首鋼京唐公司基坑護坡及降水問題研究

李 強，曾力娟，于元峰，賀詩選

(首鋼地質勘查院北京愛地地質勘察基礎工程公司，北京 100144)

首鋼京唐公司基坑護坡及降水問題研究

李 強，曾力娟，于元峰，賀詩選

(首鋼地質勘查院北京愛地地質勘察基礎工程公司，北京 100144)

在對位于曹妃甸地區(qū)的首鋼京唐公司深基坑護坡工程進行全面總結的基礎上，進行了多因素矩陣法基坑支護方法分類，對該地區(qū)護坡降水提出了幾點建議，對于指導下一步曹妃甸地區(qū)護坡降水工作具有重要的意義。

深基坑支護;護坡;矩陣法分類;降水;曹妃甸地區(qū)

為滿足首鋼搬遷調整改造的需要，經國務院批準，從2006年起，在位于河北省唐山市灤南海域的曹妃甸島西北側建設1500萬t鋼精品基地。曹妃甸島為優(yōu)良深水港址，前沿為渤海灣主潮流通道的深槽海域。

京唐公司包含有煉鐵區(qū)、燒結區(qū)、1580 mm熱軋、2250 mm熱軋、2230 mm冷軋車間、取向硅鋼車間、配水及污水處理區(qū)、原料場區(qū)、鐵路車站區(qū)等多項工作區(qū)。

該鋼鐵基地1580 mm、2250 mm熱軋車間等基坑長度達636.5 m，寬64～184 m，深5.3～15.1 m，大型工業(yè)廠房旋流井直徑30～36 m，深度30～47 m?；又ёo的規(guī)模大、深度大、時間緊，開挖的地層較差，地下水較豐富，且受海水潮汐的影響，在這樣的地質條件下進行大面積基坑開挖，是前所未有的，護坡降水的難度很大，不同方法在經濟上也存在較大差異。本文就我單位幾年來在曹妃甸地區(qū)進行的護坡降水工程的方法進行認真總結，以指導下一步曹妃甸地區(qū)護坡降水工作。

1 場地工程及水文地質條件

1.1 地層巖性特征

根據場區(qū)勘察報告，在深度80 m范圍內，地基土主要由第四紀全新世海相沉積和第四紀上更新世海陸交互沉積的粘性土、粉土和砂類土所組成，其地層巖性如表1所示。

表1 場區(qū)地層巖性

1.2 地下水

第一層潛水地下水穩(wěn)定水位埋深1.5～2.5 m，平均值為1.8 m，相當于標高1.7 m?？辈靺^(qū)20 m深度范圍內地層主要為砂層，地下水賦存在砂層中，地下水與海水有密切聯系。

第二層承壓水，頂板埋深約40 m，水頭高度地面下約10 m，主要含水層巖性為⑦細砂層。

場地內地下水對混凝土結構具強腐蝕性，在長期浸水條件下，對混凝土結構中鋼筋具有弱腐蝕性，在干濕交替條件下對混凝土結構中鋼筋具有強腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性。

2 曹妃甸地區(qū)幾個護坡降水代表性工程

2.1 2250 mm熱軋主廠房基坑護坡降水工程

2.1.1 工程概況

本工程基坑長約636.5 m，寬64～184 m，基坑深5.3～15.1 m。最深處為基坑南側加熱爐區(qū)深15.1 m，頂部8 m外行走重車，場地東側地面下5 m布設有較多的CFG樁。

2.1.2 護坡方案

由于擬建場地20 m以淺以砂性土為主，夾多層淤泥質及軟塑狀粘性土，結構松軟，地下水較豐富，且受海水潮汐影響，基坑開挖困難，坑壁易坍塌，發(fā)生流砂流土現象，土釘錨桿易塌孔，鋼筋不易居中，面墻易出現空鼓，樁間土易坍塌，淤泥質粘性土表面易出現疏不干現象，降水井淤積現象普遍，地面沉降量較大。

為了解決上述困難，本工程基坑中部未強夯，基坑周邊專門進行了強夯處理;基坑深度＜10 m部分，采用土釘墻護坡，坡角63.5°(1∶0.5)，在－5.0 m處留1.0 m寬的平臺，坑底留800 mm肥槽。在地面做防滲砼板，在基坑頂加地錨，土釘墻上設長短排水孔，采用信息法施工。

加熱爐部分基坑深15.1 m，頂部8 m外行走重車。采用土釘墻加樁錨支護方案，上部5 m采用土釘連續(xù)墻護坡，坡角63.5°(1∶0.5)，下部采用護坡樁加2道預應力錨桿護坡;坑底留800 mm肥槽;護坡樁樁長14.1 m，其中嵌固段4.0 m，樁間距1600 mm，樁徑800 mm，鋼筋籠主筋采用不對稱配筋法;樁頂之上做冠梁，采用超流態(tài)豆石砼反插鋼筋籠施工工藝，取得了較好的效果。

