淺談某核電站核島基坑邊坡支護(hù)及監(jiān)測(cè)

文/董林博、劉霖 中核工程公司福清核電項(xiàng)目部 福建福清 350318

1、工程概況

該核電站核島廠房基坑開挖最大深度為18.6m，最小開挖深度為4.8m?；娱L(zhǎng)度約167m，寬度78m，基坑支護(hù)主要包括核島廠房基坑邊坡、常規(guī)島廠房基坑邊坡和汽車坡道兩側(cè)邊坡，需支護(hù)處理的總面積約7000m2。

工程開挖深度范圍內(nèi)，主要分布著淺肉紅色、深灰色的第⑤層花崗片麻巖，上部以強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化巖為主，下部以中風(fēng)化和微風(fēng)化巖為主，局部全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化從上至下交替出現(xiàn)，部分地段夾存著第⑥層灰綠色的斜長(zhǎng)角閃巖。

2、深基坑邊坡支護(hù)施工技術(shù)

核島深基坑邊坡支護(hù)施工過程中，施工單位在充分考慮現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、基坑支護(hù)的難易度、施工成本、施工工期、施工質(zhì)量、安全等因素的前提下，在與設(shè)計(jì)方、總承包方、監(jiān)理單位以及建設(shè)單位溝通后，決定采用預(yù)應(yīng)力筋張拉和封錨施工技術(shù)、土釘墻支護(hù)施工技術(shù)、錨噴支護(hù)施工技術(shù)相結(jié)合的方法。

2.1 核島廠房基坑邊坡支護(hù)技術(shù)

核島廠房基坑開挖深度18.6m，基坑地質(zhì)狀況比較復(fù)雜，在深度范圍內(nèi)上部為強(qiáng)風(fēng)化層，下部進(jìn)入中風(fēng)化層。根據(jù)不同地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)安排，反應(yīng)堆廠房、乏燃料廠房基坑邊坡采用預(yù)應(yīng)力筋張拉和封錨施工技術(shù)、土釘墻支護(hù)施工技術(shù)、錨噴支護(hù)施工技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行處理，核輔助廠房采用土釘墻支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行處理，方法如下：

2.1.1 第一段基坑支護(hù)方法

第一段基坑與綜合管廊相連接挖通，綜合管廊挖深5.25m，故此段實(shí)際支護(hù)高度為13.35m，根據(jù)地勘報(bào)告顯示，上部有1～2m的強(qiáng)風(fēng)化層，余下部分已基本進(jìn)入中風(fēng)化層，支護(hù)方法為：上部2.65m范圍采用1：0.76放坡且采用錨噴處理，下部10.7m采用預(yù)應(yīng)力筋張拉和封錨施工技術(shù)和土釘墻支護(hù)施工技術(shù)相結(jié)合處理。

1）預(yù)應(yīng)力錨索、土釘設(shè)計(jì)

錨索設(shè)計(jì)在基坑深度9.75m、13.75m深度處的位置，錨索孔徑設(shè)計(jì)為φ100mm和φ90mm，采用壓力型工作方式，全長(zhǎng)注漿，每根錨索設(shè)計(jì)最大破壞軸力為480KN，實(shí)際計(jì)算拉力255KN，施加預(yù)應(yīng)力的值為200KN。

錨索端部采用一根18#槽鋼連接，壓在面層鋼筋網(wǎng)靠近基坑內(nèi)一側(cè)，與噴射混凝土面板合為一體，錨頭端部用100×150×15mm鋼板壓住槽鋼，鋼板外用錨具鎖定。對(duì)所有外露的鐵件噴射30mm的混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C20。具體錨索及土釘支護(hù)參數(shù)如表1。

表1 第一段錨索與土釘支護(hù)參數(shù)表

2）豎向方樁設(shè)計(jì)

基坑面豎向方向兩道錨索間采用一根400×400方樁連接，方樁兩端在長(zhǎng)度方向均超出錨索0.5m，全長(zhǎng)為5m，方樁間距3m。施工時(shí)，將坡面開挖出豎向的400×400溝槽，綁好鋼筋，采用噴射混凝土澆注，強(qiáng)度C25。方樁鋼筋采用8根HRB335φ18鋼筋，箍筋采用HRB235φ8鋼筋，間距200mm。

3）面層參數(shù)設(shè)計(jì)

面層采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土處理。方樁頂面以上4m，底面以下范圍，采用HRB235φ6鋼筋網(wǎng)間距200х200mm，噴射混凝土80mm厚進(jìn)行處理，土釘水平向用HRB335φ12鋼筋焊接，坡頂卷邊1m寬。腰部方樁長(zhǎng)度方向5m范圍內(nèi)采用HRB335φ12鋼筋網(wǎng)噴射混凝土100mm厚進(jìn)行處理，土釘水平向用HRB335φ12鋼筋焊接。噴射混凝土強(qiáng)度為C20。

