浅谈某核电站核岛基坑边坡支护及监测

文/董林博、刘霖 中核工程公司福清核电项目部 福建福清 350318

1、工程概况

该核电站核岛厂房基坑开挖最大深度为18.6m，最小开挖深度为4.8m。基坑长度约167m，宽度78m，基坑支护主要包括核岛厂房基坑边坡、常规岛厂房基坑边坡和汽车坡道两侧边坡，需支护处理的总面积约7000m2。

工程开挖深度范围内，主要分布着浅肉红色、深灰色的第⑤层花岗片麻岩，上部以强风化、全风化岩为主，下部以中风化和微风化岩为主，局部全风化、强风化、中风化从上至下交替出现，部分地段夹存着第⑥层灰绿色的斜长角闪岩。

2、深基坑边坡支护施工技术

核岛深基坑边坡支护施工过程中，施工单位在充分考虑现场地质条件、基坑支护的难易度、施工成本、施工工期、施工质量、安全等因素的前提下，在与设计方、总承包方、监理单位以及建设单位沟通后，决定采用预应力筋张拉和封锚施工技术、土钉墙支护施工技术、锚喷支护施工技术相结合的方法。

2.1 核岛厂房基坑边坡支护技术

核岛厂房基坑开挖深度18.6m，基坑地质状况比较复杂，在深度范围内上部为强风化层，下部进入中风化层。根据不同地质条件及现场安排，反应堆厂房、乏燃料厂房基坑边坡采用预应力筋张拉和封锚施工技术、土钉墙支护施工技术、锚喷支护施工技术相结合进行处理，核辅助厂房采用土钉墙支护施工技术进行处理，方法如下：

2.1.1 第一段基坑支护方法

第一段基坑与综合管廊相连接挖通，综合管廊挖深5.25m，故此段实际支护高度为13.35m，根据地勘报告显示，上部有1～2m的强风化层，余下部分已基本进入中风化层，支护方法为：上部2.65m范围采用1：0.76放坡且采用锚喷处理，下部10.7m采用预应力筋张拉和封锚施工技术和土钉墙支护施工技术相结合处理。

1）预应力锚索、土钉设计

锚索设计在基坑深度9.75m、13.75m深度处的位置，锚索孔径设计为φ100mm和φ90mm，采用压力型工作方式，全长注浆，每根锚索设计最大破坏轴力为480KN，实际计算拉力255KN，施加预应力的值为200KN。

锚索端部采用一根18#槽钢连接，压在面层钢筋网靠近基坑内一侧，与喷射混凝土面板合为一体，锚头端部用100×150×15mm钢板压住槽钢，钢板外用锚具锁定。对所有外露的铁件喷射30mm的混凝土，强度等级为C20。具体锚索及土钉支护参数如表1。

表1 第一段锚索与土钉支护参数表

2）竖向方桩设计

基坑面竖向方向两道锚索间采用一根400×400方桩连接，方桩两端在长度方向均超出锚索0.5m，全长为5m，方桩间距3m。施工时，将坡面开挖出竖向的400×400沟槽，绑好钢筋，采用喷射混凝土浇注，强度C25。方桩钢筋采用8根HRB335φ18钢筋，箍筋采用HRB235φ8钢筋，间距200mm。

3）面层参数设计

面层采用钢筋网喷射混凝土处理。方桩顶面以上4m，底面以下范围，采用HRB235φ6钢筋网间距200х200mm，喷射混凝土80mm厚进行处理，土钉水平向用HRB335φ12钢筋焊接，坡顶卷边1m宽。腰部方桩长度方向5m范围内采用HRB335φ12钢筋网喷射混凝土100mm厚进行处理，土钉水平向用HRB335φ12钢筋焊接。喷射混凝土强度为C20。

2.1.2 第二、三、四段基坑支护方法

第二、三段基坑挖深为12.1m，开挖坡度为1：0.3，第四段与进入基坑内的汽车坡道平行，距离汽车坡道边沿5.5m，汽车坡道上升的坡度大约为10%；基坑的边坡是从3m到7.5m逐渐递增，此段采用1：0.4放坡，基坑支护方法采用土钉墙支护施工技术。

采用水平间距、垂直间距都为2m、长度为3m的HRB335φ12的土钉，坡面采用HRB235φ6钢筋网间距200х200mm，喷射C20混凝土80mm厚进行处理，土钉水平方向用φ12钢筋焊接。

2.1.3 第二、三段基坑支护方法

根据地勘报告显示，第二、三段上部只有2～3m的强风化层，大部分为中风化层，经过钻孔取样分析，强风化层埋深约在6～8m左右，边坡坡度为1：0.2，故此段上部采用预应力筋张拉和封锚施工技术下部采用土钉墙支护施工技术。

锚索设计在绝对标高为-4.9m、-7.9m、-10.9m处的位置，锚索孔径设计为φ100mm、φ90mm，采用压力型工作方式，全长注浆，每根锚索设计最大破坏轴力为480KN，实际计算拉力380KN，施加预应力的值为250KN。锚索端部采用一根18#槽钢连接，压在面层钢筋网靠近基坑内一侧，与喷射混凝土面层合为一体，锚头端部用100×150×15mm钢板压住槽钢，钢板外用锚具锁定。锚索与土钉设计参数如表2。

