武汉市某深基坑项目的支护降水方案优选与应用研究

2024-03-13刘强武汉联投置业有限公司湖北武汉430212

中国房地产业 2024年7期

关键词：承压水深基坑降水

文／刘强武汉联投置业有限公司湖北武汉 430212

引言：

随着城市化进程的不断推进，复杂环境下的深基坑工程越来越多，在复杂的环境条件下，对深基坑的支护方案的选择也相应提出了更高的技术和经济要求，基坑支护不仅要满足施工地下结构时的技术可行性和安全性问题，同时要具备一定得经济性要求。

自20 世纪40 年代国外学者开始研究基坑工程中的土体稳定和荷载大小开始，国内外有大量的学者对深基坑工程开展了一系列的研究，大量的研究主要集中于对深基坑支护的设计、施工、监控等方面的研究，具体主要着重于以下几个方面：

（1）深基坑支护的设计方面主要针对支护结构的内力进行分析研究，主要是通过对比分析来研究某一种具体支护方案各个参数的确定及其适用性、安全性；

（2）深基坑支护的施工方面主要分析研究深基坑施工的安全技术方案和施工要点；

（3）深基坑支护的监控方面主要分析研究深基坑支护的监控结果及其变形的控制，以及分析深基坑临近敏感建筑物、地下管线等情况下通过对沉降量等数据的监测分析其对周围环境的影响；

（4）深基坑支护结构的风险分析。

本文以武汉某深基坑为背景，探索针对具体的水文地质情况，进行深基坑支护方案的确定及实施的系统完整分析，并结合现场监测信息的反馈，评价本文支护方案的有效性，以期为类似工程的支护方案的选择与实施提供指导。

1.工程概况

本项目拟建建筑物设计概况如表1 所示。

图1 建筑剖面图

表1 拟建物结构特征及参数

1.1 场地周边环境

拟建场区施工区周边环境如下：场地整平标高-1.800，基坑处自然地面标高-4.100；基坑北侧：临近施工道路施工生活区，根据施工现场布置，支护距离道路最近约0.5m，距生活区最近约13.0m；基坑东侧：邻近某20 层住宅楼，与支护距离最近约8.7m；基坑南侧：邻近两栋5 层砖混建筑，与支护边线距离最近约8.1m,其自然地面比场区内地面低约1.0m；基坑西侧：邻近某市政道路及地铁线路，支护距离道路中线最近约33.1m，距离轨道交通控制线2.05m。

1.2 场地岩土工程地质条件

拟建场区位于长江Ⅲ级阶地古河道地段，微地貌单元为冲积平原区。根据勘探成果，结合室内土工试验成果报告，各土层分布情况分述如下：

（1）杂填土：该层广泛分布于整个拟建场地，成分以新近堆填建筑生活垃圾为主，结构紊乱，松散，局部混夹少量粘土，工程力学性质差，不能作为基础持力层。

（2）粘土：主要位于原湖塘地段，少量分布，呈灰黑色，多为软塑状态，工程性能较差。

（3）粘土：该层为硬塑状态的老粘性土，场地均有分布，厚度一般为20m 左右，底部约2～3m 呈褐红色，并夹少量碎石。该层承载力高、压缩性低，工程性能良好。

（4）粘质砂性土：该层为古河道地层，以粉细砂为主的混合土，承载力一般、压缩性中等，有一定厚度，可考虑作为纯地下室部分基础持力层。

（5）含卵砾石粘质砂性土：该层亦为为古河道地层，场地均有分布，厚度较大，主要以可塑状粘性土、细中砂混少量卵砾石为主，部分钻孔揭示该层底部夹有石英质滚石。其工程性能相对较好，可考虑作为纯地下室部分的桩基础持力层。

与基坑支护设计相关地层的岩土设计参数如表2 所示。

表2 基坑支护设计参数表

1.3 水文地质条件

场地地下水主要分为三种，一是赋存于杂填土中的上层滞水；二是古河道中含粉细砂、卵砾石土层中的承压水；三是下部基岩中基岩裂隙水和岩溶水。上层滞水主要由地表水源、大气降水和生活用水补给，因场区地势相对处在较低洼地段，上层滞水水量受环境因素影响较大；古河道中含粉细砂、卵砾石土层中的承压水及基岩中基岩裂隙水和岩溶水均具有承压性，存在一定补给关系，承压含水层静止水位绝对标高15.460m（坑底绝对标高13.100 m～14.300m），其渗透系数为1.35m/d。

1.4 本基坑工程特点

（1）基坑开挖深度较深：开挖深度为整平后自然地面下12.90m～16.40m，基坑深度较深。

（2）基坑周边环境复杂。基坑贴近四周均贴近既有建筑物，场区内存在既有地下人防，其对支护施工、基坑及环境安全均构成潜在不力影响，环境保护要求高。

（3）基坑周边存在煤气管线，基坑西侧有一煤气管线分布，距离支护最近约1.82m，二期基坑进入地铁影响范围线，距离轨道交通控制线最近约2.05m，对基坑控制变形要求非常高。

