深圳世界大学生运动会体育中心游泳馆基坑工程深基坑支护工程设计实例

方山耀，黄 丽，李鹏程

(武汉地质工程勘察院，湖北武汉 430051)

0 引言

土钉墙支护一般适用于地下水位以上或进行人工降水后的可塑、硬塑或坚硬的黏性土，在填土、松散砂土、软塑或流塑土、软土中的应用存在一定的困难，与止水帷幕的配合使用时，扩大了土钉墙支护的使用范围。与其他支护方法比较，其支护安全系数高，施工文明，受到社会的广泛关注，在城市中的应用将会越来越广。同时，由于各地区地质条件差异较大，土钉支护施工工艺各有不同，这就要求在具体施工时，特别是在复杂周边环境和场地情况下，灵活运用土钉支护技术，扩大其使用范围，并不断对土钉支护技术加以改进和创新，从而使其设计机理和施工工艺更趋完善。

1 工程概况①

深圳世界大学生运动会体育中心位于深圳市龙岗区奥体新城。体育中心由主体育场、热身赛场、体育馆、游泳馆及设备房、地下停车场、人工湖、中水收集池等构筑物组成，总用地面积0．520 45 km2，建筑正负零标高为50．40 m，基坑工程的主要参数如下:

场地地面局部整平标高48．80 m(－1．60 m)。环境高程为 55．40 m(5．00 m)，底板标高 =49．30 m(－1．10 m)、45．90 m(－4．50 m)、43．10 m(－7．30 m)、41．90 m(－8．50 m);底板底标高(含垫层)=48．80 m(－1．60 m)、45．10 m(－5．30 m)、42．30 m(－8．10 m)、41．20 m(－9．20 m);承台底标高 41．50 m(－8．90 m);基坑支护设计至底板底:深度3．70 ～7．30 m，即45．10 m(－5．30 m)、42．30 m(－8．10 m)、41．50 m(－8．90 m)、41．20 m(－9．20 m)。基坑最大开挖深度14．20m。

基坑面积 18 722．725 m2，基坑周长 638．536 m。

拟建场地位于龙岗中心城黄阁路以西，龙翔大道以北，如意路以南。属于低丘陵地貌单元，地势开阔而略有起伏。

2 场地岩土工程条件

2．1 地层岩性

场区范围内出露地层主要为石炭系测水组(C1c)碎屑岩系(主要岩性为泥质粉砂岩或钙质砂岩)及石炭系石磴子组(C1s)灰岩等，松散层则以耕植层(Qpd)、第四系冲洪积层(Qal+pl)、第四系坡积层(Qdl)及第四系残积层(Qel)和第四系人工填土层(Qml)为主。现从上至下按场区分述如下:

①素填土(Qml):场地东南部主要由碎块石混少量瓦砾、砖头等建筑垃圾回填而成，局部含生活垃圾，西北部主要由坡残积的含砂粘性土回填而成，局部夹少量碎块石，碎块石的成分为开山挖方的中—微风化泥质粉砂岩。色杂，稍湿，未经处理，呈松散状态。层底标高42．66 ～49．87 m。

②含砂粘性土(Qal+pl):灰黄、灰褐、褐红、褐黄色，含砂量20%左右。湿，呈软—可塑状态。该层顶部相变为含粘性土粉细砂，灰黄色，稍湿，呈松散状态，该层层厚1．30 ～7．50 m，平均3．85 m，层顶标高43．59 ～49．26 m，层底标高38．66 ～46．86 m，平均42．34 m。

③含粘性土细砂(Qal+pl):局部为含粘性土中粗砂。灰黄、灰白色为主，个别地段因含有机质成分呈现灰黑、灰褐色，湿—饱和，以松散状态为主，局部稍密—中密。该层层厚0．70 ～8．30 m，平均3．55 m，层顶埋深0．00 ～6．80 m，层顶标高 42．48 ～47．41 m，层底埋深 2．20 ～11．90 m，层底标高35．91 ～44．42 m，平均41．57 m。

