浅谈基坑支护与降水

浅谈基坑支护与降水

侯迎彬周全成王志平

河北省电力勘测设计研究院河北石家庄050031

摘要：总结了基坑工程的特点、支护体系原则及支护结构类型，并以武汉某深基坑工程为例，讨论了在基坑支护和降水方案选择中所应注重考虑的问题。

关键词：基坑，支护，降水

DISCUSSBRACINGANDDEWATERINGOFFOUNDATIONPIT

HouYingbin,ZhouQuancheng,WangZhiping

Abstract：Theauthormakeabriefsummaryofthecharacteristicsoffoundationpit,theprincipleofsupportingsystemandthetypeofsupportingstructure.Thentakethedeepfoundationpitofwuhandepartmentmorecityforexample,theauthordiscusstheproblemsthatshouldbeconsideredintheSolicitationselectionoffoundationpitbracinganddewatering.

Keywords：foundationpit,bracing,dewatering

1基坑工程特点

①基坑围护体系绝大多数属临时结构，安全系数的考虑相对较小，因此基坑工程具有较大的风险性，对设计、施工和管理各个环节提出了更高的要求；②场地工程地质、水文地质条件对基坑工程影响较大，基坑工程具有很强的区域性；③与周边环境条件密切相关，在城区和在空旷区的基坑对维护体系的要求差别很大，几乎每个基坑都有其特殊性；④设计之中不仅涉及到土力学中的稳定、变形和渗流三大课题，而且围护结构受力复杂，要求设计人员不仅具有较好的岩土工程分析能力，还应具有较好的结构工程分析能力；⑤土压力计算中影响因素很多、很复杂；⑥基坑工程空间形状和土的特性对其影响较强，因此基坑工程时空效应强；⑦挖土顺序、速度对其有较大影响，维护设计应考虑施工条件，并应对施工组织提出要求。加强监测，进行信息化施工；⑧基坑维护体系的变形和地下水位变化都可能对基坑周边的道路、地下管线和建筑物产生不良影响，严重的可能导致破坏。基坑工程设计和施工一定要重视环境效应。

2基坑支护体系原则

支护体系的选用原则是安全、经济、方便施工，选用支护体系要因地制宜。

一般讲，软粘土地基中基坑工程要侧重处理支护体系围护结构的稳定性问题或者说处理好挡土问题；地下水位较高的砂性土地基中基坑工程要侧重处理好水的问题，如何降低地下水位，如何设置好止水帷幕，软粘土地基中基坑工程支护体系失稳往往是支护结构失稳。引起支护结构失稳的原因很多，有设计方面的原因，也有施工方面的原因，也有对地质条件了解不清楚的原因。但原理性错误也经常遇到。渗透性较大的地基中基坑工程支护体系失败往往是水的问题未处理好。要根据地基土质情况合理选用支护体系。

3地下水控制问题

地下水控制有两种思路：止水和降水。止水是通过设置止水帷幕让基坑维护体系内外保持较大的水头差。为了满足挖土和地下结构建设的要求，需要将基坑维护体系内地下水降至基坑底以下1m左右。通过设置止水帷幕让基坑维护体系外侧地基中地下水位基本保持不变。降水是指在降低基坑内地下水位的同时不控制基坑外地基中的地下水位，让其自由下降，一般此时地下水位呈漏斗状。基坑外地基中地下水位下降可能引起地基土下沉，对环境造成不良影响。止水帷幕大致分为三类：利用维护结构本身形成止水帷幕；独立设置止水帷幕；维护结构和水泥土桩等止水体联合形成止水帷幕。

利用维护结构本身形成止水帷幕，容易出现下述问题，如：地下连续墙隔水性能好，但墙段接头处未经处理或处理不好往往会产生漏水；又如咬合现浇钢筋混凝土排桩墙中相邻两桩嵌合的好止水性能很好，但由于地层等原因造成桩体垂直度不符合要求，相邻两桩嵌合不好则造成漏水。

独立设置止水帷幕常用深层搅拌法或高压喷射注浆法。水泥土渗透系数小，止水性能好。但由于水泥土桩相互搭接不够，或桩体垂直度不符合要求造成水泥土止水帷幕漏水在工程中也常有发生。

维护结构和水泥土桩等止水体联合形成止水帷幕主要有下述形式：钢筋混凝土钻孔灌注桩加水泥搅拌桩；钢筋混凝土钻孔灌注桩加旋喷水泥土桩；钢筋混凝土钻孔灌注桩加素混凝土桩。

4武汉某基坑工程

4.1工程概况

拟建基坑工程地处汉口中心城区，呈不规则矩形，东西向最长约150m，南北向最长约180m，基坑开挖面积约35000m2，基坑周长约为750m，基坑开挖深度为14.5m。

4.2工程地质条件

据勘察深度内揭露，场区内覆盖层为一套达50-60米的第四系全新统冲洪积地层，具有典型的二元结构。下卧基岩为志留系泥砂岩、泥质页岩。

4.3水文地质条件

上层滞水主要赋存于上层杂填土中，无统一自由水面，水量与周边排泄条件关系密切，勘察期间测得水位埋深在3.85～4.68之间。

孔隙承压水主要赋存于砂砾卵石层中，与长江水体具备密切的水力密切，水量丰富，其上覆粘性土层为相对隔水顶板，下伏泥岩为相对隔水层底板。勘察期间于抽水试验观测井中量测到承压水稳定水位在地面下7.0m左右。

