西安市某項目基坑開挖的工程地質問題及解決方案

郭智峰

(深圳市建工集團股份有限公司，深圳 518048)

西安市某項目基坑開挖的工程地質問題及解決方案

郭智峰

(深圳市建工集團股份有限公司，深圳 518048)

探討了西安市某基坑工程在開挖中可能遇到的工程地質問題，針對不同情況提出了具體的應對方案。

基坑涌水；邊坡滑移；沉降；支護；降水

西安市某工程項目設計的地下車庫，需進行深基坑開挖。資料顯示，該工程項目場地環境比較復雜：河、咸寧路及已建樓盤環列四周，工程地質條件較差，且有未鉆穿地層。我們充分考慮基坑開挖可能遇到的工程地質問題，制定了有效的技術方案，以保證基坑開挖工作的順利進行。

1 工程概況

圖1 擬挖基坑剖面示意圖

基坑地質剖面；地表雜填土，河漫灘淤積土（粉質粘土土質），厚2.3m，有形成獨立邊坡的能力（k≥1.25）；沖積層地層上部為卵石層，細粒含量20%，且分布均勻，稍密狀態，厚1.5m。地下水位位于地表下3.8m。

2 工程基坑開挖的工程地質問題及應對方案

2.1 基坑涌水

基坑涌水量的計算公式[2]：

（1）岸邊降水時

①均質含水層潛水完整井基坑涌水量可按下列規定計算：

b<0.5R

式中：

Q——基坑涌水量；

k——滲透系數；

H——潛水含水層厚度；

S——基坑水位降深；

R——降水影像半徑；

r0——基坑等效半徑；

b——基坑中心到所在河邊的凈距離。

②均質含水層潛水非完整井基坑涌水量可按下列規定計算：

含水層厚度不大時，涌水量可按下式計算：

式中：

M——由含水層地板到過濾器有效工作部分中點的長度。

含水層厚度很大時，涌水量可按下列公式計算：

b<0.5R

式中：

M——承壓含水層厚度。

（2）基坑遠離邊界時

①均質含水層潛水完整井基坑涌水量可按下列規定計算：

②均質含水層潛水非完整井基坑涌水量可按下列規定計算：

（3）（單側方案）當基坑靠近隔水邊界時：

b'<0.5R

（4）基坑為圓形時，基坑等效半徑應取為圓半徑，當基坑矩形，等效半徑可按下列規定計算

ro=0.29(a+b)

式中：a、b分別為基坑的長、短邊。

降水井影響半徑宜通過實驗或根據當地經驗確定，當基坑側壁安全等級為二、三級時，可按下列經驗公式計算：

式中：R——降水影響半徑（m）；

S——基坑水位降深（m）；

k——滲透系數（m/d）；

H——含水層厚度（m）。承壓含水層

該工程的降水可采用U型輕型井點管降水[3]，其U型口設在建筑物一側（排水回灌，穩定附近地下水位，保護已有建筑）較為有利；亦可采用單側輕型井點管降水，但須在近河端設置備用抽水裝置（如潛水泵井點），以防單側總管近河端涌水量過大。具體布置方案如圖2 圖5所示。降水后，坑底完全位于地下水位之上，坑底水壓力得到了有效降低。若出水量過大，可在近河一側增加排水點，鉆孔用潛水泵抽水[4]。排出的水，除用于回灌外，多余水量排入河。

關于井點管的計算公式：

降水井的數量：n=1.1(Q/q)

式中：

Q——基坑總降水量；

圖2 “U”型輕型井點管降水平面布置示意圖

圖3 “U”型輕型井點管降水剖面示意圖

圖4 單側輕型井點管降水平面布置示意圖

圖5 單側輕型井點管降水剖面示意圖

q——設計單井出水量 q =120 rsl3k

其中

rs——過濾器半徑；

l——過濾器進水部分強度（管井過濾器長度宜與含水層厚度一致）；

k——滲透系數（m/d）。

對于防護措施來說，則要做好坑底和四壁防護，比如用凍結法和化學加固法加固坑底[5]；用防水混凝土掛鋼筋網錨噴支護、注漿法加固泌水帶等方法做四壁防護。

2.2 基坑邊坡滑移

深基坑開挖一般為垂直開挖，支護措施不當會造成邊坡失穩而產生整體滑移[6]。本工程中，近距離的較高層已建建筑、距河較近、土層搭配不盡合理，造成邊坡的大荷載、水壓力大、土體透水性強而穩固性較差等等問題，這些都是基坑開挖的不利因素[7]。基坑方案若采用恰當的降水措施，使基坑完全位于地下水位之上，則可以在降低地下水位的同時達到加固地層，穩定已有建筑等諸多效果。

