临江深基坑支护与降水施工技术的应用

帅 伟(杭州市富阳区水利水电局，浙江 富阳 311400)

临江深基坑支护与降水施工技术的应用

帅 伟
(杭州市富阳区水利水电局，浙江 富阳 311400)

临江河深基坑支护与降水等关键环节能显著影响基坑外围的建筑物尤其是江河堤防的稳固与否.以富春江三山堤加固工程为例，根据水文、地质地形条件，通过计算，采用拉森Ⅳ型钢板桩支护,同时采用在钢板桩外侧设井点降水，基坑内设深井降水进行联合降水，并沿围堰脚设置排水沟，并做好围堰的防渗处理工作.该工程技术在应用中效果良好.

临江深基坑；基坑支护；降水

富春江治理工程——三山堤加固工程(金家桥排涝闸站)位于河道出口处，距富春江主流段约100 m.金家桥排涝闸站设计排水标准为30年一遇，闸站主体建筑物防洪标准为为30年一遇设计，100年一遇校核.闸排流量58.5 m3/s，设置2孔平面钢闸门，单孔单孔净宽4.5 m；机排流量21.4 m3/s，设置5台立式轴流泵(单机功率280 kW)，该工程规模为中等，等别为III等，主要建筑物级别为3级.该工程总体布置(顺水流方向)依次为内江铺盖段、闸站主体段(包括变电及控制室等上部建筑物)、外江消力池段、外江海漫段.其中闸站主体，纵向长13.9 m，闸站基础采用钻孔灌注桩(φ1.2 m，共50根)处理，桩底持力层为圆砾层；内江铺盖段，纵向长20.0 m，铺盖为现浇钢筋混凝土结构，左右翼墙(扶壁式结构)间距净宽36.0 m，墙高10.5 m，铺盖及翼墙底部采用松桩基础；外江消力池段，纵向长度35.1 m，底板为钢筋混凝土结构，左右翼墙(扶壁式结构)间距净宽36.0 m，墙高6.0～10.5 m，底板及翼墙底部采用松桩基础；消力池外20.0 m范围内采用合金笼网兜护底，平均厚1.5 m，宽36 m.金家桥排涝闸站施工，涉及到深基坑开挖，该位置临近富春江(距主流段仅100 m)，且处于砂砾地层，并受周围环境限制，因此，研究如何采取相应工程技术措施进行深基坑的施工成为工程的重要技术难题.

1 水文地质条件与周边环境

1.1 水文条件

根据勘察报告中对地下水的描述，该场地地下水类型为孔隙潜水及孔隙承压水，地下水埋深为0.5～2.8 m.

1.2 地质条件

勘察深度范围内的地基土层，按其成因类型和物理力学性质划分为3个工程地质层和9个工程地质亚层.基坑边坡地层剖面自上而下为：1—1层(素填土)；2—1层(粉质粘土)；2—2层(砾质粘土)；2—3层(粉细砂)；3—1层(淤泥质粉质粘土)；3—2层(中细砂)；3—3层(粉质粘土夹粉砂)；3—4层(圆砾).地质埋深情况(见图1).

图1 地质埋深图

1.3 周边环境

该工程左岸与富阳区江滨西大道景观工程(二期)连接，富阳区江滨西大道景观工程(二期)已提前实施完成，且左岸存在前期未探明的市政雨水管道，右岸靠基坑边缘存在φ1.8m的导流涵管，因此采取明挖放坡的开挖方式受场地限制.

2 工程设计(基坑支护与降水方案)

2.1 设计洪水标准

根据保护对象重要性(金家桥排涝站为3级永久建筑物)，确定临时性挡水建筑级别为5级，工程采用黏土围堰，确定围堰挡水标准为重现期5年一遇洪水.考虑风浪壅高、风浪爬高、安全超高等因素后，挡水建筑物顶高程(内江围堰顶高程7.7m，外江围堰顶高程8.0m)，围堰边坡均为1 ∶1.5，顶宽均为3.0m.

