某沿海地区临海工程深基坑支护方案比选实例

赵晓旭 （大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东 深圳 518124）

1 工程概况

某工程为南部沿海地区新建污水处理站，场地一侧紧邻海湾，占地约8059.24m2，南北长约72m，东西最长处约167m，现状地面标高约为6.0m（珠江高程系）。规划设计考虑周边环境协调，整个工程主体设计为下沉式，布置有综合池和提升泵房，地上布置绿化。基础拟采用天然地基，要求持力层承载力特征值为180kPa。

根据工艺要求，综合池底板面标高为2.2m，局部为1.8m，埋深在5.0m～5.4m范围，开挖深度标高为1.2m，局部为0.8m。细格栅提升泵房底板面标高为-1.9m，埋深在6.0m～9.0m范围，开挖深度标高为-3.10m，局部为-0.50m。深基坑工程和支护方案设计重点考虑综合池和提升泵房。综合池基坑安全等级为三级，提升泵房为二级。综合池基坑侧壁重要性系数取0.9，提升泵房取1.0。地面超载均不大于20kPa。

2 工程地质和水文地质条件

2.1 场地地层条件

项目岩土工程详细勘察报告显示，场区属于开山填海台地，地势相对平坦，由人工回填块石、砂土和粘土而成。根据岩土层的成因、岩性和状态依次划分如下。

第①层人工填土和块石：广泛分布于场区，呈层状分布。填土为褐灰色/褐黄色，松散，主要由粘性土、砂土及碎石等组成，硬质物含量约占25%。层顶埋深0.00m～1.50m，层厚0.70m～10.70m，平均2.15m。块石为杂色、灰白色，松散，主要由花岗岩、砂岩块石及中粗砂等回填而成，块石含量约60%~80%，直径一般20cm～80cm，致密坚硬。层顶埋深0.00m～3.20m，层厚0.80m～12.50m，平均6.67m。

第②层粉质粘土：于场区内广泛分布，呈层状或似层状分布。褐红色/褐黄色等，可塑。层顶埋深0.80m～12.00m，厚度0.40m～5.15m，平均1.72m。

第③层可塑粉质粘土和硬塑粉质粘土：可塑粉质粘土褐红色，土质较均匀，遇水易软化。层顶埋深10.80m～13.80m，厚度2.20m～2.50m，平均2.35m。硬塑粉质粘土褐红色、褐黄色，土质较均匀，遇水易软化。层顶埋深12.00～15.20m，厚度1.20～1.60m，平均1.37m。

第④层揭露岩性以泥盆系石英砂岩为主，岩石呈灰白色、灰色，细粒结构，厚层状。

2.2 水文地质条件

场区地下水类型主要有上层滞水、孔隙潜水承压水及基岩孔隙裂隙承压水。上层滞水主要赋存于人工填土层，其动态受季节控制，主要接受大气降水及地表人工用水的渗入补给。孔隙潜水承压水赋存于场区第四系上更新统河流相冲积层细砂、粗砂层、卵石层中，主要接受大气降水的渗入补给及上游地下水的侧向补给。基岩孔隙裂隙承压水主要接受上覆孔隙水的越流补给和上游地下水迳流的侧向补给。

根据现场验潮站和港口验潮站提供的同期实测数据，场区海域多年平均海平面为珠基高程系-0.2m，天文潮最高高潮位为1.26m，地质勘察提供的水位在1.1m～2.7m之间。

3 常用的深基坑支护方式

工程实践中基坑支护方案的种类繁多，根据支护结构和支护原理的不同，基本可以分为：坡率法（放坡开挖法）、土钉墙、预应力锚杆+土钉墙、排桩（包括钻/冲孔/人工挖孔灌注桩、搅拌桩、旋喷桩等）、排桩+预应力锚杆、地下连续墙+锚杆、钢筋混凝土（或钢）内支撑等。在沿海或河道工程中，因为水文地质条件限制，常用到有：排桩内支撑支护、钢板桩支护、钻孔咬合桩或者各形式的组合并用。

挡土灌注排桩，是以灌注桩按队列布置组成的支护体系，刚度大，变形小，适应性强，对工作场地要求不高，但造价较高，止水能力较差，且地下水位高于基坑地面时不能单独使用。

排桩内支撑支护，是在各类排桩内侧设置型钢或钢筋混凝土水平撑，以支挡基坑侧壁。受力合理，变形可控，安全可靠，但需要大量支护材料，基坑内施工或会收到一定影响。适用于不易设置锚杆的松软土层及软土地基，常与降水和止水措施结合并用。

