北京東壩污水處理廠基坑支護(hù)設(shè)計(jì)*

莊修偉

北京首創(chuàng)生態(tài)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司 100044

1 工程概況

北京東壩污水處理廠位于壩河以南，機(jī)場(chǎng)二高速以東。根據(jù)規(guī)劃，本工程的升級(jí)改造采用地下式污水處理廠［1］的建設(shè)模式。其中，地下一層為鋼筋混凝土池體，地上一、二層為生產(chǎn)用房，三～五層為綜合用房。整體規(guī)劃建設(shè)形式見(jiàn)圖1。

圖1 東壩污水處理廠建設(shè)形式Fig.1 Construction form of dongba wastewater treatment plant

2 工程與水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)野外鉆探、原位測(cè)試及室內(nèi)土工試驗(yàn)成果的綜合分析，本次勘探深度（45.0m）范圍內(nèi)的地層劃分為人工填土層、新近沉積層及一般第四紀(jì)沖洪積層，在水平向及垂直向上地層分布比較穩(wěn)定。

各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1，建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)剖面見(jiàn)圖2。

圖2 建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)剖面Fig.2 Geological section of construction site

表1 各土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of main physical and mechanical properties of each soil layer

2.2 水文地質(zhì)

本次勘察鉆探深度范圍內(nèi)觀測(cè)到二層地下水，第一層地下水類型為潛水，主要含水層為黏質(zhì)粉土～砂質(zhì)粉土②層及夾層、細(xì)砂③層，主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水和地下徑流，主要排泄方式為蒸發(fā)及側(cè)向徑流。穩(wěn)定水位標(biāo)高16.15m～17.12m。

該場(chǎng)地第二層地下水類型為微承壓水，主要含水層為黏質(zhì)粉土～砂質(zhì)粉土④層及其夾層，主要補(bǔ)給來(lái)源為地下徑流，主要排泄方式為側(cè)向徑流。穩(wěn)定水位標(biāo)高4.27m～5.52m。

地下水位自7月份開(kāi)始上升，9至10月份達(dá)到當(dāng)年最高水位，隨后逐漸下降，至次年的6月份達(dá)到當(dāng)年的最低水位，平均年變幅約1m～2m。

擬建場(chǎng)地歷年最高地下水位位于自然地表，近3～5年最高地下水位位于自然地表以下3.5m（絕對(duì)標(biāo)高21.00m）左右。

3 基坑概況

污水廠現(xiàn)狀地面標(biāo)高約24.700m，基坑開(kāi)挖底標(biāo)高為11.100m～18.700m，長(zhǎng)約156m，寬約50m。基坑開(kāi)挖面積約7800m2，周長(zhǎng)約410m。其中基坑西南側(cè)為預(yù)處理提升泵房，坑底標(biāo)高11.100m，周邊坑底標(biāo)高18.700m?；幼笙陆强拷F(xiàn)狀二層綜合樓，基坑邊緣距離綜合樓外墻邊緣約5.0m，在污水處理廠施工期間，需確保綜合樓正常安全使用?；悠矫娌贾靡?jiàn)圖3。

圖3 基坑平面布置圖Fig.3 Layout plan of foundation pit

4 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120—2012）［2］，對(duì)于靠近綜合樓位置的基坑支護(hù)，安全等級(jí)定為一級(jí)，重要性系數(shù)1.1；其他位置的基坑支護(hù)，安全等級(jí)定為二級(jí)，重要性系數(shù)1.0。整體采用排樁支護(hù)和放坡的形式，止水帷幕布置在樁間，均采用直徑800mm的高壓旋噴樁。

支擋結(jié)構(gòu)嵌固穩(wěn)定性要求［2］：

式中：Kem為嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)，安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)時(shí)，Kem分別不應(yīng)小于1.25、1.2、1.15。

支擋結(jié)構(gòu)抗隆起穩(wěn)定性要求［2］：

式中：Khe為抗隆起安全系數(shù)，安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)時(shí)，Khe分別不應(yīng)小于1.8、1.6、1.4。

4.1 高低差位置

高低差位置處的高差較低，均采用1∶1放坡并噴射80mm厚C20素混凝土的放坡形式。

4.2 普通基坑位置

（1）對(duì)于底標(biāo)高為14.620m和15.300m的基坑，采用樁錨支護(hù)形式，基坑支護(hù)剖面見(jiàn)圖4。其中，灌注樁為φ800@1650，采用兩道3s15.2預(yù)應(yīng)力錨索，1860級(jí)，水平間距1650mm，一樁一錨。第一道錨索L＝20m（自由段8m，錨固段12m），軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值200kN，鎖定值180kN，錨固體直徑150mm；第二道錨索L＝19m（自由段6m，錨固段13m），軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值230kN，鎖定值200kN，錨固體直徑150mm。

