臨江圓礫層基坑防護(hù)及截水措施設(shè)計(jì)探討

石盼 羅安民 覃家琪

摘要：文章以廣西百色某臨江富水圓礫層基坑支護(hù)設(shè)計(jì)為例，利用錨固防護(hù)結(jié)合高壓擺噴截水帷幕對該圓礫層基坑進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)，并通過設(shè)計(jì)方案驗(yàn)算，驗(yàn)證了高壓擺噴注漿措施具備良好的截水效果，格梁錨固防護(hù)措施具備可實(shí)施性，在經(jīng)濟(jì)上、工期上都具備較大的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：基坑;高壓擺噴;錨固防護(hù)

0 引言

臨江基坑直臨江水，與江水有著緊密的水動力聯(lián)系，地下水滲流場十分復(fù)雜，往往面臨著地下水控制的問題，尤其是在透水性地層中。一般基坑地下水控制措施主要分為降水與截水兩個方面，在臨江透水性地層中采用降水，往往達(dá)不到很好的效果，而過度降水又會誘發(fā)基坑巖土體的滲流變形，進(jìn)一步發(fā)生基坑安全事故[1-3]。

本文在結(jié)合地質(zhì)條件以及工程特點(diǎn)的前提下，利用錨固防護(hù)結(jié)合高壓擺噴截水帷幕對一處臨江富水圓礫層基坑進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)。

1 工程概況

廣西百色右江沿岸綜合整治工程配套的設(shè)備房及吸水槽位于東合大橋南岸西側(cè)約300 m處，北側(cè)臨近右江，南側(cè)臨近環(huán)島一路。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，設(shè)備房基坑底部長55.70 m，寬16.60 m，基坑底高程為112.50 m，最大挖深約19.00 m;吸水槽區(qū)延伸至河床約27 m，位于設(shè)備房基坑北側(cè)，需整平后反向開挖施工，基底高程為111.00 m，基坑底部長41.00 m，寬10.50 m，挖深6.00 m，需進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)。

基坑所在場地位于廣西百色市右江南岸、東合大橋上游約105 m，右江河床寬約353 m，勘察期河水水位高程約115.50 m，基坑所處的右江南岸為沖刷岸，岸坡高度約15 m，坡度約45°～60°，場地地貌類型為右江二級階地。設(shè)備房建設(shè)場地內(nèi)的巖土層主要為粉質(zhì)黏土（Q4al）、圓礫（Q4al+pl）和泥巖（E）。見表1。

場地內(nèi)的地下水主要為孔隙潛水，主要賦存于圓礫層中，受河水及相鄰含水層的側(cè)向補(bǔ)給，水量大，水位統(tǒng)一，勘察期間測得穩(wěn)定水位高程為113.258～116.708 m，年水位變化幅度為3～5 m，水量豐富。與右江河水有一定連通性，地下水水位隨河水位變化而變化。

2 基坑防護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，本基坑主要需解決的問題有以下三點(diǎn)：

2.1.1 基坑開挖

設(shè)備房基坑臨近右江，周邊未分布建筑物及管線，基坑南側(cè)環(huán)島一路距基坑底部約30 m，因此基坑開挖具備一定的放坡條件，可利用放坡開挖與支擋結(jié)構(gòu)結(jié)合的手段對設(shè)備房基坑進(jìn)行防護(hù)。吸水槽基坑位于右江河床內(nèi)，須先進(jìn)行回填再開挖，由于吸水槽基坑?xùn)|、西、北三側(cè)開挖后形成臨時圍堰，因此可利用放坡開挖與支擋結(jié)構(gòu)結(jié)合的手段對吸水槽基坑進(jìn)行防護(hù)。

2.1.2 截水處治

擬防護(hù)基坑臨近右江，勘察期間右江水面位高程在115.00～116.00 m變動，臨江一側(cè)地勢較低，高程為116.00～117.00 m，吸水槽基坑已經(jīng)伸入右江內(nèi)，設(shè)計(jì)基底高程為111.00 m，汛期右江水位上漲很可能會使得江水倒灌入基坑內(nèi)。另外，場地地下水與地表水聯(lián)系密切，并且場地內(nèi)存在圓礫層，以及伸入右江的填土層，滲透性較強(qiáng)，勘察期間地下水高水位為116.70 m，位于圓礫層中部，該地層富水性中等，存在管涌的隱患。所以須對基坑設(shè)置地表圍擋及進(jìn)行地下截水處治。