（4）本基坑施工场地狭小，施工场地安排较为困难，需将整个基坑分期设计施工，利用后施工区域作为先施工区域的施工场地，如图2 所示。

图2 基坑分区示意图

（5）场地内土质良好，有利于基坑支护。

2.基坑支护方案选择

（1）本深基坑工程位于市区，基坑开挖深、周边环境复杂。必须确保支护结构万无一失，确保支护结构能够承受开挖后最大限度的主动区土体和周边一切动、静载荷所产生的土压力。

（2）基坑周边分布有建筑。这些建（构）筑物均对过大的沉降和差异沉降敏感。因此，支护设计必须严格控制支护结构的水平变位，控制地下水治理措施对周边环境造成的固结沉降或地层损失所引起的地面变形，基坑支护必须保证周边建（构）筑物的安全。

（3）在满足安全可靠的前提下，优化支护设计方案，努力做到施工便捷、经济合理。

结合各方面要求和本基坑特点综合考虑，本基坑重要性等级为一级，按强桩强撑的原则，采用钻孔灌注桩+两道钢筋混凝土撑的支护方案，内支撑构件主要采用角撑梁、梁边桁架形成平面支撑桁架，立柱为钢格构立柱，在各钢立柱与钢筋混凝土底板的连接处要设止水钢板，如图3 所示：

3.地下水控制

3.1 上层滞水处理

在基坑四周距坡顶1.0m 处修筑一条排水沟，混凝土浇筑，按3%坡率流入集水井中，统一排入市政排水系统；基坑底部内沿坑底四周设置一条排水沟，采用砖砌，并布置一定数量的集水井，以抽排坑内之水。

3.2 下部承压水处理

取承压水头高度18.46m（绝对标高）进行基坑突涌验算，高出含水层顶板标高8.69m，场地范围内基坑底至承压含水层顶板最小距离D 为3.33m，根据《基坑工程技术规程》（DB42/T159-2012）6.2.15 条抗突涌验算:

因此本项目承压水处理采用井点降水，降低承压水水头。

目前虽然关于土体抗剪强度对抗突涌能力的贡献的机理尚无定论，然而考虑土体抗剪强度计算所得的抗突涌安全系数都得到大幅度的提高。因此本工程假定突涌破坏体为一个直径5m 的圆柱体，按如下公式计算抗突涌安全系数：

式中，

带入各参数计算所得本项目抗突涌安全系数为2.33，系数提高程度十分可观。有鉴于此，本基坑降水井的布置除满足规范要求的考虑外，另一个方面也是为防止下部承压水通过场区的勘察孔、立柱桩或工程桩侧壁与土体的间隙等通道涌入基坑而设置的。

3.3 基坑内真空管井设置

真空管井设置：一期还建楼基坑5 口，二期写字楼基坑4 口，三期连通道基坑2 口；观测井兼做备用降水井（管井）设置：一期还建楼基坑2 口，二期写字楼基坑2 口；

滤管设置在④粘质砂性土层中，井深35m，以使承压水头降低至可满足基坑底板的抗突涌稳定性、防止承压水沿场区既有勘察孔等通道涌入基坑。

拟建场地降水范围内土层为老粘土（即超固结土），降水后的土体的有效应力小于老粘土的先期固结压力，降水不会引起地面沉降。

（1）管井设计

深井降水管井为承压水降水管井，成井直径600mm，井出水量为30m3/h。井管采用φ300，壁厚大于等于4mm 钢管，井管底部为沉淀管，长度1.0m。井管外填滤层宜选用磨圆度较好、粒径均匀的硬质砾砂和砾石，填砾粒径为6～12 倍含水层土体的平均粒径。承压水降水井管的顶部应设置止水封闭层，在填滤层上方5m 高度内要求采用优质粘土球封堵。

（2）排水管网系统设计

深井降水运营期抽排的地下水采用承压管道沿基坑周边铺设集中排水至市政下水道，根据其汇水状况宜采用直径为325～425mm 钢管，管道铺设向出水口倾斜3‰。

4.主要施工流程

本基坑工程包括钻孔灌注桩施工、冠梁施工、内支撑梁施工、土方开挖、降水井及观测井施工等主要施工项目，其施工流程图如图4 所示。

图4 施工流程图

5.基坑监测

在监测过程中，采用工程测量、工程测试及目测三种手段相结合的方法进行监测，并对相关数据进行综合分析，排除外界因素和监测系统的偶发性误差，从而提供精确的、可靠的、科学的监测数据。从基坑边缘以外1～3 倍基坑开挖深度范围内需要保护的周边环境应作为监测对象。

各监测项目的监测频率根据其施工工况，如表3 所示，并满足设计要求，当监测数据变化较大或者速率加快，监测值达到或接近报警值、遇不良天气状况，存在勘察未发现的不良地层，或出现其他影响基坑及周边环境安全的异常情况，应适当加密。每次观测完毕后及时向建设方和监理方口头通报观测成果，并及时提交观测成果报告。分析基坑开挖施工时，边坡的安全可靠性及对周边环境的影响程度，及时提出建议、报警和应急措施，现场检测人员应及时分析各种监测资料，捕捉险情发生前的种种前兆信息，实现险情预报，为信息化施工提供依据。