在－5.2 m、－10.5 m設置2道錨桿，第一道錨桿水平間距1600 mm，第二道錨桿水平間距1200 mm(2樁3錨)，下傾角15°。錨固力分別為350、510 kN/根，配2d15(75)、3d15(75)低松弛型鋼絞線，強度1860 MPa，第一道錨桿鎖在冠梁上，第二道錨桿鎖在兩根25b工字鋼上;在樁間掛鐵絲網片，在網片中部加一根6.5 mm加強筋，間距1 m，網片與樁間土之間采用U型鋼筋連接，在樁體上采用射釘或膨脹螺栓連接，噴射細石砼。

場地東側地面下5 m布設有較多的CFG樁，為了不影響CFG樁的施工，在－5.0 m處留2.65 m寬的平臺，5 m以深采用短土釘連續(xù)墻加長土釘方案護坡，滿足了CFG樁的施工要求。

2.1.3 降水方案

本工程基礎埋深－5.3～－15.1 m，主要含水層為①層吹填砂、③層粉細砂、④層粉細砂。根據地層巖性及基礎埋深、基坑面積及各種降水方法的有效性，綜合考慮，確定采用管井降水、基坑底輔助明溝排水的方法。

本工程在基坑周圍布設208口降水井，其中加熱爐部位井深24 m，其它部位井深20 m，井間距7.5～8.0 m，距基坑邊緣1.5～2.0 m，基坑內布設疏干及觀測井67口。降水管井孔徑600 mm，一徑至終孔深度，采用水泥濾水管400 mm，地表以下2 m內安裝水泥壁管，礫料選擇0.5～3 mm，外包雙層80目尼龍網，四周均勻投礫，填至距地表2.0 m時用粘土封井止水。成井后及時洗井，并抽至水清砂凈，確保含水層的暢通;水泵安裝干式下泵型單相潛水電泵。根據抽水試驗結果，確定泵型為QX3 (6、10)－30－2.2。在基坑底肥槽內布設排水明溝，在距基坑上邊緣2.5 m處，環(huán)基坑周邊設置219 mm排水鋼管，坡度1‰～3‰，通過設在干管排水口處的沉淀池沉淀后，清水排入主排水溝。

2.1.4 效果說明

本工程于2007年3～6月完成護坡施工，共完成護坡面積約26500 m2;護坡樁97根。于2007年2月～2008年1月，完成降水井施工及運行，降水面積達49300 m2。

本工程基坑護坡經過錨桿、土釘基本試驗、驗收試驗及張拉鎖定，極限拉力達到設計拉力值的130%～150%，施工質量良好，經過基坑周邊50個監(jiān)測點歷時11個月25次變形監(jiān)測，坡體水平位移最大值52 mm，平均值23.8 mm;管井降水7～10天后，地下水位降到了基坑底面以下0.5～1.0 m，護坡、降水效果良好。

2.2 海水取水泵房基坑護坡降水工程

本工程基坑長約117 m，寬92 m，基坑從地表算深14.1 m?；游鱾染嚯x海水擋浪墻約70 m。采用土釘墻加預應力錨桿(復合土釘墻)護坡，坡角59°(1∶0.6)，在－5.0 m、－9.5 m處留1.0 m寬的平臺，采用管井降水，臨海一側采用雙排降水井。

本工程于2007年9月～2008年4月完成護坡降水工作，基坑開挖后坡體水平位移最大值17.5 mm，護坡、降水效果良好。

2.3 2250 mm熱軋水處理區(qū)過濾站基坑護坡降水工程

本工程基坑長約114 m，寬30.7 m，基礎埋深－2.6～－8.6 m，高差6 m，地基采用CFG樁進行處理，無放坡條件。護坡方案采用地基處理的CFG樁反插鋼筋籠作為護坡樁，在CFG樁外穩(wěn)定區(qū)域加一道拉樁作為護坡體系，護坡樁樁長10.0 m，其中嵌固段4.0 m，樁間距1000 mm，樁徑400 mm，拉樁間距3～4 m，離基坑邊沿8～10 m處，做3 m深人工挖孔樁，外徑1000～1200 mm，樁間土插鋼筋釘，在鋼筋釘端部掛6.5 mm@200 mm×200 mm鋼筋網片，與樁身采用膨脹螺栓連接，噴射80 mm厚細石砼。降水采用管井降水。