2.1.3 基坑邊坡防護(hù)

設(shè)備房基坑開挖深度最深達(dá)19.00 m，開挖后基坑邊坡由黏土、圓礫及泥巖組成，圓礫層的粘聚力較低，抗剪強(qiáng)度較低，基坑邊坡存在整體失穩(wěn)的風(fēng)化帶;吸水槽基坑開挖后邊坡主要由人工填土、黏土、圓礫組成，人工填土、圓礫層的粘聚力較低，抗剪強(qiáng)度較低，基坑邊坡存在整體失穩(wěn)的風(fēng)化帶;需對基坑邊坡巖土體進(jìn)行錨固或支擋防護(hù)，保證基坑邊坡的安全穩(wěn)定。

2.2 基坑防護(hù)設(shè)計(jì)方案簡介

根據(jù)2.1小節(jié)的設(shè)計(jì)思路，擬防護(hù)基坑的防護(hù)設(shè)計(jì)方案簡介如下：

2.2.1 基坑開挖方案

設(shè)備房基坑?xùn)|西兩側(cè)及南側(cè)以1∶0.5的坡比分兩級放坡開挖，第1級垂直高度為9 m，第2級垂直高度為10 m，中部留設(shè)1 m平臺;由于設(shè)備房北側(cè)的吸水槽建設(shè)區(qū)域已延伸至右江河床，故設(shè)備房基坑北側(cè)建議按117 m高度進(jìn)行整平，整平后設(shè)備房基坑北側(cè)按1∶1的坡比放坡施工;吸水槽東、西、北三側(cè)需先按1∶1.5坡比填筑至117 m高程截水處治，再對吸水槽基坑?xùn)|、西、北三側(cè)按1∶1.5的坡比開挖施工，吸水槽基坑南側(cè)臨近江岸，主要由圓礫層組成，按1∶1的坡比開挖。

2.2.2 基坑截水設(shè)計(jì)

根據(jù)場地的水文地質(zhì)條件，基坑的截水設(shè)計(jì)分為地表隔水圍堰及地下截水幕墻兩部分。地表隔水圍堰設(shè)置于吸水槽基坑?xùn)|、西、北三側(cè)，圍堰頂寬3.0 m，高程為117.00 m，以1∶1.5的坡比例用黏土填筑，于頂部運(yùn)用高壓擺射灌漿的工藝形成截水幕墻。地下截水幕墻采用高壓擺射灌漿的工藝形成幕墻，高壓擺射灌漿主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：灌注方式為三管法折接形式;灌注鉆孔單排布設(shè)，中心間距為1.2 m;灌注孔孔徑為130 mm;擺動角度為30°;提升速度為6～8 cm/min。

2.2.3 基坑邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)

邊坡頂部及中部由黏土及圓礫層構(gòu)成，底部由強(qiáng)風(fēng)化泥巖構(gòu)成，邊坡主體屬土質(zhì)邊坡，按1∶0.5的坡比分兩級放坡開挖后，基坑?xùn)|西兩側(cè)及南側(cè)最大開挖深度約19.00 m，邊坡整體高度較大，如不增加防護(hù)措施無法保證基坑邊坡的穩(wěn)定性。因此，本設(shè)計(jì)采用錨索格梁及錨桿+掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土的方案對基坑邊坡進(jìn)行防護(hù)。主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

（1）基坑?xùn)|西兩側(cè)及南側(cè)邊坡布設(shè)9排錨索，第1級邊坡設(shè)置5排25 m長錨索，錨固段長10 m，間距為2.5 m×2.0 m，第2級邊坡設(shè)置4排20 m長錨索，錨固段長10 m，間距為2.5 m×2.5 m，錨索間利用35～40 cm錨桿連接成整體，各格梁單元中部設(shè)置1根12 m長錨桿，錨桿間呈梅花形布設(shè)，間距為2.5 m×2.5 m，坡面采用掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土防護(hù)，鋼筋網(wǎng)采用16 mm HRB400鋼筋，間距為20 cm×20 cm，噴射混凝土等級為C30，厚20 cm。