4.4设计思路

4.4.1本基坑特点

1）基坑开挖深度大：根据目前资料显示基坑普遍开挖深度达到14.5m，若局部存在电梯井，开挖深度则还会加大。

2）基坑周边环境紧张：场区位于汉口繁华地段，南侧紧邻主干道，东西两侧为城市次干道，北侧距离现有商业建筑物较近。基坑设计必须考虑对周边建（构）筑物的保护，控制支护结构变形以及降水对周边环境的影响。

3）场区地层具有典型的二元结构特征，上部为一般粘性土，强度较低，工程力学性质一般，对基坑开挖不利；下部为砂层，强度较高，但为承压含水层，水量丰富，必须进行降水。

4）基坑坑底位于粉砂层，承压水含水层，必须采用疏干降水，开挖深度大，对降水要求高。由于场区附近没有进行过相近深度基坑的降水施工，控制基坑降水对周边环境的影响也是本次设计的重点和难点。

5）基坑开挖及地下室施工正值4-7月暴雨季节，且施工时间长，对支护结构的稳定性要求相对更高。

6）本基坑面积较大，工期紧，土方工程量较大，交叉作业工序多，须合理组织土方、支护结构、地下室的施工。

4.4.2支护方案选择

根据周边条件及地层情况，结合武汉地区经验以及本工程的岩土工程条件本基坑特点，对于挖深10m以上基坑比较可行的支护方案为1）灌注桩排+预应力锚杆（索）或内支撑；2）地下连续墙+预应力锚杆（索）或内支撑。根据武汉地区同类大型工程经验和其它工程实例，采用桩—锚支护成功的大型基坑工程较多，施工经验较为成熟。但基坑四侧距红线较近，这限制了桩锚支护的使用。

1）钢筋混凝土地下连续墙具有挡土、止水，兼作地下室外墙等特点，但其造价较高，施工工序繁杂、且需专门的大型施工机械。

2）若采用排桩+内支撑的支护形式，对于本基坑不啻为一种选择，但由于基坑平面形状很不规则，内支撑布置形式较为复杂，同时鉴于基坑开挖深度较深，经初步验算，至少需要设置3道钢筋混凝土内支撑，大大增加了经济投入，且多层内支撑对土方开挖、结构施工都将造成很大的麻烦，另外较长内支撑的平面外稳定也较难控制。

3）采用支护结构与主体地下结构相结合的深基坑设计方法近年来在超大面积基坑中得到了广泛的应用，并且取得了良好的效果。综合基坑本身特点以及周边环境，本基坑工程采用中心岛方案，基坑周边留土，并采用一级放坡使中心岛区域土方开挖至基底，进而施工中心岛结构，待中心岛结构施工至地下室结构1层楼板后，再采用顺作法开挖周边留土，利用型钢支撑连接外围排桩与中心地下结构，使之成为整体支撑体系。采用中心岛方案，基坑中心区域大面积土方均采用大开挖施工，不涉及与支撑交叉施工的问题，节省了水平支撑和竖向支承构件的费用，经济性非常显著。

综上所述，基坑采用灌注桩桩排结合中心岛地下室结构，设置2层型钢支撑。

4.4.3地下水处理方案选择

1）上层滞水处理选择

对上层滞水可采用明沟排水，汇集于积水坑后集中抽排。

2）下层承压水处理选择

根据场地水文地质条件，基坑开挖已挖穿隔水层，进入含水层。即使在枯水季节施工，如果不采取降水措施，基坑开挖后亦会发生流土、流砂现象。对下部承压水采用多井点深井降水，将承压水位降低到设计所要求的地下水位，可避免基坑范围内承压水头压力可能造成的管涌和突涌，并应对基坑周边进行竖向隔渗处理。

5结束语

基坑开挖是基础和地下工程施工中一个古老的传统课题,同时又是一个综合性的岩土工程难题,既涉及土力学中的典型强度问题,又包含了变形问题,同时还涉及到土与支护结构共同作用。基坑工程还是实用性、经验性极强的学科,是随着土力学理论、计算技术、测试仪器及施工机械、施工工艺的进步与工程实践增加而逐步完善的学科。笔者相信,随着我国经济建设的持续高速发展,依靠工程界、学术界的共同努力,我国的深基坑工程设计和施工水平必将日益提高,“深基坑工程学”必将日益完善。

参考文献：

[1]龚晓楠.基坑工程实例[M],北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2]唱伟.超深基坑若干问题的研究及工程实践[D],长春：吉林大学,2004.

[3]赵华丽,傅少君.深基坑工程的现状与发展[J],孝感学院院报,2005(3).

[4]李中,深基坑支护技术现状及发展趋势[J],基坑与边坡工程,2001.

[5]刘昌辉,时红莲.基础工程学[M],武汉:中国地质大学出版社,2009.