組合支護在基坑支護工程中的應用

陳宇波 朱一寒

（長沙縣水利水電勘察設計室 長沙市 410100）

1 工程概況

石子暗涵改造工程位于長沙市東郊長沙經濟技術開發區，為凈空2.5 m×2.5 m鋼筋混凝土箱涵,承擔松雅湖的水循環排水的功能和騰飛島雨污水外排功能，底板高程為（25.39～26.80）m，地下埋深（4～5）m，受地形條件限制，在張家圍子段須從G107國道水渡河大橋第一跨跨中穿過。橋梁凈跨徑12 m，一側為重力式漿砌石橋臺，基坑開挖如不采取穩固的支護措施，必將危及大橋橋臺安全。該支護工程地質條件惡夯，基坑支護難度大，風險高，主要有以下特點:

（1）基坑開挖深度大，達6 m，為二級基坑工程。

（2）施工場地狹小，基坑緊鄰建筑物，一側為G107國道重力式橋臺擋墻，一側為G107國道樁柱式橋墩，兩者相距12 m，基坑段從中穿越，支護能夠利用的距離十分有限，施工難度大。

（3）場地緊鄰撈刀河，長沙經開區水廠取水需要水渡河壩關壩長年維持外河水位在31 m左右，河堤下地層中粉細砂層、圓礫層厚，導致地下水埋藏淺，只有1.5 m左右,地層透水性強，基坑涌水量大，易發生流砂現象，基坑須開挖至25 m，水頭差大。

2 工程設計

本工程采用靈活可靠的支護方案：高壓擺噴灌漿止水＋人工挖孔灌注樁的組合方案。采用高壓擺噴灌漿封閉止水帷幕進行基坑止水截砂（至19 m高程，強風化巖），坑內降水井降水，防止涌水流砂的危害，坑外設回灌井。沿設計穿G107段箱涵兩側及基坑兩端先采用高壓擺噴灌漿防滲墻形成一個封閉的止水圍井，兩側擺噴位置為沿橋墩邊線外移1.5 m，兩端擺噴位置為橋中線往兩端各偏移15 m。然后再在擺噴防滲墻內基坑兩側各進行一排人工挖孔鋼筋混凝土灌注樁作為擋土支護結構。

3 基坑地下水的降排和回灌

為避免水體浸泡軟化基坑土體，并利于基坑內的作業施工，在基坑內部坑壁底設置排水溝及降集水井。上排水溝應夯實地基土體，再鋪設100 mm厚防滲混凝土，砌筑排水溝或者采用PVC管（直徑300 mm～400 mm）。下排水溝位于基坑壁底部，距坑壁一定距離，寬度及深度約為0.30 m，基坑挖至底時修筑，修筑時可以做成明溝或盲溝，在基坑角點和基坑邊中點等部位設置直徑 （800～1 000）mm，深度（1.5～2.0）m 的集水坑（井）、降排水井點，及時將坑內集水排出，為了防止周圍建筑物的不均勻沉降，設置了一系列的回灌井，以保證基坑外的水位下降不太嚴重。

4 基坑支護設計驗算

（1）內力計算。

內力計算方法：增量法。

水平側向剛度(MN/m)=229.848；放坡級數：0；超載個數：2；超載值：163.866 kN/m；13.764 kN/m。

（2）土壓力模型及系數調整（圖1～圖2）。

（3）整體穩定驗算。

計算方法：瑞典條分法；

應力狀態：總應力法；

條分法中的土條寬度:0.40 m；

滑裂面數據：

圖1 彈性法土壓力模型

圖2 經典法土壓力模型

整體穩定安全系數Ks=1.115；圓弧半徑（m）R=17.588；圓心坐標 X（m）X=0.245；圓心坐標 Y（m）Y=7.076。

（4）抗傾覆穩定性驗算。

抗傾覆安全系數:

經計算Ks=1.331≥1.200,滿足規范要求。

（5）抗隆起驗算。

Prandtl（普朗德爾）公式（Ks≥1.1～1.2），注：安全系數取自《建筑基坑工程技術規范》YB 9258-97（冶金部）：

Ks=1.751≥1.1,滿足規范要求。

Terzaghi（太沙基）公式（Ks≥1.15～1.25)，注：安全系數取自《建筑基坑工程技術規范》YB 9258-97（冶金部）：

Ks=1.945≥1.15,滿足規范要求。

（6）隆起量的計算。

（7）抗管涌驗算。

抗管涌穩定安全系數（K≥1.5）：

K=5.163≥1.5,滿足規范要求。

（8） 承壓水驗算（圖 3）。

圖3 承壓水抗承壓示意圖

Ky=43.00/30.00=1.43≥1.05 基坑底部土抗承壓水頭穩定。

5 主要施工工藝流程

主要施工流程：高壓擺噴灌漿→基坑中部進行輕型井點降水→人工挖孔灌注樁施工→養護達設計強度→基坑開挖→穿越段暗涵施工→養護達設計回填強度→回填基坑。

6 基坑險情排除應急措施

在基坑開挖及支護施工中，采取分段分層開挖，一旦發現坑壁上土體過量變形或局部土體產生明顯裂縫時，應及時采取措施，但本工程施工復雜，不可預計因素多，其主要應急措施為：

（1）停止開挖施工，基坑進行填土反壓，當支護樁樁頭或樁身變形及位移較大，樁身發生開裂等情況發生時，采取此措施進行外理，防止險情進一步擴大。

（2）回灌水，當降水井或基坑降水對造成鄰近地面嚴重開裂，擋墻位移較為明顯時，應采取回灌水處理，增高變形處地下水位，減少地面及建筑物變形。

（3）壘壓砂包、打鋼管鋪竹架板擋土，對兩側無灌注樁支護處基坑開挖時，受地形限制放坡無法穩定時，采取此措施，確保基坑開挖的放坡處理。

（4）壓密灌漿，當變形較大，影響了G107擋墻和橋臺穩定，威脅公路安全時，對擋墻下地基及兩側地基進行壓密灌漿處理，防止危險進一步擴大，準備一套壓密灌漿設備和一套灌漿人員，備足灌漿用水泥及化學膠凝材料。

（5）鋼支撐：當樁頭變形較大，樁受力不足以抵抗土壓力，可考慮采取鋼支撐方案，準備4～5套鋼梁支撐，支撐寬度為基坑寬度，采用250槽鋼制作成鋼支撐梁，用以對兩側灌注樁加固處險。

7 結論與建議

（1）對于深大基坑的工程，在土質允許條件下，采用高噴止水與支護樁共同工作，與內支撐方案相比要經濟，而且便于土方機械開挖，方便施工，采用各種措施的組合支護，不僅能降低工程造價，而且能夠大大縮短工期，是值得推廣的一種支護方法。

（2）對于該類支護的設計，在保持一定的水平位移條件下，采用彈性支點法（M法）的力學模型進行設計計算是切實可行的，它不但能夠改善樁身受力，大大降低工程造價，同時也能保證基坑的安全。

（3）基坑工程設計前期準備階段一定要把工程相關資料收集齊全，特別是既有建筑物附近施工的工程，這個問題就顯得更加突出。主要包括：既有的地下電力線、通訊線、引用水管、排污管等的設計及布置圖等。

（4）對于該類基坑工程，特別是在水位比較淺的情況下，排水顯得很重要，因為如果排水回灌處理不好，很容易造成周圍建筑物產生不均勻沉降，產生裂縫，必然會造成重大的損失。所以一定要處理好排水問題。

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