④ 含砾粉质粘土(Qdl):褐红、褐黄色，不均匀，含砂砾，砂砾的成分为强—中风化状的泥质粉砂岩，其次为石英砂。稍湿—湿，可塑—硬塑状态。层厚1．90～7．50 m，层顶埋深0．30 ～3．60 m，层顶标高45．30 ～49．87 m。

⑤ 粉质粘土(Qel):褐红、褐黄、棕褐、灰白色，由石炭系测水组泥质粉砂岩等风化残积而成，原岩结构可以辨认，稍湿—湿，呈可—硬塑状态，底部靠近微风化灰岩面由于地下水的作用大多呈软—可塑状。该层干强度较高，韧性较高，粘性强。由于原岩矿物成分不同造成风化不均匀，大多夹块状强风化泥质粉砂岩，局部夹中风化泥质粉砂岩，个别地段夹薄层微风化灰岩 (探头石)。该层层厚0．60～57．60 m，场地东南部原冲沟地段厚度一般为5～10 m之间，西北部原残丘地段厚度变化较大，一般在7～25 m之间，59号钻孔地段＞57．6 m。层顶埋深0．20 ～11．90 m，层顶标高35．91 ～49．01 m。

场地下伏基岩为石炭系下统测水组粉砂岩、泥质粉砂岩、炭质泥页岩等以及石磴子组灰岩。测水组碎屑岩按其风化程度可分为强、中、微三个风化带，灰岩只有微风化。

2．2 水文地质条件

孔隙潜水主要赋存于第四系人工填土层中，其次赋存于冲洪积层、坡积层、残积层、全风化及土状强风化中。基岩裂隙水赋存于块状强风化、中、微风化泥质粉砂岩基岩裂隙中。岩溶水赋存于溶蚀裂隙及溶洞、土洞中。

场地人工填土层为中等透水性地层，灰岩岩溶裂隙及中、微风化岩裂隙发育且连通性较好时为强透水性地层，场地其余均为弱透水地层。勘察期间测得第四系地下水位埋深为0．0 ～3．20 m，平均0．5 m，标高介于44．94 ～53．17 m，平均46．93 m。2号钻孔岩溶裂隙水水头高出地面2 m，标高为52．17 m，钻孔涌水量43．2 m3/d。

2．3 基坑周边环境条件

基坑位于场区的西北部，临近大运路和龙兴路，建筑场地环境空旷，周边无地下管线。

2．4 设计主要参数

根据岩土工程勘察报告、《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》(SGJ05—96)［1］以及有关工程经验，基坑支护设计有关参数取值见表1。其中填土层为经强夯处理后强度指标。

2．5 周边荷载参数

本场地周边无建筑，临时荷载取15 kPa，作用于自然地面。

2．6 地层概化参数

由于基坑周边整平高程、可利用边宽、周边地层埋藏深度都有较大的差异，为节省投资及尽可能准确设计，将游泳馆地下室基坑边坡划分为10个计算剖面。

3 基坑支护设计

3．1 设计难点

本基坑开挖深度大，高差达13．90 m，基坑壁和底部有含水的流砂层，局部含有淤泥。

对基坑有影响的主要是上层滞水、潜水和岩溶水。

填土中上层滞水量小，可采取明沟集水井排水，放坡开挖施工时采取分段开挖引流措施，一般能保证开挖顺利。

潜水一般分布在土、砂层中，由于渗流易引起流砂，故采取水泥搅拌桩隔渗，少量基坑内的潜水在放坡开挖施工时，采取分段开挖引流措施，一般能保证开挖顺利。

本场区岩溶发育，地下水丰富，水位高，对基坑影响大。承压水头高出基坑底最大有10余米。存在基坑局部涌水的危险。

表1 基坑支护设计参数Table 1 Design parameters of foundation pit support

图1 基坑支护平面图Fig.1 Planar graph of foundation pit support

3．2 支护方案的选定

根据上述条件，笔者拟定了多种方案进行分析比较，以期找出最佳的技术和经济结合点。采取水泥土搅拌桩复合土钉墙支护技术，使减压井降低地下水水头。

在基坑底部、顶部设排水沟，采取明排的方式，将基坑内积水排出坑外，减少大气降雨流到基坑。具体设计如下:

(1)坡面导水管 支护结构坡面设置导水管，以便引排坡体中的地下水，降低因降雨引起的地下水水位升高，从而避免支护坡体水压力过大而影响支护结构安全。导水管水平向间距3 m，垂直坡面间距2 m，呈梅花形设置。

(2)水泥土搅拌桩 单排布置，复喷复搅，桩径0．55 m，桩距0．4 m，相互咬合150 mm，水泥为 P0．32．5，水灰比 0．45 ～0．55，喷浆压力≥1．0 MPa，水泥土强度≥1．0 MPa，水泥掺入量为75 kg/m，掺入比约为17%左右，桩长应嵌入第④或第⑤层不透水层1．5 m，桩顶低于自然地面时先开挖桩顶土方，后施工搅拌桩。

(3)减压井 减压井共布置10口，在南北两侧各布置5口井，沿基坑底边线布置，距基坑底边线0．3 m，平面位置分别在南侧H点东7 m、西3 m、西13 m、西23 m、西33 m;北侧E点东7 m、西3 m、西13 m、西23 m、西33 m。

(4)排水沟 坡顶、坡脚均设置一圈排水沟，尺寸为:300×300×300(顶宽×底宽×高，单位mm)，坡脚排水沟汇集支护面排出的水及坑底积水，坡顶排水沟拦截坡顶雨水，并用于接受坑底抽水。排水沟主要以明沟形式排泄，基坑顶四周排水沟范围以内采用挂网喷砼与坡面喷砼连成一体，以防地表水渗入。排水沟采用砖砌构造，沟底铺5～8 cm厚砂浆找平后砌筑，沿排水流向，沟底水力坡降0．1% ～0．5%。

(5)集水井 基坑底部和顶部设一定数量的集水井(具体数量和位置根据现场实际情况确定)以汇集坑顶坑底排水沟滞水，尺寸800×800×1 000。集水井采用砖砌构造，砂浆抹面。基坑底部集水井用于抽水，顶部集水井兼作冲刷坑使用。

(6)基坑积水的抽排 汇集于集水井的积水通过水泵向坑顶抽排，每个集水井中设置污水泵1台，要求泵口径 ＞0．067 m，扬程 ＞15 m。

3．3 基坑分段及支护设计

游泳馆基坑分10个计算剖面，详见图1，支护设计采用《理正岩土计算》软件5．11版。有搅拌桩地段均采取先开挖后施工搅拌桩。

(1)B2-B3-C1-C、B2-C剖面土钉墙加放坡开挖B2-B3-C1-C、B2-C剖面段建筑设计为二阶，坡高7．30 m，坡顶平均荷载设计值为15 kPa。坑壁为砂土，分二阶开挖，第一阶 B2-B3-C1-C段，坡高3．70 m，重直开挖，采用单排水泥搅拌桩加土钉支护，搅拌桩长8．3 m，桩芯插入长5．5 m的48钢管，加3排长5 m的压浆钢花管型土钉支护，土钉与水平面夹角10°，横间距1．2 m，纵向间距1．0 m。平台宽13．20 m;第二阶坡高3．60 m，B2-C段坡率1∶0．5，坡面采用3排长4 m的土钉挂网护面，土钉与水平面夹角15°，横间距1．2 m，纵向间距1．0 m。

(2)C-D、E-E1-F段剖面复合土钉墙支护 C-D、E-E1-F剖面段设计为二阶，坡高7．3 m，坡顶平均荷载设计值为15 kPa。第一阶坡高2．60 m，采取放坡开挖，坡率1∶1;第二阶坡高4．7 m，坑壁为砂土，垂直支护，桩顶平台宽1．0 m，采用单排水泥搅拌桩加土钉支护，搅拌桩长6．5 m，桩芯插入长5．5 m的48钢管，设置4排长7 m的压浆钢花管型土钉，土钉与水平面夹角10°，纵横间距1．2 m。