圖6 基坑支護剖面示意圖

土釘墻的有關計算公式[2]如下：

（1）單根土釘抗拉承載力計算應符合下式要求

式中：Tjk——第j根土釘受拉荷載標準值；Tuj——第j根土釘抗拉承載力設計值。

（2）單根土釘受拉荷載標準值可按下式計算

式中：

ξ——荷載折減系數，

eajk——第j個土釘位置處的基坑水平荷載標準值；

Sxj、Szj——第j個土釘與相鄰土釘的平均水平、垂直間距；

αj——第j根土釘與水平面的夾角。（3）荷載折減系數ξ可按下式計算

式中：β——土釘墻坡面與水平面的夾角。

（4）對于基坑側壁安全等級為二級的土釘抗拉承載力設計值應按試驗確定,基坑側壁安全等級為三級時可按下式計算：

式中：

rs——土釘抗拉抗力分項系數；

dnj——第j根土釘錨固體直徑；

qsik——土釘穿越第i層土土體與錨固體極限摩阻力標準值；

li——第j根土釘在直線破裂面外穿越第i穩定土體內的長度，破裂面與水平面夾角為

（5）土釘墻應根據施工期間不同開挖深度及基坑底面以下可能滑動面，采用圓弧滑動簡單條分法，按下式進行整體穩定性驗算：

式中：

n——滑動體分條數；

m——滑動體內土釘數；

rk——整體滑動分項系數；

r0——基坑側壁重要性系數；

wi——第i分條土重，滑裂面位于粘性土或粉土中時，按上覆土層的飽和土重度計算；滑裂面位于砂土或碎石類土中時，按上覆土層的浮重度計算。

bi——第i分條寬度；

cik——第i分條滑裂面處土體固結不排水(快)剪念聚力標準值；

φik——第i分條滑裂面處土體固結不排水（快）剪內摩擦角；

?i——第i分條滑裂面處中點切線與水平面夾角；

αj——土釘與水平面之間的夾角；

Li——第i分條滑裂面處弧長；

s——計算滑動體單元厚度；

Tnj——第j根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力。

2.3 基坑流沙

本工程中，基坑開挖后，坑內外高差達1.2m，近坑底土層為卵石加粉粒，這種情形利于泌水冒砂，不能不預防流沙的問題。治沙必先治水，預防流沙的重要手段是有效降低地下水位，盡力使基坑位于地下水位之上。從這一角度看，有效降水的方案是首選。此外，還可用壓力注漿、攪拌樁、樹根樁及旋噴樁等措施[8]。

2.4 基坑降水引起地面沉降

如果采用大面積降水方案，本工程因近河、存在不良土質、邊坡大荷載，很可能引起地面的不良性沉降，盡管距基坑5m遠的已建樓盤是筏板基礎，必將受到不均勻沉降的不利影響[9]。還需考慮咸寧路較大的動荷載，若不均勻沉降超過允許范圍，路面或下沉、或斷裂，都會影響交通安全。

地基最終沉降量計算公式：

式中：

S——地基最終變形量（mm）；

S'——按分層總和法計算出的地基變形量；

ψS——沉降計算經驗系數，根據地區沉降觀測資料及經驗確定，無地區經驗時可采用表一的數值；

n——地基變形計算深度范圍內所劃分的土層數；

P0——對應于荷載效應準永久組合時的基礎底面處的附加壓力（kpa）；

Esi——基礎底面下第i層土的壓縮模量，應取土的自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段計算（Mpa）；

zi、zi-1——基礎底面至第i層土、第i—1層土底面的距離(m)；

表1 沉降計算經驗系數ψs

可優選的方案有兩種：一是在該建筑物與基坑之間、咸寧路方向與基坑之間設置隔斷墻，在基坑近河一側單側降水，并密切關注建筑物及咸寧路周圍水位，令其在可控范圍內（如圖7所示）；二是采用前述降水方案，但需注意控制回灌水量，避免過量回灌造成濕陷性下降而加劇沉降[10]。

圖7 預防大面積沉降方案平面布置圖

3 結語

筆者通過研究該工程項目已知的工程地質和周圍環境資料，推斷在基坑開挖中可能會遇到基坑涌水、邊坡滑移、流沙和地面沉降等問題，并提出了應對措施。在實踐中，發現這些措施是有效的。但由于缺乏進一步的資料，未能詳細計算諸如涌水量、土釘的各個參數等具體數據，只提供了部分相關的計算公式（引自相關規范），但這并不影響探究問題、解決問題的整體思路。相信隨著科技的發展，在基坑開挖及其支護方面一定會產生更高效的新技術新方法。

[1] 宋福淵，劉曉輝，耿冬青.深基坑降水施工動態控制及效果分析[J]. 建筑技術2007，12.

[2] 建筑基坑支護技術規程 JGJ 120～99.

[3] 王林偉.深層攪拌樁和輕型井點在復雜地質基坑支護中的應用[J]. 施工技術2007,09.

[4] 許明輝，朱良鋒.井降水輔助深基坑開挖有關問題探討[J]. 施工技術2007,S1.

[5] 胡浩軍，王元漢.深基坑開挖與支護模擬仿真分析[J]. 巖土力學2007,S1.

[6] 陳志敏，趙德安，李雙洋，劉德仁.黃土滑坡最不利滑面綜合分析方法[J]. 鐵道工程學報2007,07.

[7] 安 民，楊宏麗，蘇武斌.西北黃土地區邊坡設計選型[J]. 武漢大學學報(工學版) 2007,06.

[8] 龐烈鑫.黃土地區樹根樁承載力的試驗研究[J]. 路基工程2007,04.

[9] 聶意江，高俊峰，盛文考.基礎施工引起鄰近建筑物變形的控制[J]. 施工技術，2007,S1.

[10] 張瑛穎，龔曉南.基坑降水過程中回灌的數值模擬[J]. 水利水電技術2007,04.

TU753

A

1007-1903(2009)03-0036-05