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(hù)與降水施工技術(shù)的應(yīng)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(hù)與降水等關(guān)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(jì)算，采用拉森Ⅳ型鋼板樁支護(hù),同時(shí)采用在鋼板樁外側(cè)設(shè)井點(diǎn)降水，基坑內(nèi)設(shè)深井降水進(jìn)行聯(lián)合降水，并沿圍堰腳設(shè)置排水溝，并做好圍堰的防滲處理工作.該工程技術(shù)在應(yīng)用中效果良好.

臨江深基坑；基坑支護(hù)；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(shè)計(jì)排水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，閘站主體建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)為為30年一遇設(shè)計(jì)，100年一遇校核.閘排流量58.5 m3/s，設(shè)置2孔平面鋼閘門，單孔單孔凈寬4.5 m；機(jī)排流量21.4 m3/s，設(shè)置5臺立式軸流泵(單機(jī)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?biāo)鞣较?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(chǔ)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(chǔ)；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(chǔ)；消力池外20.0 m范圍內(nèi)采用合金籠網(wǎng)兜護(hù)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(yīng)工程技術(shù)措施進(jìn)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(bào)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(xué)性質(zhì)劃分為3個(gè)工程地質(zhì)層和9個(gè)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(xì)砂)；3—1層(淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土)；3—2層(中細(xì)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(shí)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(dǎo)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(shè)計(jì)(基坑支護(hù)與降水方案)

2.1 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)保護(hù)對象重要性(金家橋排澇站為3級永久建筑物)，確定臨時(shí)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(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期5年一遇洪水.考慮風(fēng)浪壅高、風(fēng)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(hù)結(jié)構(gòu)方案

該工程基坑的特點(diǎn)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(diǎn)，考慮鋼板樁支護(hù)具有臨時(shí)擋土、擋水的作用，而且擁有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、可以重復(fù)利用、施工簡單，不需要大型施工設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)快速施工等優(yōu)點(diǎn)，適合在開挖深度較大且地下水位較高的基礎(chǔ)中使用，該工程采用拉森鋼板樁連續(xù)墻進(jìn)行支護(hù)[1].

(1)北側(cè)基坑支護(hù)為例計(jì)算過程

基坑北側(cè)支護(hù)，控制地下水位在-2.6m，懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算嵌固深度hd值，按《建筑基坑支護(hù)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(jì)算得到hd=10.550 m，因基坑底高程為1.4 m，現(xiàn)狀堤面標(biāo)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(jì)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(shí)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(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對樁底的抗傾覆彎矩,對于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定；對于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值.

Ma—主動(dòng)土壓力對樁底的傾覆彎矩.

注意：錨固力計(jì)算依據(jù)錨桿實(shí)際錨固長度計(jì)算.

Ks=1.243≥1.200,滿足規(guī)范要求.

抗隆起安全系數(shù)計(jì)算公式為：

(3)

(4)

(5)

經(jīng)計(jì)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(jì)算公式具有各自的承載力系數(shù)表達(dá)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(hù)為例計(jì)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(biāo)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(jì)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(shí)際采用值為9-3.1=5.90 m.

根據(jù)公式(2)計(jì)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(jì)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(hù)斷面圖(見圖2)；右岸(導(dǎo)流涵管附近)采用鋼板樁長9.0 m.右岸基坑支護(hù)斷面圖(見圖3).

圖2 左岸基坑支護(hù)斷面圖 圖3 右岸基坑支護(hù)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(chǔ)埋置深度和擬建場地地層情況，考慮進(jìn)行井點(diǎn)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(jì)算).降水井點(diǎn)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(jì)算

本基坑屬于無壓非完整井,且屬于岸邊降水.計(jì)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(diǎn)管間距

井點(diǎn)需要根數(shù)計(jì)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(diǎn)管間距計(jì)算采用公式：

D=2(L+B)/n

(8)

式中：L、B─矩形井點(diǎn)系統(tǒng)的長、寬/m.

經(jīng)過上述計(jì)算，井點(diǎn)間距確定為2.0 m，井點(diǎn)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(diǎn)降水的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行基坑內(nèi)深井降水[2-3].基坑支護(hù)與降水平面布置圖(見圖4).輕型井點(diǎn)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(jìn)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(shè)置排水溝，并做好圍堰的防滲處理工作[4-5].