2.1.2 第二、三、四段基坑支護(hù)方法

第二、三段基坑挖深為12.1m，開挖坡度為1：0.3，第四段與進(jìn)入基坑內(nèi)的汽車坡道平行，距離汽車坡道邊沿5.5m，汽車坡道上升的坡度大約為10%；基坑的邊坡是從3m到7.5m逐漸遞增，此段采用1：0.4放坡，基坑支護(hù)方法采用土釘墻支護(hù)施工技術(shù)。

采用水平間距、垂直間距都為2m、長(zhǎng)度為3m的HRB335φ12的土釘，坡面采用HRB235φ6鋼筋網(wǎng)間距200х200mm，噴射C20混凝土80mm厚進(jìn)行處理，土釘水平方向用φ12鋼筋焊接。

2.1.3 第二、三段基坑支護(hù)方法

根據(jù)地勘報(bào)告顯示，第二、三段上部只有2～3m的強(qiáng)風(fēng)化層，大部分為中風(fēng)化層，經(jīng)過鉆孔取樣分析，強(qiáng)風(fēng)化層埋深約在6～8m左右，邊坡坡度為1：0.2，故此段上部采用預(yù)應(yīng)力筋張拉和封錨施工技術(shù)下部采用土釘墻支護(hù)施工技術(shù)。

錨索設(shè)計(jì)在絕對(duì)標(biāo)高為-4.9m、-7.9m、-10.9m處的位置，錨索孔徑設(shè)計(jì)為φ100mm、φ90mm，采用壓力型工作方式，全長(zhǎng)注漿，每根錨索設(shè)計(jì)最大破壞軸力為480KN，實(shí)際計(jì)算拉力380KN，施加預(yù)應(yīng)力的值為250KN。錨索端部采用一根18#槽鋼連接，壓在面層鋼筋網(wǎng)靠近基坑內(nèi)一側(cè)，與噴射混凝土面層合為一體，錨頭端部用100×150×15mm鋼板壓住槽鋼，鋼板外用錨具鎖定。錨索與土釘設(shè)計(jì)參數(shù)如表2。

表2 第四段錨索與土釘支護(hù)參數(shù)表

（2）豎向方樁設(shè)計(jì)

基坑面豎向方向兩道錨索間采用一根400×400方樁連接，方樁兩端在長(zhǎng)度方向均超出錨索0.5m，全長(zhǎng)為7m，方樁間距3m。施工時(shí)，將坡面開挖出豎向的400×400溝槽，綁好鋼筋，采用噴射混凝土澆筑，強(qiáng)度等級(jí)為C25。方樁鋼筋采用8根HRB335φ18螺紋鋼筋，箍筋采用HRB235φ8鋼筋，間距200mm。

（3）面層參數(shù)設(shè)計(jì)

方樁頂面以上2.5m、底面以下范圍，采用HRB235φ6鋼筋網(wǎng)間距200х200mm，噴射混凝土100mm厚進(jìn)行處理，土釘水平向用HRB335φ12鋼筋焊接，腰部方樁長(zhǎng)度方向7m范圍內(nèi)采用HRB335φ12鋼筋網(wǎng)間距200х200mm，噴射混凝土100mm厚進(jìn)行處理。噴射混凝土強(qiáng)度為C20。

3、監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

施工單位在基坑邊坡支護(hù)施工完成后，為了隨時(shí)能掌握邊坡土體變形情況、支護(hù)施工質(zhì)量情況，確保在基坑內(nèi)施工安全，進(jìn)行了邊坡位移及沉降監(jiān)測(cè)、錨索和土釘?shù)膬?nèi)力監(jiān)測(cè)。具體的監(jiān)測(cè)方法如下：

3.1 位移監(jiān)測(cè)

沿基坑周邊共設(shè)立8個(gè)水平位移觀察點(diǎn)，用以觀察基坑邊頂端的水平位移， 采用精密經(jīng)緯儀按照視準(zhǔn)線法進(jìn)行測(cè)量?？稍谙鄳?yīng)測(cè)點(diǎn)鉆孔1m深，插入一根直徑20mm的鋼筋，孔中灌注水泥漿，鋼筋外漏10cm，頂部用鋼鋸鋸一“十”字刻痕。

水平位移的觀測(cè)可提供基坑邊坡的水平變形量、變形速率和變形分布信息，進(jìn)而可分析基坑邊壁的穩(wěn)定性?；铀轿灰祁A(yù)警值為0.3%，不同深度水平位移預(yù)警值統(tǒng)計(jì)表如表3。