本工程于2007年8～9月完成護坡施工，基坑開挖后坡體水平位移最大值22 mm，護坡、降水效果良好。

2.4 熱軋水處理區(qū)旋流井護坡工程

本工程旋流井基坑直徑35.9 m，基坑深42.0 m。旋流井采用地下連續(xù)墻+鋼筋砼圈梁支護體系。地連墻厚1200 mm，深50 m，砼強度C35。地連墻橫向作9道鋼筋砼圈梁內支撐，圈梁高1000 mm，寬700 mm，砼強度C35，縱向間距4～6 m。旋流井內部結構采用逆做法施工。地連墻及鋼筋砼圈梁作為主體結構的一部分。

本工程基坑護坡經過半年多的施工，取得了良好的效果。

2.5 熱軋水處理區(qū)沖渣溝基坑護坡工程

沖渣溝基坑長約94 m，寬4 m，基坑深15.43～17.84 m;采用地下連續(xù)墻+鋼管內支撐支護體系。地連墻厚800 mm，深25 m，砼強度C35，地連墻頂標高－3.0 m，設置3道內支撐，第一道支在樁頂冠梁處，支撐構件采用一根630 mm×10 mm電焊鋼管;第二道支撐中心標高為－6.7 m，支撐構件采用一根630 mm×10 mm電焊鋼管，圍檁采用雙拼HZ450型鋼;第三道支撐中心標高為－10.7 m，支撐構件采用一根630 mm×12 mm電焊鋼管，圍檁采用三拼HZ450型鋼;內支撐間距5000 mm，長度4.0 m。本工程基坑護坡方案取得了良好的效果。

3 曹妃甸地區(qū)護坡降水主要方法總結

3.1 影響基坑穩(wěn)定的主要因素分析

3.1.1 基坑深度

基坑深度是影響基坑穩(wěn)定和支護方法的主要因素。通常按照≤5 m，5～10 m，10～15 m，15～25 m，＞25 m的情況考慮。

3.1.2 基坑形狀、尺寸

通常分為圓形基坑，小寬度基坑(基坑寬度＜10～15 m)，一般形狀、尺寸基坑。

3.1.3 場地地層、地下水影響

圍海造地形成的吹填土、粉細砂、飽和軟粘土、潛水、承壓水是影響基坑支護的內在因素。

3.1.4 周邊環(huán)境

基坑附近已有建筑物、道路及堆載荷載，增大基坑護坡土壓力，影響基坑穩(wěn)定;反過來基坑的變形及降水又影響基坑附近已有建筑物及道路的穩(wěn)定和變形。

3.2 矩陣法基坑支護方法分類

以基坑深度影響因素為縱坐標，其它影響因素為橫坐標，建立矩陣法基坑支護方法分類表，詳見表2。

表2 矩陣法基坑支護方法分類

3.3 曹妃甸地區(qū)基坑支護主要方法及經濟對比

根據表2，分析曹妃甸地區(qū)基坑支護方法。

(1)自然放坡。坡比1∶1，在坡面上覆蓋塑料布防雨水沖刷，坡角用砂袋反壓;管井或真空降水、明溝排水。本方法適用于基坑深度≤5 m，周圍無建筑物影響的情況。護坡費用最低，在曹妃甸地區(qū)淺基坑開挖中普遍采用。

(2)土釘墻護坡。坡比1∶0.5;管井降水。本方法適用于基坑深度5～10 m，周圍無建筑物影響的情況。護坡費用較低，在2250 mm、1580 mm熱軋工程等基坑護坡中普遍采用。

(3)復合土釘墻護坡。坡比1∶0.5;管井降水。本方法適用于基坑深度10～15 m，周圍無建筑物影響的情況。護坡費用較低，在曹妃甸海水取水泵房、2250 mm、1580 mm熱軋工程層流池等基坑護坡中廣泛采用。

(4)上部土釘墻，下部樁(地連墻)錨桿(內支撐)護坡;管井降水。本方法適用于基坑深度15～25 m，周圍無建筑物影響或較遠的情況。護坡費用一般，在2250 mm主廠房、2250 mm、1580 mm熱軋工程旋流井沖渣溝等基坑護坡中采用。

(5)樁(墻)錨桿(內支撐)支護;管井降水。當降水引起建筑物沉降時，應設止水帷幕。本方法適用于基坑周圍有建筑物、道路、管線影響的情況。護坡費用較高，在1580 mm熱軋工程層流池等基坑護坡中采用。

(6)雙排微型鋼管樁+土釘錨桿(內支撐)護坡;管井降水。當降水引起建筑物沉降時，應設止水帷幕。本方法適用于基坑深度≤5 m，周圍有建筑物、道路、管線影響的情況。護坡費用較低，在2250 mm、1580 mm熱軋工程旋流井沖渣溝等基坑護坡中采用。

