某項(xiàng)目基坑截排水及高邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)研究

潘 珂

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 廣州 510010）

0 前言

隨著我國(guó)城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，高層建筑、市政廣場(chǎng)、地鐵車站等大型工程日益增多，城市用地日趨緊張，大規(guī)模的工程建設(shè)活動(dòng)早已由市中心、老城區(qū)轉(zhuǎn)移到城市市郊。我國(guó)南方地區(qū)山多地少，一些城市多面環(huán)山，城市市郊的工程建設(shè)不得不面對(duì)復(fù)雜的地勢(shì)及不完善的配套設(shè)施，基坑及邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)往往較為復(fù)雜［1-3］。在地勢(shì)較為復(fù)雜處開展大型項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，季節(jié)性強(qiáng)降雨帶來(lái)的截排水問(wèn)題及其他次生災(zāi)害是必須考慮的［4-6］，大量工程人員對(duì)此類項(xiàng)目進(jìn)行了研究并取得了豐厚的研究成果［7-10］。本文以廣西柳州某臨山大型項(xiàng)目基坑工程為例，首先簡(jiǎn)述概況、邊界條件及地質(zhì)情況，接著分析基坑截排水及邊坡支護(hù)內(nèi)容，進(jìn)而提出對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)方案可為類似項(xiàng)目提供借鑒。

1 工程概況及周邊環(huán)境

本項(xiàng)目基坑北側(cè)為山谷，基坑?xùn)|側(cè)為桂柳路及柳江，基坑西南側(cè)為待開挖場(chǎng)地，基坑西北側(cè)為山谷，基地西側(cè)和北側(cè)均有規(guī)劃道路，建設(shè)的場(chǎng)地情況如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意圖Fig.1 Schematic Diagram of the Surrounding Environment of the Foundation Pit

基坑基底長(zhǎng)約400 m，寬約80 m，設(shè)兩層地下室，建設(shè)場(chǎng)地現(xiàn)狀主要為農(nóng)業(yè)用地及山地。建設(shè)場(chǎng)地及周邊地形高差較大，開挖范圍內(nèi)最高處為北側(cè)的山頭，高程106.5 m；最低處為排洪沖溝底，高程83.5 m；開挖基底高程為85.3 m，基坑邊坡高度約為3.6～21.1 m，項(xiàng)目填方量遠(yuǎn)少于挖方量。

基坑北側(cè)、基坑西北側(cè)兩個(gè)山谷所匯集的雨水通過(guò)地勢(shì)匯集至基坑南側(cè)的下穿桂柳路排水渠，并有組織排至柳江，匯水區(qū)域詳見圖1 中的匯水區(qū)域一及匯水區(qū)域二?；游鞅眰?cè)山谷匯集的雨水首先匯集至自然形成的排洪沖溝（詳圖1注釋），再匯入排水渠；該沖溝斷面寬度7～15m、深4～7m，平時(shí)無(wú)水或少水，遇強(qiáng)降雨時(shí)水流較大；基坑實(shí)施將完全截?cái)嘣撆藕闆_溝?；颖眰?cè)山谷（匯水區(qū)域二）的雨水主要為依地勢(shì)散排匯集至過(guò)路排水渠。

2 工程水文地質(zhì)

場(chǎng)地巖土層自上而下為：①雜填土，雜色，結(jié)構(gòu)松散～稍密，稍濕，成分不均勻，未完成自重固結(jié)；②硬塑狀含巖屑黏土及③硬塑狀紅黏土，褐黃色～黃褐色，稍濕，結(jié)構(gòu)緊密，硬塑狀為主，局部堅(jiān)硬狀，干強(qiáng)度較高，韌性較高，系場(chǎng)地主要土層；④可塑狀紅黏土，黃褐色，飽和，致密狀，手捏易變形，主要分布在巖面附近；⑤灰質(zhì)白云巖（局部含溶洞），細(xì)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，滴鹽酸反應(yīng)明顯。本基坑基底基本主要位于②層，局部位于③層。

場(chǎng)地地表水主要為降雨造成的匯水，項(xiàng)目基坑開挖將阻斷原山洪水匯水路徑，場(chǎng)地基坑開挖面積較大，施工期間降雨也會(huì)造成基坑內(nèi)積水。場(chǎng)地內(nèi)地下水主要為上層滯水、巖溶水，基坑實(shí)施過(guò)程中，可采用明排的方式抽排地下水。