圖4 基坑支護(hù)與降水平面布置

3 周邊環(huán)境監(jiān)測及應(yīng)急措施

3.1 監(jiān)測的主要內(nèi)容

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

3.2 監(jiān)測點(diǎn)布置及監(jiān)測方法

基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)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(diǎn)布置原則為：樁頂水平位移沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)軸線每邊設(shè)2測點(diǎn)；樁頂沉降沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)軸線每邊設(shè)2測點(diǎn)；基坑邊地表沉降沿基坑邊坡每邊設(shè)2斷面；導(dǎo)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(shí)1次/d；主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)1/3(次/d)；基坑回填1次/周.觀測可采取直線法進(jìn)行，在基坑鋼板樁支護(hù)深度段開挖前每點(diǎn)進(jìn)行兩次觀測的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)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(diǎn)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(hù)技術(shù)規(guī)程》3.8.6中條文說明，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場施工條件，設(shè)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(diǎn)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(yīng)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(yīng)力平衡造成了破壞，坡面一定會變形，直到達(dá)到新的平衡點(diǎn)為止.由于深基坑支護(hù)工程具有風(fēng)險(xiǎn)性較大的特點(diǎn)，可能有時(shí)會發(fā)生意外情況，為做到有備無患，針對工程特點(diǎn)，制定以下5個(gè)方面的應(yīng)急措施[6].

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

(2)當(dāng)坑壁出現(xiàn)滲漏水時(shí)，應(yīng)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(jìn)行封死.

(3)對沉降及變形過大的坑壁，可以增設(shè)一排錨桿進(jìn)行支護(hù).

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

(5)在臺風(fēng)季節(jié)施工時(shí)，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(xiàng)

(1)對鋼板樁施工安全與施工質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)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(jìn)行.

(2)由于該位置降水實(shí)施難度大，需采取綜合降水措施，并加強(qiáng)項(xiàng)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(yīng)急措施，根據(jù)階段降水效果及時(shí)對降水方案和參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整[8].

(3)需強(qiáng)化基坑工程的信息化施工，將信息化管理手段應(yīng)用于基坑施工管理進(jìn)行指導(dǎo)工程施工.對拉森鋼板樁施工期監(jiān)測反饋的資料進(jìn)行分析，評判基坑、支護(hù)結(jié)構(gòu)、附近建筑物和地下管線的安全穩(wěn)定性，并預(yù)測未來發(fā)展趨勢.若出現(xiàn)異常情況，及時(shí)發(fā)布監(jiān)理工程師指令，督導(dǎo)設(shè)計(jì)單位和承建單位對拉森鋼板樁的施工方案進(jìn)行調(diào)整，確保建筑物基礎(chǔ)、支護(hù)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(fù)雜，經(jīng)技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性及實(shí)施可能性的多方案比較和論證，采用拉森鋼板樁支護(hù),同時(shí)采用在鋼板樁外側(cè)設(shè)井點(diǎn)降水，基坑內(nèi)設(shè)深井降水進(jìn)行聯(lián)合降水，為更好的起到降水效果，沿圍堰腳設(shè)置排水溝，并做好圍堰的防滲處理工作.從工程的實(shí)施效果看，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，對類似該地區(qū)地質(zhì)水文條件的基坑支護(hù)與降水設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值.

[1] 楊 波.臨近江河的超深基坑降水控制系統(tǒng)研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2005.

[2] 何 勇,鄧伏波.綜合降水措施在黃河入?？谕d干渠泵站工程中的應(yīng)用[J].浙江水利科技,2003(4):45-47.

[3] 漆敬群.輕型井點(diǎn)綜合降排水系統(tǒng)在深基坑降水中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2007,34(12):55-56.

[4] 楊雷霞,周勇發(fā).臺州地區(qū)某工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工監(jiān)測[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2005,17(1):24-27.

[5] 方保富.SMW工法在南官河套閘基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2016,28(3):46-49.

[6] 袁 飛,李 巖，施立鑫.臨海工程深基坑支護(hù)與降水[J].城市地質(zhì),2011,6(4):28-29.

[7] 賀偉良.井點(diǎn)降水在錢塘江海塘工程中沉井沖沉中的應(yīng)用[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2000,12(4):36-37.

[8] 吳紅梅.杭州市某地鐵車站基坑承壓水處理技術(shù)[J].浙江水利水電專科學(xué)校學(xué)報(bào),2008,20(2):71-73.

[9] 樓永良.軟土地基深基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及監(jiān)測分析[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2001,13(3):7-8.

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(shè)管理工作.

TV551

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