钢板桩支护，是采用特制的型钢板桩，机械打入构成一道连续板墙而形成挡水挡土的围护结构。承载力高、刚度大、整体性好、锁扣紧密、水密性强，适用于各种形状基坑及地层，打设方便，施工快速，可回收，可以独立或与其他支护方法结合使用，当地下水位高时应采用降水措施。

钻孔咬合桩，是用旋挖钻机钻孔，桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构，一般为素混凝土桩和钢筋混凝土桩间隔布置。这种支护方式是基于重力式挡土墙的工作原理，利用钢筋混凝土桩抵抗坑壁土主动土压力，素混凝土咬合形成止水帷幕，承载力较大，对水平支护要求不高，尤适合于淤泥质含水量高的地层，狭窄场地垂直开挖的基坑。

灌注桩组合水泥土桩支护，是在基坑周围按一定间距布设灌注桩，而后紧靠灌注桩内侧与外径相切或相交设置高压水泥旋喷桩，组合形成一道具有一定强度的防水帷幕，起到挡土、防水、抗渗的作用。灌注桩承载力高、抗弯能力强，桩间水泥土桩结合体防水抗渗好，二者组合后就具备承载力高、刚度大、防水性好、施工相对快速、造价相对较低的特点。地质条件差的淤泥和流砂土层，地下水位较高的深基坑开挖适用，但所有支护均不可回收。

表1

表2

钢管桩与水泥土桩组合支护，是采用钢管桩为主要支护，机械打入地下，受力高部位可以适当加固，如增设防滑型钢，钢管桩布设后在管内灌砂压实。而后在钢管桩靠基坑外侧相切布置高压旋喷桩，共同形成止水帷幕。这种支护方式与灌注桩结合水泥土桩组合支护相比，用钢管桩代替了混凝土灌注桩，具有机械打入施工速度快、钢管桩材料可回收的特点。

钢管桩与钢板桩组合支护，是在钢管桩两侧焊接连接槽钢，打入后与钢板桩相互咬合连接形成组合体，既增大了支护构件的刚度，也通过钢板桩咬合紧密的优点形成防水帷幕，能有效防水，机械化施工进度快，基本上可以全部回收利用。适用多种地质条件，适用于工期紧、受气候影响大的地区和季节。

4 设计方案比选

基坑支护方案的确定需要考虑诸多因素，如工程位置、地下水、地质条件、周边建筑、管线、道路等，经常与降水或止水方案综合考虑，采用单一支护方式不能满足要求时，还需多种方案结合并用。基于上述原因，设计人员应基于安全、合理、经济、施工简便的原则等因素进行各种方案的比较，从中选定最优方案。对于本基坑工程，根据实际初步选出几种方案，再从安全、造价、工期等方面进行比较，最后选定最优支护方案。

4.1 综合池基坑设计方案

4.1.1 方案一

采用大放坡开挖，放坡坡率为1∶0.75，开挖面底标高为1.20m，局部0.8m，与天文潮最高潮位1.26m相近，基本满足干开挖要求。由于场地为回填块石土组成，放坡开挖时造成坡面不平坦需进行喷水泥砂浆护面。基坑顶面及底面周边均设500×500截水沟，施工时应做好排水措施。基坑开挖土石方应随挖随运，并应分层分段限时挖土。

4.1.2 方案二

采用施打12m密扣拉森钢板桩支护（悬臂形式），钢板桩从现状地面施工。因地下有块石，施工时必须先引孔。

4.1.3 方案比选（见表1）

4.2 提升泵房基坑设计方案

4.2.1 方案一

采用密排冲孔灌注桩，内加一道内支撑支护形式，桩间做双管高压旋喷桩止水。根据结构设计，大放坡至标高1.2m，而后进行直径为800mm密排冲孔灌注桩挡土支护，桩长约10.0m，止水帷幕采用直径800mm的双管高压旋喷桩，桩长约8.0m，灌注桩及旋喷桩均进入不透水层。旋喷桩施工时需进行引孔，灌注桩施工发生塌孔时，需设置钢护筒进行处理。

4.2.2 方案二

先降土，而后做钢筋混凝土地下连续墙内加一道内支撑支护形式，连续墙深度进入不透水层。连续墙施工时，需用冲孔穿越块石层及岩层。

4.2.3 方案三

直接在地面做钢筋混凝土地下连续墙内加二道内支撑支护形式，连续墙深度进入不透水层。连续墙施工时，需用冲孔穿越块石层及岩层。

4.2.4 方案比选（见表2）

4.3 结论

通过上述在工期、造价、施工工艺等多方面的方案比较，综合池推荐方案一，即采用放坡大开挖；提升泵房推荐方案一，即采用密排冲孔灌注桩挡土内加一道内支撑支护形式，桩间做双管高压旋喷桩止水。

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