表3 不同深度水平位移預(yù)警值統(tǒng)計(jì)表

3.2 沉降監(jiān)測(cè)

在基坑第二段及第四段中間位置設(shè)立兩個(gè)沉降觀察點(diǎn)。沉降監(jiān)測(cè)采用光學(xué)水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。沉降位移觀測(cè)點(diǎn)，可在相應(yīng)測(cè)點(diǎn)鉆孔1m深，插入一根直徑20mm的鋼筋，孔中灌注水泥漿，鋼筋外漏10cm，頂部刻“十”字刻痕。邊坡不同深度位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)報(bào)給設(shè)計(jì)，由設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)是否合格。

3.3 錨索、土釘內(nèi)力監(jiān)測(cè)

在基坑第一段錨索支護(hù)段中間位置，分別設(shè)置一組錨索內(nèi)力測(cè)試傳感器，用來監(jiān)測(cè)土釘、錨索的內(nèi)力工作狀態(tài)。

基坑監(jiān)測(cè)中錨索內(nèi)力監(jiān)測(cè)值可根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算書中的計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，實(shí)際值等于計(jì)算值時(shí)要立即通知設(shè)計(jì)人員，并且立即停工。

土釘、錨索內(nèi)力監(jiān)測(cè)采用與設(shè)計(jì)的土釘、錨索軸力大小相一致的鋼弦式測(cè)力計(jì)，設(shè)置時(shí)將測(cè)試傳感器壓在錨頭和鋼墊板之間，測(cè)量信號(hào)通過導(dǎo)線輸出到地面，用專門的接受儀器。土體不同深度位移檢測(cè)采用測(cè)斜儀（航天工業(yè)總公司三院出產(chǎn)的CX-01測(cè)斜儀）。

測(cè)斜管采用直徑φ71制式測(cè)斜管，測(cè)量時(shí)通過一種專用的以石英撓性加速度計(jì)為敏感元件的滑動(dòng)式測(cè)斜儀順入測(cè)斜管中，它可以把被測(cè)物體變形量的大小和變形方向，以電壓形式的信號(hào)輸出，通過測(cè)斜儀連接的導(dǎo)線輸出到地面的接受儀器。安裝時(shí)先在相應(yīng)測(cè)點(diǎn)鉆一直徑為100mm的鉆孔，將測(cè)斜管放入孔中，測(cè)斜管十字導(dǎo)槽與基坑邊垂直，然后灌注水泥漿固定。

3.4 監(jiān)測(cè)頻率

測(cè)斜管埋設(shè)、地面沉降與地面水平位移觀測(cè)的布點(diǎn)工作應(yīng)與基坑開挖放線工作同時(shí)進(jìn)行，并在基坑開挖第二層土體前進(jìn)行一次測(cè)量，建立所有測(cè)點(diǎn)的初始數(shù)據(jù)，這樣可以避免太多的干擾，在開挖過程中根據(jù)施工進(jìn)度每開挖一層、每天觀測(cè)一次。

錨索內(nèi)力的測(cè)試工作在開挖和支護(hù)過程中進(jìn)行。在開挖過程中根據(jù)施工進(jìn)度每開挖一層、每天觀測(cè)一次。

監(jiān)測(cè)工作在基坑開挖與支護(hù)結(jié)束后維持一個(gè)星期,一個(gè)星期后按照每月觀測(cè)一次，直至基坑回填。

結(jié)論：

“ 噴錨支護(hù)技術(shù)”應(yīng)用于深基坑邊坡支護(hù)，由于其經(jīng)濟(jì)、快速、安全可靠等優(yōu)勢(shì)，近10幾年來得到了高速的發(fā)展，但同時(shí)也看到，由于巖土介質(zhì)的不均勻性，和“噴錨支護(hù)技術(shù)”的不確定性，以及其理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)狀，工程事故也在不斷的發(fā)生，特別是在軟土地區(qū)及高含水地區(qū)，該技術(shù)的應(yīng)用受到了很大的限制，不斷發(fā)生的工程事故也對(duì)該技術(shù)的推廣留下了很多陰影，針對(duì)這些事故進(jìn)行原因分析，不難發(fā)現(xiàn)主要由“噴錨支護(hù)技術(shù)”選擇不當(dāng)和不重視邊坡監(jiān)測(cè)引起的。

該核電站核島深基坑邊坡支護(hù)在工程期初就與設(shè)計(jì)方、總承包方、監(jiān)理方、和建設(shè)方進(jìn)行多次討論、協(xié)商，并邀請(qǐng)外部專家進(jìn)行評(píng)審、論證，確定最終實(shí)施方案；同時(shí)工程從策劃到完工整個(gè)過程都嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)，為工程施工安全提供了保障。