石井凈水廠基坑支護(hù)設(shè)計(jì)
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程威
(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，廣東廣州510060)
摘要：石井凈水廠基坑是一座大型地埋式污水處理廠的基坑，地處廣州市城郊，其平面尺寸大、深度深，所在場地工程地質(zhì)復(fù)雜多變，含水砂層分布廣泛且下部巖層存在多處溶洞。通過方案比選最終采用地下連續(xù)墻與錨索為主、內(nèi)支撐為輔的基坑支護(hù)方案，為類似[程提供參考。
關(guān)鍵詞：基坑支護(hù)；地下連續(xù)墻；錨索；內(nèi)支撐；溶洞處理
中圖分類號(hào)：TU476文章編號(hào)：1004-4655( 2016) 03-0042-03
1工程概況
石井凈水廠位于廣州市白云區(qū)張村，張村涌以南、石井河以東，東側(cè)為現(xiàn)狀石槎路，西側(cè)為石井河，南北側(cè)為規(guī)劃道路。石井凈水廠的主要功能是收集和處理新市涌、白云一線以北地區(qū)約33 km2的城市污水，近期規(guī)模為15萬m3／d，遠(yuǎn)期規(guī)模按30萬m3/d，項(xiàng)目總投資約15億元。采用全地埋式的形式，將污水處理的主要構(gòu)筑物都建于地下并上覆一定厚度的土層。地面上僅建設(shè)綜合樓、機(jī)房、配電室等小規(guī)模的建筑物，利用地下主體上部的地面空間作為景觀濕地、綠化、停車場以及體育設(shè)施建設(shè)場地。石井凈水廠總體效果圖見圖1。
石井凈水廠地下主體構(gòu)筑物采用整體基坑開挖，基坑開挖深度為14.3 m（局部位置略有加深），基坑開挖范圍為298.0 m×136.3 m�；铀趫龅刂饕獮檗r(nóng)田或空地，周邊較為開闊，除距基坑北側(cè)40 m處有一排工業(yè)廠房外，其余位置基本沒有建筑物。
2工程地質(zhì)及水文
2.1地層巖性
巖土工程勘察資料顯示，在基坑開挖范圍內(nèi)主要分布粉質(zhì)黏土層和砂層，基坑底部為炭質(zhì)頁巖層或微風(fēng)化石灰?guī)r層…，巖層深淺及厚度變化較大。其中石灰?guī)r的巖溶極發(fā)育，場地共有19個(gè)鉆孔揭露到30個(gè)溶洞，2個(gè)鉆孔揭露到2個(gè)土洞，鉆孔見洞率為24.4%。
2.2地下水
場區(qū)地下水主要有上層滯水、孔隙潛水、承壓水和巖溶承壓水。場地含水砂層分布廣泛，厚度較大，含水豐富，對(duì)工程開挖施工影響較大。
3地下主體結(jié)構(gòu)概況
本工程地下主體結(jié)構(gòu)為總高13.8 m、平面尺寸295 m×130 m地下2層結(jié)構(gòu)，上部覆土1.6 m。主要由外部現(xiàn)澆鋼筋混凝土頂板、底板及側(cè)墻和內(nèi)部的梁、柱框架共同組成結(jié)構(gòu)的受力體系。地下主體結(jié)構(gòu)平面示意圖見圖2。
4基坑支護(hù)方案比選
根據(jù)基坑開挖范圍，基坑的主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。
1)基坑平面及深度均較大。
2)基坑深度范圍內(nèi)存在較厚的砂層，且地下水較為豐富，基坑范圍內(nèi)局部存在溶洞。
3)基坑地處郊區(qū)，周邊建筑物稀少，場地較為開闊。
根據(jù)以上特點(diǎn)對(duì)基坑支護(hù)形式進(jìn)行中心島逆作法、“排樁（地下連續(xù)墻）+內(nèi)支撐”、“排樁（地下連續(xù)墻）+錨索”3種結(jié)構(gòu)形式的比選（見表1）。中心島法方案、內(nèi)支撐方案平面示意圖分別見圖3和圖4。
綜合3種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到基坑范圍內(nèi)存在較大范圍的含水砂層，而地下連續(xù)墻相對(duì)排樁來說剛度大、整體性較好且具有良好的抗?jié)B能力，最終采用“地下連續(xù)墻+錨索”的支護(hù)方案。
5溶洞預(yù)處理
由于本工程位于巖溶發(fā)育地區(qū)，為了防止地下連續(xù)墻在施工過程中遇到溶洞而突發(fā)塌陷，提前對(duì)影響支護(hù)結(jié)構(gòu)施工的溶洞進(jìn)行預(yù)處理。
5.1溶洞處理范圍
1)平面范圍。地下連續(xù)墻兩側(cè)3m范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的無填充或半填充溶洞需提前處理。
2)深度范圍。對(duì)于在地下連續(xù)墻成槽深度范圍內(nèi)以及墻底以下3m范圍內(nèi)、影響連續(xù)墻施工的溶洞，提前處理。
根據(jù)勘察資料顯示，基坑北側(cè)ZK5位置、出土口附近以及基坑西南角存在較大規(guī)模的溶洞，應(yīng)在連續(xù)墻施工前進(jìn)行注漿預(yù)處理。
5.2溶（土）洞處理方案
溶（土）洞主要采用注漿填充的方法，填充注漿根據(jù)溶土洞所處的深度、地層條件分別采用不同的方式進(jìn)行注漿。
對(duì)于規(guī)模較小的未填充或半填充溶（土）洞則采用水泥砂漿或泵送混凝土進(jìn)行注漿填充；對(duì)于規(guī)模較大、注漿一定量后仍無法注滿的溶洞，則先采用速凝材料在外圍形成邊界，控制注漿范圍，然后在連續(xù)墻位置注純水泥漿，采用跳孔形式注漿，注漿以注漿壓力達(dá)到規(guī)定值并持續(xù)一段時(shí)間為終孔條件。
