基于P×C法的基坑降水支护方案筛选及设计

摘 要：为保障基坑施工的安全性，本文结合勘察成果对支护方法进行研究，首先，采用P×C法对基坑降水支护方案进行筛选，其次，进行基坑降水设计，最后，结合基坑变形监测成果，对基坑降水支护设计进行合理性评价。本文结合工程实际，设计了4类基坑降水支护方案，各类方案的适用性存在差异，其中，方案四的适用性等级为Ⅳ级，其他3类支护方案的适用性等级为Ⅲ级，因此，本项目将方案四作为降水支护方案。根据基坑降水设计，等效半径、计算方法等因素对基坑涌水量的计算结果具有较大影响，且经过对比，采用外接圆法、规范简化法的涌水量计算结果与实际测量结果最为接近，基坑涌水量为44319.31m³/d，基坑降水井为90个。根据基坑变形监测成果，得到其变形为9.62～25.53mm，均值为10.44mm，充分说明基坑降水支护设计是合理有效的，可以为类似工程提供参考。

关键词：基坑；降水支护方案；降水参数；降水井

中图分类号：P 642 " " " " " " " " " " " " " 文献标志码：A

为保障基坑施工安全，对基坑降水支护方案进行筛选及设计具有重要的现实意义[1-2]。目前，已有不少相关研究，例如雷丹[3]探讨了悬挂式止水帷幕在基坑降水中的应用效果。唐卓华[4]利用数值模拟分析了基坑降水特征。陈聪等[5]研究了基坑降水引发的变形特征。上述研究充分说明基坑降水研究是十分必要的，但较少涉及降水设计分析。因此，本文在勘察成果分析基础上，采用P×C法进行基坑降水支护方案筛选和基坑降水设计，结合基坑变形监测成果，对基坑降水支护设计进行合理性评价，以期为基坑安全施工奠定理论支持。

1 工程概况

本工程为住宅小区车库基坑，用地面积为20651.52m²，平面形态呈多边形特征（如图1所示），开挖深度为6.7m，属于深基坑。

在基坑周边环境条件方面，北侧、西侧均为近接既有建筑，其上部层数为15～28层，地下室为1层，基础形式为筏板基础，最小净距约为12.5～16.6m，南侧、东侧均近接既有道路，最小净距约为18.5～22.1m。因此，基坑周边具有较为复杂的环境条件。

在地层岩性方面，基坑区地层自上而下结构如下。1）填土：主要为素填土，结构均匀性较差，土质松散，局部夹杂少量碎石，分布厚度为0.6～1.4m。2）细砂：褐黄色，稍湿为主，松散～稍密，局部夹杂一定的中粗砂，分布厚度为0.8～2.1m。3）卵石：颜色杂乱，湿～饱和，稍密～密实均有分布，卵石磨圆度较好，粒径为2.5～9.5cm，揭露厚度大于15.4m。

在水文地质条件方面，地下水主要为潜水，主要赋存于地层孔隙中，埋深2.5～3.1m。基坑开挖底板标高位于地下水水位以下，地下水对施工期安全影响较大。因此，该基坑降水处理是十分必要的。

2 基坑降水支护方案筛选

2.1 降水支护方案初定

基坑开挖具空间立体特征，为保障施工安全，基坑支护是十分必要的。项目区地层岩性具有较强的渗透性，且地下水水位埋深较浅，稳定水位高程高于开挖底板高程，地下水将影响施工质量及安全。因此，基坑降水设计亦尤为重要。

为降水支护方案合理，本文结合工程实际，共确定4类降水设计方案：放坡支护+管井降水、土钉墙+管井降水、桩锚咬合桩支护挡水体系、桩锚支护+管井降水。

2.2 筛选方法构建

为对降水支护方案进行合理筛选，本文提出采用P×C法构建筛选方法，将“基坑降水支护方案筛选体系”作为目标层，结合工程实际，共拟设4个准则层指标，即安全可靠条件B1、经济合理特征B2、施工便捷程度B3和环境保护条件B4，同时，在准则层基础上，进一步进行评价指标细分，共确定11个二级指标。基坑降水支护方案筛选体系结构如图2所示。