2.2 深基坑支护结构方案

该工程基坑的特点为范围大，左岸、右岸及上游施工范围小，地下水水位高.结合工程的特点，考虑钢板桩支护具有临时挡土、挡水的作用，而且拥有强度高、质量轻、可以重复利用、施工简单，不需要大型施工设备，可实现快速施工等优点，适合在开挖深度较大且地下水位较高的基础中使用，该工程采用拉森钢板桩连续墙进行支护[1].

(1)北侧基坑支护为例计算过程

基坑北侧支护，控制地下水位在-2.6m，悬臂式支护结构计算嵌固深度hd值，按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120—2012规范公式：

hp∑Epj-βγοha∑Eai≥0

(1)

式中：β=1.200；γ0=1.000；hp=3.098 m；∑Epj=1 278.707 kPa；ha=4.316 m；∑Eai=761.946 kPa.

计算得到hd=10.550 m，因基坑底高程为1.4 m，现状堤面标高为4.5 m，确定钢板桩悬空部分长度为4.5-1.4=3.1 m.计算得到钢板桩长度为10.550+3.1=13.650 m.一般钢板桩长度基本尺寸为6 m、9 m、12 m、15 m等，考虑到施工容易，确定本工程钢板桩长度为15 m，hd实际采用值为15-3.1=11.90 m.

抗倾覆安全系数公式:

(2)

式中：Mp—被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定；对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值.

Ma—主动土压力对桩底的倾覆弯矩.

注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算.

Ks=1.243≥1.200,满足规范要求.

抗隆起安全系数计算公式为：

(3)

(4)

(5)

经计算Ks=5.331>=1.15,满足规范要求.

式中：r─桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度，kN/m3；

D─桩(墙)的嵌入长度，m；

Nq、Nc─承载力系数，它们是土的内摩擦角的函数,但不同的计算公式具有各自的承载力系数表达式；

c─桩(墙)底面处土层的粘聚力，kPa；

H─基坑的开挖深度，m；

q─基坑顶面的地面超载，kPa；

φ─桩(墙)底面处土层的内摩擦角，°.

(2)南侧基坑支护为例计算过程

where Wiand Wri(r,i=1,2,3,4)are input connections and recurrent connections of output gate,forget gate,input gate and cell,respectively;Wpi(p,i=1,2,3)are peephole connections;tanh(?)and r(?)are activation functions.

根据公式(1)，取β=1.200；γ0=1.000；hp=2.005 m；∑Epj=301.905 kPa；ha=3.068 m；Eai=163.017 kPa.得到hd=4.700 m，因基坑底高程为1.4 m，现状堤面标高为4.5 m，确定钢板桩悬空部分长度为4.5-1.4=3.1 m.计算得到钢板桩长度为4.7+3.1=7.8 m.一般钢板桩长度基本尺寸为6 m、9 m、12 m、15 m等，考虑到施工容易，确定本工程钢板桩长度为9 m，hd实际采用值为9-3.1=5.90 m.

根据公式(2)计算得到Ks=1.395≥1.200,满足规范要求.

根据公式(3)，式(4)，式(5)计算得到Ks=2.649≥1.15,满足规范要求.

金家桥排涝闸站基坑开挖范围为90 m×70 m，左岸(与市政雨水管和富阳区江滨西大道景观二期工程附近)采用钢板桩长15.0 m，左岸基坑支护断面图(见图2)；右岸(导流涵管附近)采用钢板桩长9.0 m.右岸基坑支护断面图(见图3).

图2 左岸基坑支护断面图 图3 右岸基坑支护断面图

2.3 降水排水方案

该基坑内降水、排水主要包括坑内岩土渗水、施工用水、雨水及外江水入侵等.根据基础埋置深度和拟建场地地层情况，考虑进行井点降水.基坑中心水位需降至槽底以下0.5m，即-8.63m以下，基坑水位降深为6.38m(按地下水位2.25m计算).降水井点位置为基坑开挖中间缓步平台边线外1.50m.