圖4 基坑支護(hù)剖面圖一Fig.4 Section1of foundation pit support

根據(jù)彈性法計(jì)算結(jié)果包絡(luò)圖，位移ωmax＝-25.06mm；基坑內(nèi)外側(cè)彎矩Mmax分別為-614.23kN·m和362.23kN·m、剪力Vmax分別為-276.42kN和279.30kN。

Kem＝1.262＞1.2，嵌固深度滿足規(guī)范要求；Khe＝4.622＞1.6，抗隆起穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

（2）對(duì)于底標(biāo)高為16.530m和18.700m的基坑，采用樁錨支護(hù)形式，基坑支護(hù)剖面見(jiàn)圖5。其中，灌注樁采用φ800@1650，采用一道3s15.2預(yù)應(yīng)力錨索，1860級(jí)，水平間距1650mm，一樁一錨，錨索L＝17.5m（自由段5.5m，錨固段12m），軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值200kN，鎖定值180kN，錨固體直徑150mm。

圖5 基坑支護(hù)剖面圖二Fig.5 Section2of foundation pit support

根據(jù)彈性法計(jì)算結(jié)果包絡(luò)圖，位移ωmax＝-18.21mm；基坑內(nèi)外側(cè)彎矩Mmax分別為-251.40kN·m和320.03kN·m、剪力Vmax分別為-159.55kN和144.11kN。

Kem＝1.469＞1.2，嵌固深度滿足規(guī)范要求；Khe＝6.734＞1.6，抗隆起穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

4.3 提升泵房坑中坑位置

1.坑內(nèi)位置

基坑底標(biāo)高11.100m，坑定標(biāo)高18.700m，坑深7.60m，采用樁錨支護(hù)形式，基坑支護(hù)剖面見(jiàn)圖6。其中，灌注樁為φ800@1500，采用一道3s15.2預(yù)應(yīng)力錨索，1860級(jí)，水平間距1500mm，一樁一錨，錨索L＝24m（自由段6m，錨固段18m），軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值280kN，鎖定值230kN，錨固體直徑150mm。

圖6 基坑支護(hù)剖面圖三Fig.6 Section3of foundation pit support

根據(jù)彈性法計(jì)算結(jié)果包絡(luò)圖，位移ωmax＝-13.26mm；基坑內(nèi)外側(cè)彎矩Mmax分別為-348.48kN·m和136.26kN·m；剪力Vmax分別為-176.35kN和207.12kN。

Kem＝1.421＞1.2，嵌固深度滿足規(guī)范要求；Khe＝5.423＞1.6，抗隆起穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

2.坑中坑左側(cè)

上部基坑坑頂標(biāo)高24.70m，坑底標(biāo)高18.70m，坑深6m；下部坑頂標(biāo)高18.70m，坑底標(biāo)高11.10m，坑深7.60m。上下均采用樁錨支護(hù)形式，基坑支護(hù)剖面見(jiàn)圖7。

圖7 基坑支護(hù)剖面圖四Fig.7 Section4of foundation pit support

上部灌注樁為φ800@1650，采用一道3s15.2預(yù)應(yīng)力錨索，1860級(jí)，水平間距1650mm，一樁一錨，錨索L＝21m（自由段5.5m，錨固段15.5m），軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值220kN，鎖定值190kN，錨固體直徑150mm。

下部灌注樁為φ800@1500，采用一道3s15.2預(yù)應(yīng)力錨索，1860級(jí)，水平間距1500mm，一樁一錨，錨索L＝24m（自由段6.5m，錨固段17.5m），軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值280kN，鎖定值230kN，錨固體直徑150mm。

上部計(jì)算結(jié)果同基坑支護(hù)剖面圖二。

下部根據(jù)彈性法計(jì)算結(jié)果包絡(luò)圖，位移ωmax＝-15.0mm；基坑內(nèi)外側(cè)彎矩Mmax分別為-429.60kN·m和150.39kN·m、剪力Vmax分別為-221.28kN和235.331kN。

Kem＝1.209＞1.2，嵌固深度滿足規(guī)范要求；Khe＝4.393＞1.6，抗隆起穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

