三門核電循環(huán)水泵房超深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)例

秦 景，路 威，朱俊臣

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 工程設(shè)計(jì)研究中心，北京 100044；2.中核集團(tuán)三門核電有限公司，浙江 三門 317112）

1 工程概況

浙江三門核電循環(huán)水泵房位于廠區(qū)北護(hù)堤的東段，西側(cè)靠近重件碼頭，南側(cè)緊鄰待建的重件道路和循環(huán)水管道，北側(cè)為大海。循環(huán)水泵房原地貌為山前海涂灘地，標(biāo)高一般為+2.0～-2.0m，并堆填了7～13m不等厚度的碎（塊）石預(yù)壓。循環(huán)水泵房構(gòu)筑物外墻線南北長(zhǎng)85m，東西寬55m，基坑最深處標(biāo)高為-20.8m，而目前場(chǎng)坪標(biāo)高為+4.58～+11.51m，即最大護(hù)坡高度為32.3m。循環(huán)水泵房場(chǎng)地的基巖埋深起伏大、呈斜坡?tīng)睿髂细?、東北低，西南角基巖頂平均標(biāo)高大于+10m，而東北角平均低于-10m（最低點(diǎn)為-15m）。西南側(cè)陡東北側(cè)緩，平均坡度1∶4。基坑北側(cè)、東側(cè)有較厚的淤泥層，該層是高壓縮性軟土，呈流塑狀態(tài)。經(jīng)地質(zhì)勘探報(bào)告揭示的地層（自上而下）如表1所示。

表1 場(chǎng)地土層物理力學(xué)參數(shù)

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

2.1 方案比選根據(jù)基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)地層土質(zhì)、地下水及周邊建筑物分布等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)選擇了內(nèi)支撐、弧形連續(xù)墻和排樁+深攪重力墻+巖錨支護(hù)等多種支護(hù)方式進(jìn)行比較分析。內(nèi)支撐支護(hù)適合于淤泥質(zhì)地層，變形小，但由于本基坑內(nèi)基巖傾斜，基坑底部基巖還需爆破開(kāi)挖，內(nèi)支撐無(wú)法設(shè)置，且內(nèi)支撐體系不利于泵房結(jié)構(gòu)施工，故未被采納。弧形連續(xù)墻如同拱壩，可將淤泥層側(cè)壓荷載轉(zhuǎn)移到壩腳。但連續(xù)墻各段銜接工藝復(fù)雜、施工要求精度高，且工程費(fèi)用大，存在施工風(fēng)險(xiǎn)，壩腳基巖完整性也不能保證，因此也被放棄。

排樁+深攪重力墻+巖錨基坑支護(hù)方案各項(xiàng)技術(shù)成熟，此組合形式在類似地層的工程中已成功應(yīng)用，其設(shè)計(jì)理念是：采用深攪加固淤泥層，使上部回填石的荷載及淤泥的變形側(cè)壓得以消減，支護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)需具有較大的抗彎能力及錨拉力，使得支護(hù)樁配筋與錨索設(shè)計(jì)切實(shí)可行。經(jīng)綜合考慮，按照安全、經(jīng)濟(jì)、方便施工和因地制宜的支護(hù)方法選用原則[1]，確定采用此設(shè)計(jì)方案，措施布置如圖1。

2.2 方案設(shè)計(jì)根據(jù)地層條件，將基坑邊坡劃分為：完全基巖邊坡；基巖埋深小于-8.0m、無(wú)淤泥地層的邊坡；基巖埋深較大、有較厚淤泥層的邊坡3種類型，分別采用3種支護(hù)型式，并選擇典型剖面進(jìn)行分析計(jì)算（圖2）。

（1）放坡。本工程基巖邊坡主要分布在循環(huán)水泵房基坑的西側(cè)和南側(cè)，總長(zhǎng)度為118m。根據(jù)建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范[2]，中、微風(fēng)化基巖按1∶0.3坡度放坡，當(dāng)坡高大于5m時(shí)，設(shè)置1m寬過(guò)渡平臺(tái)?；鶐r面上部若有回填土、石層，按碎石類，中密、稍密狀態(tài)巖質(zhì)考慮，按1∶1放坡。過(guò)渡平臺(tái)寬1.0m，坡高小于5m的可不設(shè)過(guò)渡平臺(tái)。

（2）排樁+深攪重力墻+巖錨?；拥臇|北側(cè)地層可歸并為+6.0～-2.0m為回填石層，-2.0～-12.3m為淤泥層，至-15.0m為含礫粉質(zhì)黏土層，以下為中風(fēng)化安山玄武巖。上部回填石層開(kāi)挖放坡，坡度為1∶1，增設(shè)過(guò)渡平臺(tái)。中部采用排樁+深攪重力墻+巖錨支護(hù)形式，支護(hù)樁樁徑1m，樁距1.5m，樁長(zhǎng)16m，嵌入基巖3m，樁頂設(shè)在-2m標(biāo)高。每3.5m設(shè)一層錨索，傾角40°，共計(jì)3層，錨頭進(jìn)入基巖6m。同時(shí)，對(duì)10m厚淤泥層深攪加固，水泥摻入量15%，水灰比0.5，樁徑0.6m，樁間搭接0.15m，深入下部黏土層0.3m，整體按格柵狀布置，置換率m=0.6?；酉虏?15～-20.8 m基巖采用1∶0.3放坡，放坡點(diǎn)距樁中心大于2m，如圖2。

