臨江城區(qū)泵站工程臨時深基坑支護方案設計

王 凱

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

雁塔泵站位于廣州市增城區(qū)中部，是所處排水分區(qū)內(nèi)唯一外排出口，近年來暴雨發(fā)生時，上游多次出現(xiàn)水浸街道的情況，暴露出泵站原有排澇能力嚴重不足的問題，為降低內(nèi)澇風險,減少澇災損失，以本次拆除重建工程對其擴容，設計排澇流量34m3/s，5臺機組總裝機功率3030kW，工程規(guī)模為Ⅲ等中型，主要建筑物級別為3級，主體結(jié)構由前池、清污機段、進水池、泵站、自排閘、出水管段等組成。本文以雁塔泵站工程為例研究臨江城區(qū)泵站工程中的臨時基坑支護方案設計。

2 場區(qū)環(huán)境及工程地質(zhì)問題

2.1 場區(qū)環(huán)境限制

泵站場地內(nèi)地形起伏較小，四周高程11.8m，中部高程7.5m，總長約120m，寬約60m。場地上游邊界為城市主干道的路基擋墻；場地左側(cè)及下游測邊界為江堤背水側(cè)堤腳，江堤下方埋有燃氣主管道，此管道與場地左邊界基本平行，與泵站前池邊墻的最小距離約7.2m；場地右側(cè)邊界與城市主干道平行，距離約3m。

2.2 工程地質(zhì)條件問題

泵站場地屬沖積平原地貌，上部土層有3～6m厚的人工素填土，以及黏土、細砂、中粗砂、淤泥質(zhì)土等軟弱土層。其中，細砂、中粗砂層雖具一定承載力，但水平向、垂直向均勻性較差，厚度變化大，且下臥淤泥質(zhì)土軟弱層；淤泥質(zhì)土分布厚度大、范圍廣，具高壓縮性、低強度、高靈敏度、極微透水性和高流變性等工程性質(zhì)，為本場地的主要軟土層；黏土層為新近沉積，處地下水位以下，土體飽水，同樣具有部分軟土特性；軟土具有觸變性，施工期受擾動后，強度大幅降低，易產(chǎn)生側(cè)向滑動、沉降等。

下伏基巖為震旦系混合花崗巖，劃分為全風化層和強風化層。全風化層的原巖結(jié)構基本破壞，已崩解成松散砂土狀，風化產(chǎn)物為砂質(zhì)黏性土。強風化層呈不連續(xù)的骨架或心石，小部分已崩解。場地工程地質(zhì)條件總體較差。

場地地下水主要賦存于第四系沖積層孔隙中，為第四系孔隙性潛水，含水層主要由細砂、中粗砂、淤泥質(zhì)粉砂及淤泥質(zhì)土組成。場地內(nèi)地下水與增江地表水有密切聯(lián)系，地下水位以下部分基坑開挖時易發(fā)生滲透破壞，需采取合理有效的截水方案。

3 基坑支護方案比選

泵站建設的臨時基坑計劃使用時間1年，直至地下主體結(jié)構建設完成后進行回填，最大開挖深度為13.2m,小于14.0m，基坑開挖范圍內(nèi)的雨水管、供水管、移動光纖等委托相關單位制定遷移方案并實施，但基坑開挖影響范圍7.2～13.2m以外的天然氣管道無法遷移，依據(jù)JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規(guī)程》、DBJ/T 15-20—2016《建筑基坑工程技術規(guī)程》的規(guī)定，確定本工程基坑支護結(jié)構安全等級為二級，重要性系數(shù)為1.0，基坑環(huán)境等級為二級，水平位移控制值取45mm。從安全、可行、經(jīng)濟的角度出發(fā)，比選以下3種基坑支護方案。

(1)放坡開挖方案：本工程場區(qū)范圍狹窄，四周緊貼城市主干道或江堤，且左側(cè)地下埋有燃氣管道。臨時基坑深度大，若采用放坡開挖，在臨時基坑使用期間，場區(qū)四周的城市主干道或江堤須被挖除，也會侵占穿堤燃氣管道的規(guī)定安全范圍，但江堤防汛和城市交通不允許數(shù)月甚至一年的中斷，故此方案不具備基本的可行性。

(2)內(nèi)支撐式支檔方案：對基坑上游及左右側(cè)，采用混凝土灌注樁及內(nèi)支撐作為支擋結(jié)構，采用單排高壓旋噴樁作為防滲帷幕；基坑下游側(cè)有江堤作為支擋，采用高壓旋噴樁，以避免基坑開挖時產(chǎn)生滲透破壞。內(nèi)支撐需布置2層，橫撐采用鋼筋混凝土撐梁，豎撐采用鋼立柱。內(nèi)支撐將場區(qū)分割為若干小區(qū)域，基坑開挖及地下主體工程的施工強度及進度均受限制，之后須分層、分段拆除內(nèi)支撐，投資也高于錨拉式支檔結(jié)構。