6基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1支護(hù)結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)場地情況，除北側(cè)距離基坑30~50 m處有幾棟2層樓的房屋外，其余均為農(nóng)田或空地。先從場地平整標(biāo)高按1.0：1.5的坡度放坡開挖4m并留5m寬的平臺(tái)，再施工基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的高度和受力，降低工程造價(jià)。
在選定“地下連續(xù)墻+錨索”作為基坑主要支護(hù)方案的基礎(chǔ)上，考慮到本工程地質(zhì)情況復(fù)雜多變且基坑右上角存在陽角，為進(jìn)一步提升基坑支護(hù)的安全性和可靠性，在基坑的四個(gè)角設(shè)置局部的內(nèi)支撐體系，與錨索一起構(gòu)成整個(gè)基坑支護(hù)的受力體系，具體方案如下。
1)地下連續(xù)墻。采用0.8 m厚的鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30；在連續(xù)墻內(nèi)預(yù)留錨索開孔套管，有效控制連續(xù)墻開孔時(shí)的漏水情況。
2)錨索。錨索采用直徑15.2（1x7股）的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，傾角為300，豎向共設(shè)置4道錨索，豎向間距為2.5 m、水平間距為2m或3m；錨固體直徑取180 mm；錨索穿過砂層時(shí)采用鋼套管跟鉆，錨孔采用二次灌漿工藝。
3)內(nèi)支撐。采用鋼筋混凝土梁支撐，在豎向共設(shè)置2道，間距4.8 m；在平面內(nèi)，在基坑右上角的陽角處設(shè)置2道直撐并用200 mm厚的鋼筋混凝土板相連（可兼做臨時(shí)施工通道），其余位置分別設(shè)置3道斜撐，水平間距7.5 m；冠梁截面尺寸1000 mm X1000 mm，腰梁和斜撐截面的尺寸為800 x1000 mm，直撐截面尺寸為800 mm×1000 mm；對(duì)于跨度>20 m的斜撐或直撐在跨中增設(shè)臨時(shí)鋼立柱，采用直徑1m的灌注樁作為鋼立柱的基礎(chǔ)。
4)坑內(nèi)止水加固設(shè)計(jì)。主要對(duì)基坑底部存在突涌風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理，止水加固采用直徑500 mm的水泥攪拌樁。
基坑支護(hù)平面示意圖見圖5，基坑支護(hù)典型剖面示意圖見圖6。
6.2支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算及分析
本工程基坑設(shè)計(jì)主要采用理正深基坑軟件進(jìn)行單元計(jì)算和整體計(jì)算（見表2~表5）
注意表2~表5中：表中括號(hào)內(nèi)“撐”表示采用的是內(nèi)支撐的支護(hù)形式，“錨”表示采用預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式。
計(jì)算時(shí)基坑的安全等級(jí)是按一級(jí)考慮，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)基坑北側(cè)和西側(cè)的地下連續(xù)墻內(nèi)力和位移相對(duì)南側(cè)和東側(cè)普遍要大，這是因?yàn)楸眰?cè)和西側(cè)的土質(zhì)相對(duì)較差，而南側(cè)和東側(cè)的巖層分布較淺，且西側(cè)局部有比大基坑底部還要挖深1.5 m的區(qū)域；另外采用內(nèi)支撐支護(hù)區(qū)位移明顯小于錨索支護(hù)的區(qū)域，說明內(nèi)支撐的剛度明顯大于錨索的剛度，內(nèi)支撐支護(hù)在控制變形方面效果更好。
7結(jié)語
對(duì)于像本工程這種類型的大面積基坑，在場地條件允許、四周建筑物稀少且位移控制要求不高的情況下，采用“排樁（地下連續(xù)墻）+錨索”的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系是合理可行的，與內(nèi)支撐體系相比節(jié)省大量支撐和臨時(shí)立柱的設(shè)置和拆除，且南于錨索是設(shè)置在基坑外側(cè)，為土方開挖和地下主體結(jié)構(gòu)的施工提供開闊的空間，有利于縮短工期和節(jié)約投資。但應(yīng)保證錨索的施工質(zhì)量，確保錨固體與土體有效傳力。
在地下水豐富、砂層分布較廣的情況下，采用地下連續(xù)墻起到較好的止水作用，但連續(xù)墻接頭處及墻身開孔處應(yīng)采取有效措施防止?jié)B漏；在巖溶發(fā)育地區(qū)，對(duì)影響支護(hù)結(jié)構(gòu)施工和安全的溶洞應(yīng)提前預(yù)處理，對(duì)于小型溶洞直接注漿充填密實(shí)，對(duì)于大型溶洞則在支護(hù)結(jié)構(gòu)周邊形成封閉邊界后再進(jìn)行注漿處理。
