所示。
表1 場地土層物理力學(xué)參數(shù)
2.1 方案比選根據(jù)基坑開挖范圍內(nèi)地層土質(zhì)、地下水及周邊建筑物分布等特點(diǎn),設(shè)計選擇了內(nèi)支撐、弧形連續(xù)墻和排樁+深攪重力墻+巖錨支護(hù)等多種支護(hù)方式進(jìn)行比較分析。內(nèi)支撐支護(hù)適合于淤泥質(zhì)地層,變形小,但由于本基坑內(nèi)基巖傾斜,基坑底部基巖還需爆破開挖,內(nèi)支撐無法設(shè)置,且內(nèi)支撐體系不利于泵房結(jié)構(gòu)施工,故未被采納?;⌒芜B續(xù)墻如同拱壩,可將淤泥層側(cè)壓荷載轉(zhuǎn)移到壩腳。但連續(xù)墻各段銜接工藝復(fù)雜、施工要求精度高,且工程費(fèi)用大,存在施工風(fēng)險,壩腳基巖完整性也不能保證,因此也被放棄。
排樁+深攪重力墻+巖錨基坑支護(hù)方案各項(xiàng)技術(shù)成熟,此組合形式在類似地層的工程中已成功應(yīng)用,其設(shè)計理念是:采用深攪加固淤泥層,使上部回填石的荷載及淤泥的變形側(cè)壓得以消減,支護(hù)結(jié)構(gòu)無需具有較大的抗彎能力及錨拉力,使得支護(hù)樁配筋與錨索設(shè)計切實(shí)可行。經(jīng)綜合考慮,按照安全、經(jīng)濟(jì)、方便施工和因地制宜的支護(hù)方法選用原則[1],確定采用此設(shè)計方案,措施布置如圖1。
2.2 方案設(shè)計根據(jù)地層條件,將基坑邊坡劃分為:完全基巖邊坡;基巖埋深小于-8.0m、無淤泥地層的邊坡;基巖埋深較大、有較厚淤泥層的邊坡3種類型,分別采用3種支護(hù)型式,并選擇典型剖面進(jìn)行分析計算(圖2)。
(1)放坡。本工程基巖邊坡主要分布在循環(huán)水泵房基坑的西側(cè)和南側(cè),總長度為118m。根據(jù)建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范[2],中、微風(fēng)化基巖按1∶0.3坡度放坡,當(dāng)坡高大于5m時,設(shè)置1m寬過渡平臺?;鶐r面上部若有回填土、石層,按碎石類,中密、稍密狀態(tài)巖質(zhì)考慮,按1∶1放坡。過渡平臺寬1.0m,坡高小于5m的可不設(shè)過渡平臺。
(2)排樁+深攪重力墻+巖錨?;拥臇|北側(cè)地層可歸并為+6.0~-2.0m為回填石層,-2.0~-12.3m為淤泥層,至-15.0m為含礫粉質(zhì)黏土層,以下為中風(fēng)化安山玄武巖。上部回填石層開挖放坡,坡度為1∶1,增設(shè)過渡平臺。中部采用排樁+深攪重力墻+巖錨支護(hù)形式,支護(hù)樁樁徑1m,樁距1.5m,樁長16m,嵌入基巖3m,樁頂設(shè)在-2m標(biāo)高。每3.5m設(shè)一層錨索,傾角40°,共計3層,錨頭進(jìn)入基巖6m。同時,對10m厚淤泥層深攪加固,水泥摻入量15%,水灰比0.5,樁徑0.6m,樁間搭接0.15m,深入下部黏土層0.3m,整體按格柵狀布置,置換率m=0.6?;酉虏?15~-20.8 m基巖采用1∶0.3放坡,放坡點(diǎn)距樁中心大于2m,如圖2。
(3)排樁+錨索?;拥臇|南側(cè)地層可歸并為+10~-2.39m回填石,-2.39~-7.99m為含礫粉質(zhì)黏土,-7.99m以下為安山玄武巖。上部回填土層放坡,下部基巖放坡,中部含礫粉質(zhì)黏土層采用用排樁+錨索形式,排樁樁長10.2m,其中嵌入基巖3m,至微風(fēng)化層。樁徑1m,樁間距1.5m,開挖后樁間掛網(wǎng)保護(hù)。并設(shè)1~2層斜拉錨索,傾角35°,內(nèi)錨頭進(jìn)入基巖面6m。
2.3 技術(shù)措施
(1)蓋板和錨索。為使護(hù)坡樁與攪拌樁形成一整體,在深攪樁頂部澆注厚30cm的C20混凝土蓋板,配置網(wǎng)格狀φ6@250鋼筋。在蓋板后緣布設(shè)垂直錨索,以較小的錨拉力產(chǎn)生較大的抗傾覆彎矩,同時使護(hù)坡樁、蓋板、深攪樁、錨索形成一整體支護(hù)體系[1]。
