郭智峰

(深圳市建工集團(tuán)股份有限公司，深圳 518048)

西安市某項(xiàng)目基坑開挖的工程地質(zhì)問題及解決方案

郭智峰

(深圳市建工集團(tuán)股份有限公司，深圳 518048)

探討了西安市某基坑工程在開挖中可能遇到的工程地質(zhì)問題，針對不同情況提出了具體的應(yīng)對方案。

基坑涌水；邊坡滑移；沉降；支護(hù)；降水

西安市某工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的地下車庫，需進(jìn)行深基坑開挖。資料顯示，該工程項(xiàng)目場地環(huán)境比較復(fù)雜：河、咸寧路及已建樓盤環(huán)列四周，工程地質(zhì)條件較差，且有未鉆穿地層。我們充分考慮基坑開挖可能遇到的工程地質(zhì)問題，制定了有效的技術(shù)方案，以保證基坑開挖工作的順利進(jìn)行。

1 工程概況

圖1 擬挖基坑剖面示意圖

基坑地質(zhì)剖面；地表雜填土，河漫灘淤積土（粉質(zhì)粘土土質(zhì)），厚2.3m，有形成獨(dú)立邊坡的能力（k≥1.25）；沖積層地層上部為卵石層，細(xì)粒含量20%，且分布均勻，稍密狀態(tài)，厚1.5m。地下水位位于地表下3.8m。

2 工程基坑開挖的工程地質(zhì)問題及應(yīng)對方案

2.1 基坑涌水

基坑涌水量的計(jì)算公式[2]：

（1）岸邊降水時(shí)

①均質(zhì)含水層潛水完整井基坑涌水量可按下列規(guī)定計(jì)算：

b<0.5R

式中：

Q——基坑涌水量；

k——滲透系數(shù)；

H——潛水含水層厚度；

S——基坑水位降深；

R——降水影像半徑；

r0——基坑等效半徑；

b——基坑中心到所在河邊的凈距離。

②均質(zhì)含水層潛水非完整井基坑涌水量可按下列規(guī)定計(jì)算：

含水層厚度不大時(shí)，涌水量可按下式計(jì)算：

式中：

M——由含水層地板到過濾器有效工作部分中點(diǎn)的長度。

含水層厚度很大時(shí)，涌水量可按下列公式計(jì)算：

b<0.5R

式中：

M——承壓含水層厚度。

（2）基坑遠(yuǎn)離邊界時(shí)

①均質(zhì)含水層潛水完整井基坑涌水量可按下列規(guī)定計(jì)算：

②均質(zhì)含水層潛水非完整井基坑涌水量可按下列規(guī)定計(jì)算：

（3）（單側(cè)方案）當(dāng)基坑靠近隔水邊界時(shí)：

b'<0.5R

（4）基坑為圓形時(shí)，基坑等效半徑應(yīng)取為圓半徑，當(dāng)基坑矩形，等效半徑可按下列規(guī)定計(jì)算

ro=0.29(a+b)

式中：a、b分別為基坑的長、短邊。

降水井影響半徑宜通過實(shí)驗(yàn)或根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)基坑側(cè)壁安全等級為二、三級時(shí)，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：R——降水影響半徑（m）；

S——基坑水位降深（m）；

k——滲透系數(shù)（m/d）；

H——含水層厚度（m）。承壓含水層

該工程的降水可采用U型輕型井點(diǎn)管降水[3]，其U型口設(shè)在建筑物一側(cè)（排水回灌，穩(wěn)定附近地下水位，保護(hù)已有建筑）較為有利；亦可采用單側(cè)輕型井點(diǎn)管降水，但須在近河端設(shè)置備用抽水裝置（如潛水泵井點(diǎn)），以防單側(cè)總管近河端涌水量過大。具體布置方案如圖2 圖5所示。降水后，坑底完全位于地下水位之上，坑底水壓力得到了有效降低。若出水量過大，可在近河一側(cè)增加排水點(diǎn)，鉆孔用潛水泵抽水[4]。排出的水，除用于回灌外，多余水量排入河。

關(guān)于井點(diǎn)管的計(jì)算公式：

降水井的數(shù)量：n=1.1(Q/q)

式中：

Q——基坑總降水量；

圖2 “U”型輕型井點(diǎn)管降水平面布置示意圖

圖3 “U”型輕型井點(diǎn)管降水剖面示意圖

圖4 單側(cè)輕型井點(diǎn)管降水平面布置示意圖

圖5 單側(cè)輕型井點(diǎn)管降水剖面示意圖

q——設(shè)計(jì)單井出水量 q =120 rsl3k

其中

rs——過濾器半徑；

l——過濾器進(jìn)水部分強(qiáng)度（管井過濾器長度宜與含水層厚度一致）；

k——滲透系數(shù)（m/d）。

對于防護(hù)措施來說，則要做好坑底和四壁防護(hù)，比如用凍結(jié)法和化學(xué)加固法加固坑底[5]；用防水混凝土掛鋼筋網(wǎng)錨噴支護(hù)、注漿法加固泌水帶等方法做四壁防護(hù)。

2.2 基坑邊坡滑移

深基坑開挖一般為垂直開挖，支護(hù)措施不當(dāng)會造成邊坡失穩(wěn)而產(chǎn)生整體滑移[6]。本工程中，近距離的較高層已建建筑、距河較近、土層搭配不盡合理，造成邊坡的大荷載、水壓力大、土體透水性強(qiáng)而穩(wěn)固性較差等等問題，這些都是基坑開挖的不利因素[7]?；臃桨溉舨捎们‘?dāng)?shù)慕邓胧?，使基坑完全位于地下水位之上，則可以在降低地下水位的同時(shí)達(dá)到加固地層，穩(wěn)定已有建筑等諸多效果。