表2 第四段锚索与土钉支护参数表

（2）竖向方桩设计

基坑面竖向方向两道锚索间采用一根400×400方桩连接，方桩两端在长度方向均超出锚索0.5m，全长为7m，方桩间距3m。施工时，将坡面开挖出竖向的400×400沟槽，绑好钢筋，采用喷射混凝土浇筑，强度等级为C25。方桩钢筋采用8根HRB335φ18螺纹钢筋，箍筋采用HRB235φ8钢筋，间距200mm。

（3）面层参数设计

方桩顶面以上2.5m、底面以下范围，采用HRB235φ6钢筋网间距200х200mm，喷射混凝土100mm厚进行处理，土钉水平向用HRB335φ12钢筋焊接，腰部方桩长度方向7m范围内采用HRB335φ12钢筋网间距200х200mm，喷射混凝土100mm厚进行处理。喷射混凝土强度为C20。

3、监测设计

施工单位在基坑边坡支护施工完成后，为了随时能掌握边坡土体变形情况、支护施工质量情况，确保在基坑内施工安全，进行了边坡位移及沉降监测、锚索和土钉的内力监测。具体的监测方法如下：

3.1 位移监测

沿基坑周边共设立8个水平位移观察点，用以观察基坑边顶端的水平位移， 采用精密经纬仪按照视准线法进行测量。可在相应测点钻孔1m深，插入一根直径20mm的钢筋，孔中灌注水泥浆，钢筋外漏10cm，顶部用钢锯锯一“十”字刻痕。

水平位移的观测可提供基坑边坡的水平变形量、变形速率和变形分布信息，进而可分析基坑边壁的稳定性。基坑水平位移预警值为0.3%，不同深度水平位移预警值统计表如表3。

表3 不同深度水平位移预警值统计表

3.2 沉降监测

在基坑第二段及第四段中间位置设立两个沉降观察点。沉降监测采用光学水准仪进行测量。沉降位移观测点，可在相应测点钻孔1m深，插入一根直径20mm的钢筋，孔中灌注水泥浆，钢筋外漏10cm，顶部刻“十”字刻痕。边坡不同深度位移监测数据由现场报给设计，由设计进行确认是否合格。

3.3 锚索、土钉内力监测

在基坑第一段锚索支护段中间位置，分别设置一组锚索内力测试传感器，用来监测土钉、锚索的内力工作状态。

基坑监测中锚索内力监测值可根据设计计算书中的计算值进行对比，实际值等于计算值时要立即通知设计人员，并且立即停工。

土钉、锚索内力监测采用与设计的土钉、锚索轴力大小相一致的钢弦式测力计，设置时将测试传感器压在锚头和钢垫板之间，测量信号通过导线输出到地面，用专门的接受仪器。土体不同深度位移检测采用测斜仪（航天工业总公司三院出产的CX-01测斜仪）。

测斜管采用直径φ71制式测斜管，测量时通过一种专用的以石英挠性加速度计为敏感元件的滑动式测斜仪顺入测斜管中，它可以把被测物体变形量的大小和变形方向，以电压形式的信号输出，通过测斜仪连接的导线输出到地面的接受仪器。安装时先在相应测点钻一直径为100mm的钻孔，将测斜管放入孔中，测斜管十字导槽与基坑边垂直，然后灌注水泥浆固定。

3.4 监测频率

测斜管埋设、地面沉降与地面水平位移观测的布点工作应与基坑开挖放线工作同时进行，并在基坑开挖第二层土体前进行一次测量，建立所有测点的初始数据，这样可以避免太多的干扰，在开挖过程中根据施工进度每开挖一层、每天观测一次。

锚索内力的测试工作在开挖和支护过程中进行。在开挖过程中根据施工进度每开挖一层、每天观测一次。

监测工作在基坑开挖与支护结束后维持一个星期,一个星期后按照每月观测一次，直至基坑回填。

结论：

“ 喷锚支护技术”应用于深基坑边坡支护，由于其经济、快速、安全可靠等优势，近10几年来得到了高速的发展，但同时也看到，由于岩土介质的不均匀性，和“喷锚支护技术”的不确定性，以及其理论研究远远落后于实际应用的现状，工程事故也在不断的发生，特别是在软土地区及高含水地区，该技术的应用受到了很大的限制，不断发生的工程事故也对该技术的推广留下了很多阴影，针对这些事故进行原因分析，不难发现主要由“喷锚支护技术”选择不当和不重视边坡监测引起的。

该核电站核岛深基坑边坡支护在工程期初就与设计方、总承包方、监理方、和建设方进行多次讨论、协商，并邀请外部专家进行评审、论证，确定最终实施方案；同时工程从策划到完工整个过程都严格按照设计及规范要求进行基坑监测，为工程施工安全提供了保障。