（2）基坑北側(cè)按設(shè)計(jì)方案1∶1的坡率開挖后，形成的邊坡高度為4.5 m，屬低緩邊坡，但邊坡主體由抗沖刷能力差的圓礫層構(gòu)成，需進(jìn)行坡面防護(hù)。設(shè)計(jì)采用4.5 m錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土對坡面進(jìn)行防護(hù)，鋼筋網(wǎng)采用16 mm HRB400鋼筋，間距為20 cm×20 cm，噴射混凝土等級為C30，厚20 cm。

（3）吸水槽基坑?xùn)|西兩側(cè)及北側(cè)按1∶1.5的坡率、南側(cè)按1∶1的坡率開挖后，形成6.0 m高度的邊坡，坡度較緩，但人工填土強(qiáng)度相對較差，抗沖刷能力差，需進(jìn)行坡面防護(hù)。設(shè)計(jì)采用3.0 m錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土對坡面進(jìn)行防護(hù)，鋼筋網(wǎng)采用12 mm HRB400鋼筋，間距為10 cm×10 cm，噴射混凝土等級為C30，厚10 cm。

3 設(shè)計(jì)方案驗(yàn)算

3.1 滲透穩(wěn)定性驗(yàn)算

擬防護(hù)基坑臨近右江，基坑底高程低于右江常水位，基坑受地表水與地下水雙重因素的影響，在此選取基坑北側(cè)作為地表水滲透驗(yàn)算模型，選取基坑南側(cè)作為地下水滲透驗(yàn)算模型，分別驗(yàn)算基坑在采取截水防護(hù)措施前后的滲透穩(wěn)定性。基坑流土穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算公式采用《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）[4]附錄C中的公式C.0.2。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，未設(shè)置截水幕墻前，基坑底部存在地下水及地表水滲透突涌的風(fēng)險大，經(jīng)高壓擺噴灌漿后，基坑流土穩(wěn)定安全系數(shù)均能達(dá)到《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）附錄C中的相關(guān)要求。

3.2 基坑邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，結(jié)合現(xiàn)場條件，選擇設(shè)備房基坑南側(cè)19 m挖方高度的邊坡作為典型斷面分別計(jì)算按1∶0.5坡率分兩級開挖后未加防護(hù)、錨固防護(hù)正常工況、錨固防護(hù)強(qiáng)降雨工況及錨固防護(hù)地震工況下的安全系數(shù)并搜索最危險滑動面。

利用理正巖土計(jì)算系列軟件6.5版中邊坡穩(wěn)定性分析模塊，采用Bishop法搜索最危險圓弧滑動面并計(jì)算其安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表3（具體計(jì)算過程見邊坡穩(wěn)定性計(jì)算圖）。

從驗(yàn)算結(jié)果可以看出，按設(shè)計(jì)坡比開挖后，如若不采取防護(hù)措施，正常工況下基坑邊坡的穩(wěn)定性不能滿足《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中對基坑邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的最低要求，基坑邊坡欠穩(wěn)定，需要采取防護(hù)措施。經(jīng)過錨索格梁+錨桿掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù)后，基坑邊坡穩(wěn)定性可以滿足《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中對基坑邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的最低要求，錨索格梁+錨桿掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù)設(shè)計(jì)是合理的。

3.3 掛網(wǎng)噴混凝土配筋驗(yàn)算

根據(jù)理正巖土計(jì)算軟件超級土釘墻計(jì)算噴射混凝土面積，每單元鋼筋配筋所需截面面積為As=400 mm2，實(shí)際配筋截面面積為As=502.7 mm2，滿足配筋要求。

4 結(jié)語

（1）基坑施工開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，坑底干燥無積水，坑壁未發(fā)生變形開裂，基坑防護(hù)及截水措施設(shè)計(jì)是成功的。

（2）高壓擺噴注漿做截水帷幕較高壓旋噴截水帷幕在臨江圓礫層地區(qū)更具經(jīng)濟(jì)性，并具備同樣的截水效果。

（3）各項(xiàng)驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求，該套設(shè)計(jì)方案可為今后類似地層及區(qū)域的基坑防護(hù)設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張彥彬，王 冠，李俊衛(wèi)，等.富水圓礫地層基坑降水對地表沉降的影響分析[J]. 建設(shè)科技，2017（15）：105-108.

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[3]王其升. 高壓擺噴灌漿技術(shù)在圍堰防滲中的應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2004（S2）：5 248-5 252.

[4]JGJ120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

收稿日期：2020-06-05