(3)G1-H-H1剖面复合土钉墙支护加放坡 G1-HH1剖面段坡高7．3 m，坡顶平均荷载设计值为15 kPa。采用水泥搅拌桩复合土钉墙支护，二阶放坡，第一阶桩顶2．0 m放坡开挖，坡率1∶1．0，坡面采用非注浆土钉挂网护面，桩顶平台宽1．0 m;第二阶坡高5．3 m，垂直开挖，采用单排水泥搅拌桩加土钉支护，搅拌桩长7．0 m，桩芯插入长6．0 m48钢管。4排长7 m的压浆钢花管型土钉，土钉与水平面夹角10°，纵横间距1．2 m。

图2 典型地段剖面图Fig.2 Profile of typical area

3．4 土钉及砼面层设计

(1)喷锚支护施工步骤:基坑开挖—削坡—喷底层砼—土钉孔定位、成孔—安放土钉杆体—灌浆—吹洗坡面—编网—喷表层砼—砼养护。

(2)严格分层开挖，不可超挖和欠挖。开挖削坡后立即喷底层砼，每开挖一层施工一排土钉，分层开挖高度详见图2。

(3)喷锚支护应分段施工，每段施工长度≤20 m，并采用间隔跳槽施工。

(4)基坑喷锚支护面板厚度为100 mm，土方开挖并修整坡面后立即喷射第一层砼厚30 mm，挂网后再喷射砼厚70 mm。土钉墙面层砼强度等级为C20，砼重量配比拟采用:水泥∶砂子∶砾石 =1∶2∶2．5(通过配比试验确定实际配比)，水泥用P0．32．5普通硅酸盐水泥。

(5)钢筋网片可用焊接或绑扎，网格允许误差为±10 mm，钢筋网铺设时每边搭接长度不少于200 mm，若焊接则不少于网筋直径的10 d。

(6)压浆钢花管型土钉，与水平夹角10°，采用钢花管材料Q235，直径48 mm，壁厚3．25 mm，间隔0．5 m设一道喷浆孔，孔口焊接角钢保护，角钢与锚管呈15°夹角、倒刺形，角钢采用 Q235，L40，壁厚2．5 mm，长80 mm，头部与加强钢筋216横向焊牢。为增强面层与土钉、锚杆的连接，设置2根长400 mm16钢筋两边焊牢，土钉外露≥80 mm，按间距1 200(横向)mm×1 200(纵向)mm密度设置。网筋采用6钢筋，间距为200×200。土钉灌浆材料采用纯水泥浆，水灰比0．4～0．5，灌浆为压力注浆，注浆体应饱满密实。

(7)钻机成孔钢筋注浆全粘结型土钉。孔径100 mm，与水平夹角15°，植入 HRP335级25钢筋，头部与纵横加强钢筋116焊牢。加强筋与土钉的连接应采用“L”形羊角筋加强，一边焊接在杆芯上，另一边焊接在加强筋上，每个节点纵横各二个。

(8)放坡段按设计坡率放坡后，采用8#钢丝，间距200 mm×200 mm，加强筋12，纵向间距1 200 mm×1 200 mm，土钉长1 000 mm，为非注浆型土钉，垂直地面打入，顶部与加强筋焊接，喷砼50 mm。

4 结束语

本基坑工程已竣工2年多，基坑边坡位移得到有效的控制，基坑开挖运行全程进行了变形监测，至全部回填，最大水平位移48．6 mm，最大累积沉降50．4 mm。复合土钉墙在止水方面也有较好效果，在基坑开挖至坑底标高的过程中未出现漏渗水现象。此工法比桩锚支护或桩撑支护节省了50%以上的费用，取得了较好的经济效果，质量得到了保障。对于坑壁存在流砂或淤泥的情况下，基坑支护形式可采用复合土钉墙，它能有效地减少搅拌桩墙体的宽度，仅双排搅拌桩就能有效地止水止淤，在搅拌桩中插筋能有效地增加桩体的抗弯及抗剪能力，弥补土钉墙围护在侧向抗弯及抗剪能力中的不足，并产生较好的经济效益。对于有一定覆盖层的承压水可以采取减压井降低水头即可。此工程实例为类似基坑围护施工提供了借鉴。

［1］ SGJ05－96，深圳地区建筑深基坑支护技术规范［S］．