石井净水厂基坑支护设计

 程威

 (广州市市政工程设计研究总院，广东广州510060)

摘要：石井净水厂基坑是一座大型地埋式污水处理厂的基坑，地处广州市城郊，其平面尺寸大、深度深，所在场地工程地质复杂多变，含水砂层分布广泛且下部岩层存在多处溶洞。通过方案比选最终采用地下连续墙与锚索为主、内支撑为辅的基坑支护方案，为类似[程提供参考。

关键词：基坑支护；地下连续墙；锚索；内支撑；溶洞处理

中图分类号：TU476文章编号：1004-4655( 2016) 03-0042-03

1工程概况

 石井净水厂位于广州市白云区张村，张村涌以南、石井河以东，东侧为现状石槎路，西侧为石井河，南北侧为规划道路。石井净水厂的主要功能是收集和处理新市涌、白云一线以北地区约33 km2的城市污水，近期规模为15万m3／d，远期规模按30万m3/d，项目总投资约15亿元。采用全地埋式的形式，将污水处理的主要构筑物都建于地下并上覆一定厚度的土层。地面上仅建设综合楼、机房、配电室等小规模的建筑物，利用地下主体上部的地面空间作为景观湿地、绿化、停车场以及体育设施建设场地。石井净水厂总体效果图见图1。

 石井净水厂地下主体构筑物采用整体基坑开挖，基坑开挖深度为14.3 m（局部位置略有加深），基坑开挖范围为298.0 m×136.3 m。基坑所在场地主要为农田或空地，周边较为开阔，除距基坑北侧40 m处有一排工业厂房外，其余位置基本没有建筑物。

2工程地质及水文

2.1地层岩性

 岩土工程勘察资料显示，在基坑开挖范围内主要分布粉质黏土层和砂层，基坑底部为炭质页岩层或微风化石灰岩层…，岩层深浅及厚度变化较大。其中石灰岩的岩溶极发育，场地共有19个钻孔揭露到30个溶洞，2个钻孔揭露到2个土洞，钻孔见洞率为24.4%。

2.2地下水

 场区地下水主要有上层滞水、孔隙潜水、承压水和岩溶承压水。场地含水砂层分布广泛，厚度较大，含水丰富，对工程开挖施工影响较大。

3地下主体结构概况

 本工程地下主体结构为总高13.8 m、平面尺寸295 m×130 m地下2层结构，上部覆土1.6 m。主要由外部现浇钢筋混凝土顶板、底板及侧墙和内部的梁、柱框架共同组成结构的受力体系。地下主体结构平面示意图见图2。

4基坑支护方案比选

 根据基坑开挖范围，基坑的主要特点有以下几个方面。

 1)基坑平面及深度均较大。

 2)基坑深度范围内存在较厚的砂层，且地下水较为丰富，基坑范围内局部存在溶洞。

 3)基坑地处郊区，周边建筑物稀少，场地较为开阔。

 根据以上特点对基坑支护形式进行中心岛逆作法、“排桩（地下连续墙）+内支撑”、“排桩（地下连续墙）+锚索”3种结构形式的比选（见表1）。中心岛法方案、内支撑方案平面示意图分别见图3和图4。

  综合3种结构形式的优缺点，考虑到基坑范围内存在较大范围的含水砂层，而地下连续墙相对排桩来说刚度大、整体性较好且具有良好的抗渗能力，最终采用“地下连续墙+锚索”的支护方案。

5溶洞预处理

 由于本工程位于岩溶发育地区，为了防止地下连续墙在施工过程中遇到溶洞而突发塌陷，提前对影响支护结构施工的溶洞进行预处理。

5.1溶洞处理范围

 1)平面范围。地下连续墙两侧3m范围内发现的无填充或半填充溶洞需提前处理。

 2)深度范围。对于在地下连续墙成槽深度范围内以及墙底以下3m范围内、影响连续墙施工的溶洞，提前处理。

 根据勘察资料显示，基坑北侧ZK5位置、出土口附近以及基坑西南角存在较大规模的溶洞，应在连续墙施工前进行注浆预处理。

5.2溶（土）洞处理方案

 溶（土）洞主要采用注浆填充的方法，填充注浆根据溶土洞所处的深度、地层条件分别采用不同的方式进行注浆。

 对于规模较小的未填充或半填充溶（土）洞则采用水泥砂浆或泵送混凝土进行注浆填充；对于规模较大、注浆一定量后仍无法注满的溶洞，则先采用速凝材料在外围形成边界，控制注浆范围，然后在连续墙位置注纯水泥浆，采用跳孔形式注浆，注浆以注浆压力达到规定值并持续一段时间为终孔条件。