按照P×C法原理，须计算各评价指标的权值、隶属度，其中，权值的计算方法为1～9标度法，即通过评价指标间的重要性对比，构建判别矩阵，并进行一致性分析，在通过一致性检验后，对最大特征值的特征向量采取归一化处理措施，进而得到相应的权值。反之，须重新调整判别矩阵，直至满足一致性检验。

在各评价指标的隶属度计算过程中，将计算方法确定为专家法，为保证评价结果的准确性，专家应具有高级工程师职称。

在评价指标权值、隶属度计算结果基础上，采用P×C法对各评价指标或降水支护方案进行定量筛选，并设计以下适用性划分标准。1）适用性为Ⅰ级，适用性得分为0分～60分，对应降水支护方案的适用性较差，基本不能满足工程需要。2）适用性为Ⅱ级，适用性得分为60分～80分，对应降水支护方案的适用性一般，勉强能满足工程需要。3）适用性为Ⅲ级，适用性得分为80分～90分，对应降水支护方案的适用性较好，基本能满足工程需要。4）适用性为Ⅳ级，适用性得分为90分～100分，对应降水支护方案的适用性很好，很能满足工程需要。

2.3 方案筛选结果分析

第2.1节共设计了4类降水设计方案，先以方案一为例，详述筛选过程。经过计算统计，得到方案一的二级指标适用性筛选结果，见表1。11个二级指标的适用性得分为71.56分～90.55分，均值为81.55分，对应适应性等级为Ⅱ～Ⅳ级，其中，Ⅱ级指标有5个，Ⅲ级指标有4个，Ⅳ级指标有2个。

根据各指标的适用性得分，将适用性由好至差进行排序：E6gt;E3gt;E9gt;E1gt;E8gt;E4gt;E10gt;E11gt;E2gt;E5gt;E7。

计算得到方案一的一级指标适用性筛选结果见表2。B1指标的适用性相对最低，其适用性等级仅为Ⅱ级，其他3个指标的适用性等级均为Ⅲ级。

在方案一的总体适用性计算过程中，整体的隶属度矩阵L=[0.101 0.209 0.543 0.147]，得分计算矩阵D=[55 70 85 95]T，那么计算得到方案一总体适用性得分Z=LD=80.31，得出方案一的适用性等级为Ⅲ级。

同理，进一步计算方案二～方案四的适用性，计算结果见表3。4种降水支护方案的适用性存在一定差异，按照适用性得分排序：方案四＞方案二＞方案三＞方案一，其中，方案一～方案三的适用性等级均为Ⅲ级，方案四的适用性等级为Ⅳ级，因此，本项目以方案四为降水支护方案。

3 基坑降水设计

目前，已筛选出合适的降水支护方案，考虑基坑内地下水对其施工具有较大影响，因此，该节重点进行降水设计。

3.1 降水参数设计

等效半径直接影响基坑涌水量计算，根据文献[6]研究成果，将等效半径计算方法确定为八点中心法、等效面积法、外接圆法和矩形折算系数法。因此，为保证计算结果的准确性，本文实例引入4类方法进行计算，同时，在基坑涌水量计算过程中，常用计算方法有规范简化法和等效分段法，因此，将两种方法作为基坑涌水量的理论计算方法，为验证2种方法计算结果的准确性，须采用实际测量法对基坑涌水量计算结果进行复核评价。