(3)錨拉式支檔方案：對基坑上游及左右側(cè)，采用混凝土灌注樁及內(nèi)支撐作為支擋結(jié)構。防滲帷幕布置、灌注樁及高壓旋噴樁設計參數(shù)均與內(nèi)支撐式支檔方案相同。支護樁及外拉錨桿無需占用場區(qū)，不影響基坑開挖及地下主體工程施工，后期無需拆除，經(jīng)濟性優(yōu)于內(nèi)支撐式支擋方案。

從可行性、工期進度及經(jīng)濟性等多方考慮，臨時基坑支護最終采用錨拉式支檔方案。

4 基坑邊界及支護設計分段

臨時基坑使用期間，不能長時間占用四周城市主干道、江堤及河漫灘。因此，基坑上游側(cè)及右側(cè)邊界緊貼城市主干道，左側(cè)及下游測邊界緊貼江堤背水面堤腳，基坑總長86.3m，寬度19.1～44.3m?；咏ɑ娓叱桃罁?jù)主體工程各段建基面確定，支護樁及錨桿相應分段設計，包含前池段長33.7m、清污機段長11.0m、進水池段長14.8m、泵房段長21.8m?；悠矫嫒鐖D1所示。

5 基坑支護設計參數(shù)分析復核

臨時基坑支護設計中，首先依據(jù)規(guī)范擬定基本設計參數(shù)，擋土結(jié)構采用單排混凝土灌注樁，樁徑1000mm、中心距1200mm；基坑截水帷幕采用單排基坑各段深度及地層巖性不同，排樁及錨桿長度、間距等設計參數(shù)須分段確定。軟土及松散的全風化混合花崗巖均不可作為灌注樁樁端持力層，故灌注樁須將其穿透，并伸入強風化混合花崗巖層不小于1.5m，樁頂對應樁長為15.9～25.3m，樁頂設置鋼筋混凝土冠梁，冠梁頂高程為8.2m，中層采用鋼筋混凝土腰梁，冠梁及腰梁橫斷面尺寸均為1.0m×1.0m(寬×高)。砂層基本飽和、透水性強，高壓旋噴樁截水帷幕須將其穿透，并伸入相對不透水的黏土或淤泥質(zhì)土層不小于1.50m，對應樁長13～23m。

圖1 臨時基坑平面圖

高壓旋噴樁，樁徑600mm、中心距350mm。灌注樁、旋噴樁孔位平面如圖2所示。

圖2 灌注樁、旋噴樁孔位平面圖(單位：mm)

鋼筋錨桿、鋼絞線錨桿成孔直徑150mm，錨桿自由段長度不小于5m，總長須穿過淤泥層、并進入穩(wěn)定土層不小于1.5m。前池段左側(cè)為避開燃氣管道安全范圍，采用長度較小、間距加密的鋼筋錨桿，其余部位均采用2～3層鋼絞線錨桿。鋼筋錨桿長度10m，間距2.4m，傾角30°；鋼絞線錨桿長度20～30m，間距1.2m或2.4m，傾角20°或30°?；又ёo典型橫剖面設計見圖3，圖中尺寸單位除注明以外，高程為m，其余為mm。

依據(jù)規(guī)范及邊界條件擬定基坑支護設計參數(shù)后，采用理正深基坑軟件計算復核基坑支護穩(wěn)定，計算結(jié)果見表1，基坑整體穩(wěn)定及位移滿足規(guī)范要求。

表1 各部位基坑支護整體穩(wěn)定計算成果表

圖3 基坑支護典型橫剖面設計圖

6 結(jié)語

在雁塔泵站臨時基坑支護設計中，針對地層巖性分布復雜、各工程部位基坑深度不同、地上地下構筑物干擾較多、施工范圍狹窄等問題，比選基坑支護方案，在符合規(guī)范要求的前提下調(diào)整各工程部位的基坑支護參數(shù)，使錨桿有效避開地下構筑物，計算復核基坑支護方案的整體穩(wěn)定及內(nèi)力，依據(jù)計算結(jié)果，最終確定支護灌注樁和截水高壓旋噴樁的直徑和長度，鋼筋及鋼絞線錨桿的層數(shù)、角度和長度等參數(shù)。按本方案，工程于2020年完成基坑開挖，2021年完成地下主體結(jié)構施工及基坑回填，證明方案安全可行。