(1)基坑涌水量计算

本基坑属于无压非完整井,且属于岸边降水.计算公式为：

Q=1.366k[(2H0-S)S/(lgR-lgx0)]×
[(H0+0.5r)/H0]1/2×[(2h0-l)/h0]1/2

(6)

式中：Q─基坑涌水量，m3；k─渗透系数，m/s； H0─澘水含水层厚度，m；S─基坑水位降深，m； R─降水影响半径，m；r─基坑等效半径，m； h0—降水层至不透水层的深度，m；l─降水井低至基坑底的距离，m.

(2)井点管间距

井点需要根数计算采用公式：

n=1.1Q/q，q=65πdl×k1/3

(7)

式中：d─滤管的直径,m；l─滤管的长度,m.

井点管间距计算采用公式：

D=2(L+B)/n

(8)

式中：L、B─矩形井点系统的长、宽/m.

经过上述计算，井点间距确定为2.0 m，井点管间距宜为10 m.

本工程由于临近富春江(距富春江主流段约100 m)，且处于砂砾层地基，工程降水要求高.为更好起到降水效果，本工程在井点降水的基础上，再进行基坑内深井降水[2-3].基坑支护与降水平面布置图(见图4).轻型井点管布置间距为2 m，单根长度为6 m，下端1.2 m制作成滤管，管壁上采用梅花形布置小孔.降水深井采用无砂混凝土管，内径为40 cm，外径为50 cm，管外采用铅丝对尼龙滤网布进行包扎，并外加15 cm厚豆子石作为反滤层.为更好地起到降水效果，沿围堰脚设置排水沟，并做好围堰的防渗处理工作[4-5].

图4 基坑支护与降水平面布置

3 周边环境监测及应急措施

3.1 监测的主要内容

结合本工程的特点，按照相关规范，本基坑重点对桩顶水平位移、桩顶沉降，基坑边地表沉降、以及导流涵管及市政雨水管线沉降进行监测.

3.2 监测点布置及监测方法

基准点应设置在变形影响范围之外，并便于长期保存的稳定位置.测点布置原则为：桩顶水平位移沿围护结构轴线每边设2测点；桩顶沉降沿围护结构轴线每边设2测点；基坑边地表沉降沿基坑边坡每边设2断面；导流涵管及市政雨水管线沉降主要集中在临近的新建的排涝闸站位置.监测频次为：基坑开挖时1次/d；主体结构施工时1/3(次/d)；基坑回填1次/周.观测可采取直线法进行，在基坑钢板桩支护深度段开挖前每点进行两次观测的数据为基准数据，以后的观测结果和首次观测结果比较求出测点的水平和沉降位移.

3.3 监测数据分析

本工程基坑开挖深度较大，属深基坑.依据《建筑基坑支护技术规程》3.8.6中条文说明，结合施工经验及现场施工条件，设定工程基坑的水平位移和沉降警戒值为30 mm，变化速率警戒值为3 mm/d.

该基坑水平位移监测点最大位移值为5.1 mm，最小位移值为1.6 mm，平均位移值为2.4 mm；沉降观测最大沉降值为7.1 mm，最小沉降值为0.9 mm，平均沉降值为4.2 mm，均未超过警戒值，位移最大速率也未超过3 mm/d，属于安全范畴.

3.4 应急措施

在基坑开挖及钢板桩施工过程中，由于对原土层的应力平衡造成了破坏，坡面一定会变形，直到达到新的平衡点为止.由于深基坑支护工程具有风险性较大的特点，可能有时会发生意外情况，为做到有备无患，针对工程特点，制定以下5个方面的应急措施[6].

