组合支护在基坑支护工程中的应用

陈宇波 朱一寒

（长沙县水利水电勘察设计室 长沙市 410100）

1 工程概况

石子暗涵改造工程位于长沙市东郊长沙经济技术开发区，为净空2.5 m×2.5 m钢筋混凝土箱涵,承担松雅湖的水循环排水的功能和腾飞岛雨污水外排功能，底板高程为（25.39～26.80）m，地下埋深（4～5）m，受地形条件限制，在张家围子段须从G107国道水渡河大桥第一跨跨中穿过。桥梁净跨径12 m，一侧为重力式浆砌石桥台，基坑开挖如不采取稳固的支护措施，必将危及大桥桥台安全。该支护工程地质条件恶夯，基坑支护难度大，风险高，主要有以下特点:

（1）基坑开挖深度大，达6 m，为二级基坑工程。

（2）施工场地狭小，基坑紧邻建筑物，一侧为G107国道重力式桥台挡墙，一侧为G107国道桩柱式桥墩，两者相距12 m，基坑段从中穿越，支护能够利用的距离十分有限，施工难度大。

（3）场地紧邻捞刀河，长沙经开区水厂取水需要水渡河坝关坝长年维持外河水位在31 m左右，河堤下地层中粉细砂层、圆砾层厚，导致地下水埋藏浅，只有1.5 m左右,地层透水性强，基坑涌水量大，易发生流砂现象，基坑须开挖至25 m，水头差大。

2 工程设计

本工程采用灵活可靠的支护方案：高压摆喷灌浆止水＋人工挖孔灌注桩的组合方案。采用高压摆喷灌浆封闭止水帷幕进行基坑止水截砂（至19 m高程，强风化岩），坑内降水井降水，防止涌水流砂的危害，坑外设回灌井。沿设计穿G107段箱涵两侧及基坑两端先采用高压摆喷灌浆防渗墙形成一个封闭的止水围井，两侧摆喷位置为沿桥墩边线外移1.5 m，两端摆喷位置为桥中线往两端各偏移15 m。然后再在摆喷防渗墙内基坑两侧各进行一排人工挖孔钢筋混凝土灌注桩作为挡土支护结构。

3 基坑地下水的降排和回灌

为避免水体浸泡软化基坑土体，并利于基坑内的作业施工，在基坑内部坑壁底设置排水沟及降集水井。上排水沟应夯实地基土体，再铺设100 mm厚防渗混凝土，砌筑排水沟或者采用PVC管（直径300 mm～400 mm）。下排水沟位于基坑壁底部，距坑壁一定距离，宽度及深度约为0.30 m，基坑挖至底时修筑，修筑时可以做成明沟或盲沟，在基坑角点和基坑边中点等部位设置直径 （800～1 000）mm，深度（1.5～2.0）m 的集水坑（井）、降排水井点，及时将坑内集水排出，为了防止周围建筑物的不均匀沉降，设置了一系列的回灌井，以保证基坑外的水位下降不太严重。

4 基坑支护设计验算

（1）内力计算。

内力计算方法：增量法。

水平侧向刚度(MN/m)=229.848；放坡级数：0；超载个数：2；超载值：163.866 kN/m；13.764 kN/m。

（2）土压力模型及系数调整（图1～图2）。

（3）整体稳定验算。

计算方法：瑞典条分法；

应力状态：总应力法；

条分法中的土条宽度:0.40 m；

滑裂面数据：

图1 弹性法土压力模型

图2 经典法土压力模型

整体稳定安全系数Ks=1.115；圆弧半径（m）R=17.588；圆心坐标 X（m）X=0.245；圆心坐标 Y（m）Y=7.076。

（4）抗倾覆稳定性验算。

抗倾覆安全系数:

经计算Ks=1.331≥1.200,满足规范要求。

（5）抗隆起验算。

Prandtl（普朗德尔）公式（Ks≥1.1～1.2），注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97（冶金部）：

Ks=1.751≥1.1,满足规范要求。

Terzaghi（太沙基）公式（Ks≥1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97（冶金部）：

Ks=1.945≥1.15,满足规范要求。

（6）隆起量的计算。

（7）抗管涌验算。

抗管涌稳定安全系数（K≥1.5）：

K=5.163≥1.5,满足规范要求。

（8） 承压水验算（图 3）。

图3 承压水抗承压示意图

Ky=43.00/30.00=1.43≥1.05 基坑底部土抗承压水头稳定。

5 主要施工工艺流程

主要施工流程：高压摆喷灌浆→基坑中部进行轻型井点降水→人工挖孔灌注桩施工→养护达设计强度→基坑开挖→穿越段暗涵施工→养护达设计回填强度→回填基坑。

6 基坑险情排除应急措施

在基坑开挖及支护施工中，采取分段分层开挖，一旦发现坑壁上土体过量变形或局部土体产生明显裂缝时，应及时采取措施，但本工程施工复杂，不可预计因素多，其主要应急措施为：

（1）停止开挖施工，基坑进行填土反压，当支护桩桩头或桩身变形及位移较大，桩身发生开裂等情况发生时，采取此措施进行外理，防止险情进一步扩大。

（2）回灌水，当降水井或基坑降水对造成邻近地面严重开裂，挡墙位移较为明显时，应采取回灌水处理，增高变形处地下水位，减少地面及建筑物变形。

（3）垒压砂包、打钢管铺竹架板挡土，对两侧无灌注桩支护处基坑开挖时，受地形限制放坡无法稳定时，采取此措施，确保基坑开挖的放坡处理。

（4）压密灌浆，当变形较大，影响了G107挡墙和桥台稳定，威胁公路安全时，对挡墙下地基及两侧地基进行压密灌浆处理，防止危险进一步扩大，准备一套压密灌浆设备和一套灌浆人员，备足灌浆用水泥及化学胶凝材料。

（5）钢支撑：当桩头变形较大，桩受力不足以抵抗土压力，可考虑采取钢支撑方案，准备4～5套钢梁支撑，支撑宽度为基坑宽度，采用250槽钢制作成钢支撑梁，用以对两侧灌注桩加固处险。

7 结论与建议

（1）对于深大基坑的工程，在土质允许条件下，采用高喷止水与支护桩共同工作，与内支撑方案相比要经济，而且便于土方机械开挖，方便施工，采用各种措施的组合支护，不仅能降低工程造价，而且能够大大缩短工期，是值得推广的一种支护方法。

（2）对于该类支护的设计，在保持一定的水平位移条件下，采用弹性支点法（M法）的力学模型进行设计计算是切实可行的，它不但能够改善桩身受力，大大降低工程造价，同时也能保证基坑的安全。

（3）基坑工程设计前期准备阶段一定要把工程相关资料收集齐全，特别是既有建筑物附近施工的工程，这个问题就显得更加突出。主要包括：既有的地下电力线、通讯线、引用水管、排污管等的设计及布置图等。

（4）对于该类基坑工程，特别是在水位比较浅的情况下，排水显得很重要，因为如果排水回灌处理不好，很容易造成周围建筑物产生不均匀沉降，产生裂缝，必然会造成重大的损失。所以一定要处理好排水问题。

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