(7)CFG樁反插鋼筋籠+拉墩或懸臂樁、雙排樁護坡;管井降水。本方法適用于基坑深度≤10 m，CFG樁地基處理的高低差基礎情況。護坡費用較低，在2250 mm熱軋工程水處理區(qū)過濾站、冷卻塔等基坑護坡中采用。

(8)鋼筋格柵噴射砼支護;管井降水，當降水引起建筑物沉降時，應設止水帷幕。本方法適用于基坑深度≤25 m，圓形基坑的情況。護坡工程可以作為主體結構一部分，護坡費用較低。

(9)地連墻+圈梁支撐;設帷幕止水，帷幕內疏干，帷幕外承壓水減壓降水。本方法適用于基坑深度＞25 m，圓形基坑的情況，護坡工程可以作為主體結構一部分，護坡費用較高。在2250 mm、1580 mm熱軋工程旋流井等基坑護坡中采用。

4 曹妃甸地區(qū)基坑護坡降水的幾點建議

(1)曹妃甸地區(qū)基坑護坡降水，根據本文所述的多因素矩陣法，可分為9類，對今后該地區(qū)護坡降水具有重要的指導意義。

(2)曹妃甸地區(qū)由于粉細砂較多，土釘護坡一般應采用1∶0.5放坡，縱向每隔5 m應設一個1 m寬的平臺，以利于土釘面墻的穩(wěn)定;土釘桿體的支架高度應大于土釘直徑的2/3，確保桿體居中;盡量減少桿體放入與注漿的時間差，減少塌孔概率;基坑頂面3～5 m之外存在擬建建筑物基礎時，建議采用長短土釘護坡;盡可能采用可回收式土釘錨桿。

(3)對于②層飽和軟粘土，土釘應大角度穿過該層，兩端落在砂層內;在該層之上設一層長排水孔，或垂直增加滲水井，盡量減少“疏不干”現象發(fā)生。

(4)由于粉細砂較多，降水井應普遍加深2～3 m，水泥濾水管應外包60～80目尼龍網2～3層，礫料應選擇中粗砂，采用動水投礫法。

(5)對于深部⑦層承壓水的抽降要慎重，降水井采用鋼管井，橋式過濾器，確保井的強度滿足要求;深井采取分層止水、分層抽水的方法，只抽取⑦層承壓水，其它層的水全部封死;對于抗?jié)B流措施，采取降水頭不降水位減壓方法;對于抽降⑦層承壓水，為了防止引起大面積地面沉降，造成已有建筑物的變形，應設防滲帷幕，帷幕內降水，帷幕外減壓。

(6)對于采取樁錨支護方案時，樁間掛網噴射砼應采用膨脹螺栓或鋼筋錨入樁體內，確保與樁體的有效連接;樁間排水應采取長短排水孔，確保樁間排水的有效性，避免出現流砂現象;護坡樁可以采取超流態(tài)反插鋼筋籠施工工藝，應采用豆石砼，鋼筋籠保護層應大于70 mm，通過加焊“耳朵”的方法實現。

(7)曹妃甸地區(qū)護坡抗剪強度指標，根據幾年來的施工經驗，對于強夯后的地層抗剪強度指標建議按表3所示取值。

表3 曹妃甸地區(qū)護坡抗剪強度指標取值表

［1］李強.短土釘連續(xù)墻基坑支護方法［P］.中國專利: ZL00129978.6，2003.

［2］JGJ 120－99，建筑基坑支護技術規(guī)程［S］.

［3］譚孟云，劉兆茂，張永強.濱海地區(qū)深基坑支護出現的問題及對策［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(9).

［4］謝石連，丁其鋒，盧玉南.鉆孔灌注樁在軟土地區(qū)深大基坑圍護工程中的利用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37 (5).

［5］張聚斌.基坑降水的地下水位控制與工程降水綜合利用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(3).

Study on Foundation Pit Shoring and Dewatering in Shougang Jingtang Company

LI Qiang，ZENG Li-juan，YU Yuan-feng，HE Shi-xuan(Shougang Geological Prospecting Institute，Beijing 100144，China)

Based on the analysis on the deep foundation pit shoring project of Shougang Jingtang Company in Caofeidian area，classification was made on foundation pit shoring methods with matrix method.Several suggestions were put forward to shoring and dewatering in Caofeidian area.

deep foundation pit supporting;shoring;matrix method classification;dewatering;Caofeidian area

TU473.2

A

1672－7428(2012)03－0051－04

2011－08－22

李強(1958－)，男(漢族)，山西萬榮人，首鋼地質勘查院北京愛地地質勘察基礎工程公司總工程師、教授級高級工程師、國家注冊巖土工程師，從事巖土工程勘察設計、施工工作，北京市石景山區(qū)晉元莊路23號，dkliqiang@126.com。