(2)場內(nèi)排水溝。為了使場內(nèi)施工方便,達(dá)到干作業(yè)目的,在基巖坡前與泵房建筑外墻間2.5m寬的區(qū)域內(nèi)設(shè)一排水系統(tǒng),環(huán)繞全部場區(qū)。排水溝深0.5m,寬0.5m,截面呈梯形,縱坡1/300。在場地拐角共設(shè)集水井6個,深1m,直徑0.7m。每個集水井中設(shè)立一潛水泵,隨時將積水排至基坑外。
(3)樁頂護(hù)欄。為了安全生產(chǎn),在護(hù)坡樁頂梁上及基巖頂面分別安置護(hù)欄,以保證施工現(xiàn)場的安全。護(hù)欄的預(yù)埋件在頂梁澆注時按尺寸埋入。
為使本支護(hù)系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理,經(jīng)反復(fù)試算后選取典型斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計及穩(wěn)定性驗(yàn)算。采用理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算以及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算,土層物理力學(xué)參數(shù)按表1取值,各土層分布、深度和錨桿錨固位置按圖2布置,其中:上部8m厚回填石層采取大開挖、放坡形式,按附加荷載q=160kPa計。采用瑞典條分法(土條寬度0.5m),得到典型計算斷面的最危險滑裂面,圓弧半徑為32.686m,整體穩(wěn)定安全系數(shù)Kz=2.41≥1.3,分工況求得的抗傾覆安全系數(shù)Ks=1.66≥1.2,均滿足規(guī)范要求[3-4]。據(jù)勘察報告,淤泥地層的摩阻力qsik僅為10~18kPa,對于常規(guī)錨索,難以滿足較大的錨固力要求,本工程所用的錨索鋼絞線采用7φ5規(guī)格,設(shè)計值為15t/根,錨索每束2~4根,設(shè)計拉力為300~600kN。通過典型斷面計算(圖3和圖4):錨拉力最大為361.84kN,滿足設(shè)計拉力要求。基坑側(cè)壁最大水平位移為19.26mm,在第二道錨索位置。最大正負(fù)彎矩值為711.36kN·m和-787.52kN·m。驗(yàn)算結(jié)果表明,土體開挖過程中產(chǎn)生了應(yīng)力釋放、裂隙擴(kuò)張,并伴隨著剪切破壞和滑移蠕變,導(dǎo)致了基坑周邊回填石層邊坡的沉降,但沉降量不大,指數(shù)法算出基坑頂部最大沉降量為50mm。后期監(jiān)測數(shù)據(jù)也反映了類似的變形情況。
圖3 典型斷面內(nèi)力包絡(luò)圖
圖4 典型斷面地表沉降
三門核電循環(huán)水泵房超深基坑支護(hù)采用基巖區(qū)、回填石層放坡和上覆淤泥層區(qū)采用排樁+深攪重力墻+巖錨的方案,取得了滿意的效果。本支護(hù)設(shè)計具有以下特點(diǎn):采用深攪樁加固淤泥,保證高邊坡的穩(wěn)定,有效減小淤泥側(cè)壓,即減小支護(hù)樁所需彎矩及錨索拉力的要求。重力墻后設(shè)置的垂直錨索以較小的錨拉力產(chǎn)生較大的抗傾覆彎矩。典型斷面計算結(jié)果表明,錨索錨拉力、基坑側(cè)壁水平位移、彎矩值及地表沉降量均滿足設(shè)計與規(guī)范要求,表明本工程采用的支護(hù)形式是科學(xué)、合理的。
[1]趙同新,高霈生.深基坑支護(hù)工程的設(shè)計與實(shí)踐[M].北京:地震出版社,2010.
[2]YB9258-97,建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].北京:冶金工業(yè)出版社,1998.
[3]JGJ120-99,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.
[4]GB50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.