3.靠近綜合樓位置

上部基坑坑頂標(biāo)高24.70m，坑底標(biāo)高18.70m，坑深6m；下部坑頂標(biāo)高18.70m，坑底標(biāo)高11.10m，坑深7.60m。

由于綜合樓距離基坑較近，且復(fù)合樁基不能承受水平變形，對(duì)基坑支護(hù)的位移要求較高。

（1）方案一

第一階段上部基坑支護(hù)先采用灌注樁φ800@1650懸臂支護(hù)＋回填土臺(tái)反壓［3］；下級(jí)基坑支護(hù)采用樁錨形式，灌注樁為φ800@1500，采用一道3s15.2預(yù)應(yīng)力錨索，1860級(jí)，水平間距1500mm，一樁一錨，見(jiàn)圖8a。

第二階段在18.7m位置的構(gòu)筑物底板澆筑完成并達(dá)到強(qiáng)度后拆除上部基坑的反壓土臺(tái)，將上部基坑支護(hù)改用φ609×16鋼管支撐＋φ800@1650灌注樁支護(hù)，見(jiàn)圖8b。

圖8 方案一支護(hù)剖面Fig.8 Section view of scheme I

（2）方案二

上部基坑支護(hù)采用φ800雙排灌注樁懸臂支護(hù)，前排樁水平中心距1100mm，后排樁水平中心距2200mm，前后排樁中心間距1800mm。

下部基坑支護(hù)采用樁錨支護(hù)形式，灌注樁為φ800@1500，采用一道3s15.2預(yù)應(yīng)力錨索，1860級(jí)，水平間距1500mm，一樁一錨，錨索L＝24m（自由段6m，錨固段18m），軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值280kN，鎖定值230kN，錨固體直徑150mm。

基坑支護(hù)剖面見(jiàn)圖9。

圖9 方案二剖面Fig.9 Section view of schemeⅡ

上部根據(jù)彈性法計(jì)算結(jié)果包絡(luò)圖，位移ωmax＝-12.91mm；基坑內(nèi)外側(cè)彎矩Mmax分別為-190.58kN·m和111.77kN·m、剪力Vmax分別為-93.95kN和108.10kN。

Kem＝1.254＞1.25，嵌固深度滿足規(guī)范要求。

下部計(jì)算結(jié)果同基坑支護(hù)剖面圖四。

懸臂式支擋結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算。

對(duì)比方案一和方案二：1）從實(shí)施難度和工期比較，方案一的回填土臺(tái)、鋼管支撐安裝施工難度大，費(fèi)事費(fèi)力，且需等待底板施工結(jié)束后方可進(jìn)行，嚴(yán)重影響施工工期。方案二的基坑支護(hù)與池體結(jié)構(gòu)完全脫開(kāi)，支護(hù)與池體結(jié)構(gòu)之間關(guān)系清晰；施工方面省時(shí)省力、且方便快捷。但雙排樁靠近綜合樓，灌注樁施工需考慮對(duì)綜合樓地基的影響，經(jīng)與施工單位溝通，總體可控。2）從經(jīng)濟(jì)性比較，方案一措施費(fèi)較高；方案二工程費(fèi)較高，綜合比較，兩者相當(dāng)。

整體考慮，該局部基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用方案二。

4.4 基坑監(jiān)測(cè)

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497—2019）［4］，本基坑工程共布置25個(gè)樁頂水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，間距不大于20m。一級(jí)基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警值取基坑深度的0.25%，絕對(duì)值不大于25mm，變化速率2mm/d；二級(jí)基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警值取基坑深度的0.4%，絕對(duì)值不大于40mm，變化速率3mm/d。

本工程主體結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)完成竣工驗(yàn)收，通過(guò)對(duì)基坑變形監(jiān)測(cè)資料的分析，本次基坑靠近綜合樓位置樁頂最大水平位移為2.55mm，其他地方樁頂最大水平位移為14.45mm。說(shuō)明本基坑工程設(shè)計(jì)完全滿足工程要求，安全可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

1.結(jié)合地質(zhì)情況、周邊環(huán)境、基坑深度等因素分別確定基坑支護(hù)形式，使得工程方案更加經(jīng)濟(jì)合理。

2.靠近綜合樓位置的基坑支護(hù)通過(guò)方案對(duì)比分析，在滿足安全性的同時(shí)，使實(shí)施方案更具時(shí)效性和經(jīng)濟(jì)性。

3.對(duì)比計(jì)算結(jié)果和基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)完全滿足實(shí)際工程的安全穩(wěn)定性要求，可作為成功案例為后續(xù)類似工程提供實(shí)用參考。