根据计算，得到不同等效半径在不同方法中的基坑涌水量计算结果，见表4。等效半径对基坑涌水量的影响较为显著，此外，规范简化法、等效分段法的涌水量计算结果也存在明显差异，等效分段法的涌水量计算结果明显小于规范简化法的涌水量计算结果，与实际测量结果对比，规范简化法的计算结果更符合实际测量结果，同时，当等效半径计算方法为外接圆法时，规范简化法的涌水量计算结果略大于实际测量结果，两者的涌水量最为接近，因此，将该基坑的涌水量确定为44319.31m³/d。

在单井抽水量计算过程中，计算公式详见《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012），经过计算，本项目单井抽水量为648.52 m³/d。

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）规定，降水井个数计算结果：n=1.2Q/q=1.2×44319.31/648.52 =82个，结合基坑周长分布特征，共设计90个降水井。

3.2 降水井设计

在降水井个数设计的基础上，对降水井进行设计。结合附近工程经验，将集水管直径设计为5cm，降水管直径为32cm，采用专用PPRE型号，采用三通连接器进行连接，且进行密封。

降水井设计长度为15m，包括3个部分，自上而下分别为接头部分、滤水管部分和密水管部分，其长度分别为0.6m、10.9m和3.5m。

结合上述参数，降水井如图3所示。

在降水井成孔的过程中，将扩充法作为其施工方法，降水后应保证地下水水位低于坑底下1m，且降水后经过测量，得出基坑区内降水后的地下水位为-0.160～0.207m，均值为0.081m，满足《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497-2019）的规定要求。

4 基坑降水支护效果分析

在基坑施工的过程中，变形监测是必要过程，通过变形数据来评价基坑施工过程的安全特征；根据设计资料，将基坑变形控制为30mm。结合工程实际，基坑布设了19个监测点，编号为1#～19#（布置位置如图1所示）。经统计，得到19个变形监测点的变形监测成果，见表5。19个监测点的变形为9.62～25.76mm，均值为19.34mm，因此，各监测点的变形均在可控范围内，充分说明基坑降水支护设计是合理有效的。

为进一步掌握基坑变形的发展趋势，对变形量最大的5#、11#监测点进行分析，经统计，得到5#、11#监测点的变形数据，见表6。5#、11#监测点的变形量总体随时间增加而增加，但总体呈收敛趋势，进一步说明基坑降水支护效果较优。

5 结论

本文采用P×C法对基坑降水支护方案进行筛选及设计，得出以下结论。1）结合本工程实际，基坑降水支护方案主要有4类：放坡支护+管井降水；土钉墙+管井降水；桩锚咬合桩支护挡水体系；桩锚支护+管井降水。同时，通过适用性评价，方案四的适用性等级为Ⅳ级，其他3类支护方案的适用性等级为Ⅲ级，因此，本项目选择方案四作为降水支护方案。2）经基坑降水设计，等效半径、计算方法对基坑涌水量的计算结果具有较大影响，经过对比，外接圆法、规范简化法的涌水量计算结果与实际测量结果最为接近。3）通过基坑施工过程中的变形成果分析，得出各监测点的变形量均小于变形控制性，进一步验证了基坑降水支护设计是合理有效的。

参考文献

[1]赵中吉. 富水砂层地铁车站深基坑降水方案设计与研究 [J]. 中国新技术新产品， 2023（4）：104-107.

[2]鲍青林. 黏土含砂姜地层和基岩裂隙中基坑降水设计 [J]. 中国新技术新产品， 2022（10）：117-119.

[3]雷丹. 悬挂式止水帷幕基坑降水对临近地铁变形影响分析 [J]. 价值工程， 2024， 43 （15）：115-118.

[4]唐卓华. 深基坑开挖降水与回灌方案设计及数值分析 [J]. 建筑机械化， 2024， 45 （5）：96-101.

[5]陈聪，王建，李超，等. 富水砂层地区深基坑坑外降水变形研究 [J]. 低温建筑技术， 2024， 46 （4）：59-62，67.

[6]马赛. 基坑降水支护方案优化设计及风险评估分析 [J]. 中国高新科技， 2022（6）：52-53.