3 基坑截排水方案分析

本項(xiàng)目位于市郊，市政配套設(shè)施不完善，項(xiàng)目必須考慮自行實(shí)施相應(yīng)配套措施以滿足項(xiàng)目建設(shè)需求。項(xiàng)目基坑實(shí)施將立即截?cái)嗌胶樗潘窂剑鶕?jù)市政資料，基坑北側(cè)、西北側(cè)山谷匯水面積、水量極大；同時(shí)，部分沖溝位于基坑內(nèi)部，沖溝基底低于基坑底，遇到強(qiáng)降雨導(dǎo)致上游沖溝積水深度較大時(shí)，有可能在基坑內(nèi)沖溝回填處出現(xiàn)突涌等現(xiàn)象。

基坑通常采用截水、降水、排水等措施處理地表水及地下水，本項(xiàng)目開挖范圍土層滲透系數(shù)較低，坑內(nèi)積水以明排為主；基坑外周匯水量較大，以截流與導(dǎo)排為主。本項(xiàng)目截排水設(shè)計(jì)可進(jìn)一步分解為兩個(gè)部分，第一個(gè)是確保項(xiàng)目建設(shè)周期內(nèi)的可靠截排水措施，可采用先實(shí)施排水設(shè)施并投入使用后再實(shí)施基坑的方案；第二是盡量將排洪路徑遷移至項(xiàng)目工程建設(shè)活動(dòng)范圍外。

基坑南側(cè)的過(guò)路排水渠為區(qū)域場(chǎng)地排水接入口，是本區(qū)域排水設(shè)計(jì)規(guī)劃的總控因素；由圖1知，匯水區(qū)域一的匯水面積遠(yuǎn)大于匯水區(qū)域二，同時(shí)匯水區(qū)域一的下游地面高程低于匯水區(qū)域二，因此排水設(shè)施宜設(shè)置在匯水區(qū)域一的下游處，排水區(qū)域二的雨水可以重力導(dǎo)流引入排水設(shè)施中，排水設(shè)施可采取暗埋排水干渠。

排水設(shè)施有三種路徑方案，方案1 為排水接口與規(guī)劃路采用排水干渠垂直連接，方案2 為利用場(chǎng)地沖溝敷設(shè)排水干渠并接入排水接口，方案3 為排水干渠繞開本項(xiàng)目建設(shè)范圍，具體如圖2所示。

圖2 排水路徑方案示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Drainage Path Scheme

三種方案各具優(yōu)劣，對(duì)比如表1所示。

表1 排水路徑方案優(yōu)劣對(duì)比Tab.1 Comparison of Advantages and Disadvantages of Drainage Path Schemes

經(jīng)與市政部門對(duì)接，采用方案3 會(huì)導(dǎo)致該片區(qū)所有規(guī)劃管網(wǎng)高程調(diào)整，總投資增加逾億元，不建議采用；方案1、方案2 均需與基坑工程結(jié)合設(shè)計(jì)，需要進(jìn)一步研究本項(xiàng)目與排水干渠關(guān)系。

本項(xiàng)目基底高程為85.3 m，排水渠接口的外包頂高程為84.8 m，二者高差0.5 m，該處基坑橫斷面寬度約100 m，可實(shí)現(xiàn)最大約5‰的排水坡，采用排水渠下穿基坑是基本可行?，F(xiàn)狀沖溝可利用基坑開挖的土方實(shí)施圍堰，實(shí)現(xiàn)截水功能；方案2 排水渠實(shí)施時(shí)，沖溝的排水功能被破壞，需分多期施工，對(duì)設(shè)計(jì)施工要求較高，最終選擇方案1作排水干渠主要路徑。

4 基坑及高邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 支護(hù)方案選擇及分析

項(xiàng)目紅線內(nèi)場(chǎng)地較開闊，周邊無(wú)重要建構(gòu)筑物，水文地質(zhì)條件較好，基坑支護(hù)方案采用坡率法，邊坡坡高3.6～21.1 m，采用多級(jí)放坡。高邊坡基坑安全等級(jí)為一級(jí)，重要性系數(shù)1.1，其余基坑安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)1.0。

放坡坡比對(duì)邊坡安全及工程投資影響較大，經(jīng)綜合分析，最下的第一級(jí)邊坡采用1∶1.5坡比，其余臨時(shí)邊坡坡比不低于1∶2，永久邊坡坡比不低于1∶3，基坑及邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)總平如圖3所示。