6基坑支护结构设计

6.1支护结构形式

 根据场地情况，除北侧距离基坑30~50 m处有几栋2层楼的房屋外，其余均为农田或空地。先从场地平整标高按1.0：1.5的坡度放坡开挖4m并留5m宽的平台，再施工基坑支护结构，减小支护结构的高度和受力，降低工程造价。

 在选定“地下连续墙+锚索”作为基坑主要支护方案的基础上，考虑到本工程地质情况复杂多变且基坑右上角存在阳角，为进一步提升基坑支护的安全性和可靠性，在基坑的四个角设置局部的内支撑体系，与锚索一起构成整个基坑支护的受力体系，具体方案如下。

 1)地下连续墙。采用0.8 m厚的钢筋混凝土地下连续墙，混凝土强度等级C30；在连续墙内预留锚索开孔套管，有效控制连续墙开孔时的漏水情况。

 2)锚索。锚索采用直径15.2（1x7股）的预应力钢绞线，倾角为300，竖向共设置4道锚索，竖向间距为2.5 m、水平间距为2m或3m；锚固体直径取180 mm；锚索穿过砂层时采用钢套管跟钻，锚孔采用二次灌浆工艺。

 3)内支撑。采用钢筋混凝土梁支撑，在竖向共设置2道，间距4.8 m；在平面内，在基坑右上角的阳角处设置2道直撑并用200 mm厚的钢筋混凝土板相连（可兼做临时施工通道），其余位置分别设置3道斜撑，水平间距7.5 m；冠梁截面尺寸1000 mm X1000 mm，腰梁和斜撑截面的尺寸为800 x1000 mm，直撑截面尺寸为800 mm×1000 mm；对于跨度>20 m的斜撑或直撑在跨中增设临时钢立柱，采用直径1m的灌注桩作为钢立柱的基础。

 4)坑内止水加固设计。主要对基坑底部存在突涌风险的区域进行预处理，止水加固采用直径500 mm的水泥搅拌桩。

 基坑支护平面示意图见图5，基坑支护典型剖面示意图见图6。

6.2支护结构计算及分析

 本工程基坑设计主要采用理正深基坑软件进行单元计算和整体计算（见表2~表5）

 注意表2~表5中：表中括号内“撑”表示采用的是内支撑的支护形式，“锚”表示采用预应力锚索的支护形式。

 计算时基坑的安全等级是按一级考虑，根据计算结果可以发现基坑北侧和西侧的地下连续墙内力和位移相对南侧和东侧普遍要大，这是因为北侧和西侧的土质相对较差，而南侧和东侧的岩层分布较浅，且西侧局部有比大基坑底部还要挖深1.5 m的区域；另外采用内支撑支护区位移明显小于锚索支护的区域，说明内支撑的刚度明显大于锚索的刚度，内支撑支护在控制变形方面效果更好。

7结语

 对于像本工程这种类型的大面积基坑，在场地条件允许、四周建筑物稀少且位移控制要求不高的情况下，采用“排桩（地下连续墙）+锚索”的支护结构体系是合理可行的，与内支撑体系相比节省大量支撑和临时立柱的设置和拆除，且南于锚索是设置在基坑外侧，为土方开挖和地下主体结构的施工提供开阔的空间，有利于缩短工期和节约投资。但应保证锚索的施工质量，确保锚固体与土体有效传力。

 在地下水丰富、砂层分布较广的情况下，采用地下连续墙起到较好的止水作用，但连续墙接头处及墙身开孔处应采取有效措施防止渗漏；在岩溶发育地区，对影响支护结构施工和安全的溶洞应提前预处理，对于小型溶洞直接注浆充填密实，对于大型溶洞则在支护结构周边形成封闭边界后再进行注浆处理。