(1)基坑坑顶变形值超过报警值时，采用措施如下：在有条件卸载地段，应采取挖土卸荷处理；当发现坑底土有管涌、流砂、隆起等渗透破坏现象时，应立即采取回填土压脚或用砂袋反压坡脚处理，并及时设二级井点疏干土体[7].

(2)当坑壁出现渗漏水时，应立即用水玻璃、膨胀水泥等防水材料封堵处理，或采用XPM抗渗堵漏剂进行封死.

(3)对沉降及变形过大的坑壁，可以增设一排锚杆进行支护.

(4)储备好防汛物资(如砂袋、水泵、挖土设备等)，现场随时调用.

(5)在台风季节施工时，现场须配备2台大口径水泵，并做好坑周地面排水工作，防止坑内积水.

4 施工注意事项

(1)对钢板桩施工安全与施工质量应严格进行控制，并控制好施工过程中的土方开挖速度，确保施工顺利进行.

(2)由于该位置降水实施难度大，需采取综合降水措施，并加强项目部的现场管理，做好降水施工的人力、物力的组织工作.并充分考虑应急措施，根据阶段降水效果及时对降水方案和参数进行必要的调整[8].

(3)需强化基坑工程的信息化施工，将信息化管理手段应用于基坑施工管理进行指导工程施工.对拉森钢板桩施工期监测反馈的资料进行分析，评判基坑、支护结构、附近建筑物和地下管线的安全稳定性，并预测未来发展趋势.若出现异常情况，及时发布监理工程师指令，督导设计单位和承建单位对拉森钢板桩的施工方案进行调整，确保建筑物基础、支护结构和邻近建筑物等的安全稳定[9].

5 结 语

该工程因临近富春江(距富春江主流段仅100 m)，且所在地层为砂砾石，基坑内地下水丰富，再加上周边环境复杂，经技术可靠性、经济合理性及实施可能性的多方案比较和论证，采用拉森钢板桩支护,同时采用在钢板桩外侧设井点降水，基坑内设深井降水进行联合降水，为更好的起到降水效果，沿围堰脚设置排水沟，并做好围堰的防渗处理工作.从工程的实施效果看，达到了预期目标，对类似该地区地质水文条件的基坑支护与降水设计有一定的参考价值.

[1] 杨 波.临近江河的超深基坑降水控制系统研究[D].上海:同济大学,2005.

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[3] 漆敬群.轻型井点综合降排水系统在深基坑降水中的应用[J].建筑技术开发，2007,34(12):55-56.

[4] 杨雷霞,周勇发.台州地区某工程基坑支护设计与施工监测[J].浙江水利水电专科学校学报,2005,17(1):24-27.

[5] 方保富.SMW工法在南官河套闸基坑支护中的应用[J].浙江水利水电学院学报,2016,28(3):46-49.

[6] 袁 飞,李 岩，施立鑫.临海工程深基坑支护与降水[J].城市地质,2011,6(4):28-29.

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[9] 楼永良.软土地基深基坑围护设计及监测分析[J].浙江水利水电专科学校学报，2001,13(3):7-8.

Engineering Techniques of Supporting and Dewatering for
Riverside Deep Foundation

SHUAI Wei
(Fuyang Water Conservancy and Hydropower Bureau of Hangzhou, Fuyang 311400, China)

The supporting and dewatering of riverside deep foundations are obviously significant to the steadiness of buildings outside the foundation ditch as well as the dike. Based on the dike reinforcement case of Sanjiangdi in Fuchun River, according to the hydrological and geological conditions, the engineering technology is introduced by supporting with IV-shaped steel sheet pile and well-pointed dewatering outside the pile, combining with deep-well dewatering in foundation ditch and draining in cofferdam with perfect anti-seepage treatment, which is proved to be considerably effective.

riverside deep foundation; pit supporting; dewater

2016-09-26

帅 伟(1985-)，男，浙江临安人，硕士，工程师，主要从事水利水电工程规划与建设管理工作.

TV551

A

1008-536X(2017)02-0045-05