圖3 基坑及邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)總平圖Fig.3 General Plan of Foundation Pit and Slope Support Design

4.2 高邊坡及施工組織設(shè)計(jì)

基坑西北側(cè)坡頂高程最低為106.5 m，本項(xiàng)目回建后的地面恢復(fù)標(biāo)高為95.8 m，高邊坡按兩個(gè)階段需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，第一階段為邊坡開挖及基坑使用階段，按臨時(shí)邊坡設(shè)計(jì)；第二階段為項(xiàng)目建設(shè)回填完成后，95.8 m 高程往上的邊坡按永久邊坡標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，高邊坡處處斷面設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 高邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖Fig.4 Sectional Drawing of High Slope Support Design （m）

基坑第一級(jí)坡頂平臺(tái)寬度6 m、高程88.5～90.5 m，沿基坑環(huán)向連續(xù)設(shè)置；平臺(tái)上設(shè)置有1.5 m 寬排水明渠及3m 寬的施工便道，施工便道能滿足小型車輛設(shè)備通行需求。臨桂柳路一側(cè)設(shè)兩處車輛設(shè)備進(jìn)出基坑通道，供機(jī)械出入基坑。

4.3 圍堰及排水設(shè)計(jì)

項(xiàng)目地下室范圍內(nèi)的自然排洪沖溝采用不透水土層分層回填，地下室范圍之外的沖溝采用素土分層夯實(shí)施做圍堰，具體平面位置如圖3 所示。為防止圍堰滑移，除保證一定圍堰長(zhǎng)度外，仍需在原沖溝底橫向開槽，作為抗洪圍堰的“抗剪鍵”同時(shí)也增大了新舊土層接觸面的滲流路徑。

根據(jù)區(qū)域規(guī)劃及現(xiàn)狀匯水量，下穿基坑的排水干渠內(nèi)徑為5 m×3 m（B×H），厚度為850 mm，干渠與本項(xiàng)目地下室按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)間隙采用素混凝土填充。

基坑第一級(jí)邊坡平臺(tái)上設(shè)置1.5 m 寬的排水渠，排水渠起端深度0.5 m，因排水渠寬度及坡度有限，為滿足基坑整體排水需求，需要排水干渠在基坑兩端各設(shè)一個(gè)進(jìn)水口，并通過(guò)坡頂平臺(tái)上的排水明渠進(jìn)行重力式導(dǎo)排，基坑內(nèi)部積水則導(dǎo)排至基底周圍的集水坑，再抽排至平臺(tái)上的排水明渠，最終匯入下穿基坑的排水干渠，基坑排水平面布置詳見圖3，圖中箭頭方向指排水明渠降坡方向，匯水區(qū)域一的來(lái)水導(dǎo)排至基坑西北側(cè)的干渠進(jìn)水口，匯水區(qū)域二的來(lái)水主要導(dǎo)排至基坑?xùn)|南側(cè)干渠進(jìn)水口，排水干渠進(jìn)水口做法如圖5所示。

圖5 排水進(jìn)口橫斷面圖Fig.5 Cross-sectional View of Drainage Inlet

5 結(jié)論

當(dāng)基坑周邊市政排水系統(tǒng)未完善時(shí)，必須設(shè)置可靠的排水措施。建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施前，應(yīng)實(shí)地調(diào)查場(chǎng)地地形地貌、現(xiàn)狀排水條件，仔細(xì)分析水如何產(chǎn)生及排走。本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目包含排水及邊坡支護(hù)兩個(gè)不同專業(yè)內(nèi)容，專業(yè)合作程度較高。方案根據(jù)匯水面積及場(chǎng)地高程確定排水設(shè)施的具體位置是合理的；排水與基坑支護(hù)結(jié)合設(shè)計(jì)，排水干渠下穿基坑、邊坡坡頂平臺(tái)設(shè)導(dǎo)流明渠是本項(xiàng)目的較優(yōu)排水設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)場(chǎng)地環(huán)境、地質(zhì)條件等，基坑及邊坡支護(hù)采用坡率法，根據(jù)施工階段確定了臨時(shí)邊坡、永久邊坡，臨時(shí)邊坡坡比1∶1.5～1∶2.0、永久邊坡坡比1∶3.0，邊坡設(shè)計(jì)方案是安全經(jīng)濟(jì)的。