（3）排樁+錨索?；拥臇|南側(cè)地層可歸并為+10～-2.39m回填石，-2.39～-7.99m為含礫粉質(zhì)黏土，-7.99m以下為安山玄武巖。上部回填土層放坡，下部基巖放坡，中部含礫粉質(zhì)黏土層采用用排樁+錨索形式，排樁樁長(zhǎng)10.2m，其中嵌入基巖3m，至微風(fēng)化層。樁徑1m，樁間距1.5m，開(kāi)挖后樁間掛網(wǎng)保護(hù)。并設(shè)1～2層斜拉錨索，傾角35°，內(nèi)錨頭進(jìn)入基巖面6m。

2.3 技術(shù)措施

（1）蓋板和錨索。為使護(hù)坡樁與攪拌樁形成一整體，在深攪樁頂部澆注厚30cm的C20混凝土蓋板，配置網(wǎng)格狀φ6@250鋼筋。在蓋板后緣布設(shè)垂直錨索，以較小的錨拉力產(chǎn)生較大的抗傾覆彎矩，同時(shí)使護(hù)坡樁、蓋板、深攪樁、錨索形成一整體支護(hù)體系[1]。

（2）場(chǎng)內(nèi)排水溝。為了使場(chǎng)內(nèi)施工方便，達(dá)到干作業(yè)目的，在基巖坡前與泵房建筑外墻間2.5m寬的區(qū)域內(nèi)設(shè)一排水系統(tǒng)，環(huán)繞全部場(chǎng)區(qū)。排水溝深0.5m，寬0.5m，截面呈梯形，縱坡1/300。在場(chǎng)地拐角共設(shè)集水井6個(gè)，深1m，直徑0.7m。每個(gè)集水井中設(shè)立一潛水泵，隨時(shí)將積水排至基坑外。

（3）樁頂護(hù)欄。為了安全生產(chǎn)，在護(hù)坡樁頂梁上及基巖頂面分別安置護(hù)欄，以保證施工現(xiàn)場(chǎng)的安全。護(hù)欄的預(yù)埋件在頂梁澆注時(shí)按尺寸埋入。

3 驗(yàn)算分析

為使本支護(hù)系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理，經(jīng)反復(fù)試算后選取典型斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性驗(yàn)算。采用理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算以及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，土層物理力學(xué)參數(shù)按表1取值，各土層分布、深度和錨桿錨固位置按圖2布置，其中：上部8m厚回填石層采取大開(kāi)挖、放坡形式，按附加荷載q=160kPa計(jì)。采用瑞典條分法（土條寬度0.5m），得到典型計(jì)算斷面的最危險(xiǎn)滑裂面，圓弧半徑為32.686m，整體穩(wěn)定安全系數(shù)Kz=2.41≥1.3，分工況求得的抗傾覆安全系數(shù)Ks=1.66≥1.2，均滿足規(guī)范要求[3-4]。據(jù)勘察報(bào)告，淤泥地層的摩阻力qsik僅為10～18kPa，對(duì)于常規(guī)錨索，難以滿足較大的錨固力要求，本工程所用的錨索鋼絞線采用7φ5規(guī)格，設(shè)計(jì)值為15t/根，錨索每束2～4根，設(shè)計(jì)拉力為300～600kN。通過(guò)典型斷面計(jì)算（圖3和圖4）：錨拉力最大為361.84kN，滿足設(shè)計(jì)拉力要求?；觽?cè)壁最大水平位移為19.26mm，在第二道錨索位置。最大正負(fù)彎矩值為711.36kN·m和-787.52kN·m。驗(yàn)算結(jié)果表明，土體開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生了應(yīng)力釋放、裂隙擴(kuò)張，并伴隨著剪切破壞和滑移蠕變，導(dǎo)致了基坑周邊回填石層邊坡的沉降，但沉降量不大，指數(shù)法算出基坑頂部最大沉降量為50mm。后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也反映了類似的變形情況。

圖3 典型斷面內(nèi)力包絡(luò)圖

圖4 典型斷面地表沉降

4 結(jié)論

三門核電循環(huán)水泵房超深基坑支護(hù)采用基巖區(qū)、回填石層放坡和上覆淤泥層區(qū)采用排樁+深攪重力墻+巖錨的方案，取得了滿意的效果。本支護(hù)設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：采用深攪樁加固淤泥，保證高邊坡的穩(wěn)定，有效減小淤泥側(cè)壓，即減小支護(hù)樁所需彎矩及錨索拉力的要求。重力墻后設(shè)置的垂直錨索以較小的錨拉力產(chǎn)生較大的抗傾覆彎矩。典型斷面計(jì)算結(jié)果表明，錨索錨拉力、基坑側(cè)壁水平位移、彎矩值及地表沉降量均滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，表明本工程采用的支護(hù)形式是科學(xué)、合理的。

[1]趙同新，高霈生.深基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：地震出版社，2010.

[2]YB9258-97，建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：冶金工業(yè)出版社，1998.

[3]JGJ120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[4]GB50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.