圖6 基坑支護(hù)剖面示意圖

土釘墻的有關(guān)計(jì)算公式[2]如下：

（1）單根土釘抗拉承載力計(jì)算應(yīng)符合下式要求

式中：Tjk——第j根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Tuj——第j根土釘抗拉承載力設(shè)計(jì)值。

（2）單根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算

式中：

ξ——荷載折減系數(shù)，

eajk——第j個土釘位置處的基坑水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

Sxj、Szj——第j個土釘與相鄰?fù)玲數(shù)钠骄健⒋怪遍g距；

αj——第j根土釘與水平面的夾角。（3）荷載折減系數(shù)ξ可按下式計(jì)算

式中：β——土釘墻坡面與水平面的夾角。

（4）對于基坑側(cè)壁安全等級為二級的土釘抗拉承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按試驗(yàn)確定,基坑側(cè)壁安全等級為三級時(shí)可按下式計(jì)算：

式中：

rs——土釘抗拉抗力分項(xiàng)系數(shù)；

dnj——第j根土釘錨固體直徑；

qsik——土釘穿越第i層土土體與錨固體極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

li——第j根土釘在直線破裂面外穿越第i穩(wěn)定土體內(nèi)的長度，破裂面與水平面夾角為

（5）土釘墻應(yīng)根據(jù)施工期間不同開挖深度及基坑底面以下可能滑動面，采用圓弧滑動簡單條分法，按下式進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：

式中：

n——滑動體分條數(shù)；

m——滑動體內(nèi)土釘數(shù)；

rk——整體滑動分項(xiàng)系數(shù)；

r0——基坑側(cè)壁重要性系數(shù)；

wi——第i分條土重，滑裂面位于粘性土或粉土中時(shí)，按上覆土層的飽和土重度計(jì)算；滑裂面位于砂土或碎石類土中時(shí)，按上覆土層的浮重度計(jì)算。

bi——第i分條寬度；

cik——第i分條滑裂面處土體固結(jié)不排水(快)剪念聚力標(biāo)準(zhǔn)值；

φik——第i分條滑裂面處土體固結(jié)不排水（快）剪內(nèi)摩擦角；

?i——第i分條滑裂面處中點(diǎn)切線與水平面夾角；

αj——土釘與水平面之間的夾角；

Li——第i分條滑裂面處弧長；

s——計(jì)算滑動體單元厚度；

Tnj——第j根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力。

2.3 基坑流沙

本工程中，基坑開挖后，坑內(nèi)外高差達(dá)1.2m，近坑底土層為卵石加粉粒，這種情形利于泌水冒砂，不能不預(yù)防流沙的問題。治沙必先治水，預(yù)防流沙的重要手段是有效降低地下水位，盡力使基坑位于地下水位之上。從這一角度看，有效降水的方案是首選。此外，還可用壓力注漿、攪拌樁、樹根樁及旋噴樁等措施[8]。

2.4 基坑降水引起地面沉降

如果采用大面積降水方案，本工程因近河、存在不良土質(zhì)、邊坡大荷載，很可能引起地面的不良性沉降，盡管距基坑5m遠(yuǎn)的已建樓盤是筏板基礎(chǔ)，必將受到不均勻沉降的不利影響[9]。還需考慮咸寧路較大的動荷載，若不均勻沉降超過允許范圍，路面或下沉、或斷裂，都會影響交通安全。

地基最終沉降量計(jì)算公式：

式中：

S——地基最終變形量（mm）；

S'——按分層總和法計(jì)算出的地基變形量；

ψS——沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗(yàn)確定，無地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可采用表一的數(shù)值；

n——地基變形計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

P0——對應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處的附加壓力（kpa）；

Esi——基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量，應(yīng)取土的自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段計(jì)算（Mpa）；

zi、zi-1——基礎(chǔ)底面至第i層土、第i—1層土底面的距離(m)；

表1 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs

可優(yōu)選的方案有兩種：一是在該建筑物與基坑之間、咸寧路方向與基坑之間設(shè)置隔斷墻，在基坑近河一側(cè)單側(cè)降水，并密切關(guān)注建筑物及咸寧路周圍水位，令其在可控范圍內(nèi)（如圖7所示）；二是采用前述降水方案，但需注意控制回灌水量，避免過量回灌造成濕陷性下降而加劇沉降[10]。

圖7 預(yù)防大面積沉降方案平面布置圖

3 結(jié)語

筆者通過研究該工程項(xiàng)目已知的工程地質(zhì)和周圍環(huán)境資料，推斷在基坑開挖中可能會遇到基坑涌水、邊坡滑移、流沙和地面沉降等問題，并提出了應(yīng)對措施。在實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)這些措施是有效的。但由于缺乏進(jìn)一步的資料，未能詳細(xì)計(jì)算諸如涌水量、土釘?shù)母鱾€參數(shù)等具體數(shù)據(jù)，只提供了部分相關(guān)的計(jì)算公式（引自相關(guān)規(guī)范），但這并不影響探究問題、解決問題的整體思路。相信隨著科技的發(fā)展，在基坑開挖及其支護(hù)方面一定會產(chǎn)生更高效的新技術(shù)新方法。

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[3] 王林偉.深層攪拌樁和輕型井點(diǎn)在復(fù)雜地質(zhì)基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J]. 施工技術(shù)2007,09.

[4] 許明輝，朱良鋒.井降水輔助深基坑開挖有關(guān)問題探討[J]. 施工技術(shù)2007,S1.

[5] 胡浩軍，王元漢.深基坑開挖與支護(hù)模擬仿真分析[J]. 巖土力學(xué)2007,S1.

[6] 陳志敏，趙德安，李雙洋，劉德仁.黃土滑坡最不利滑面綜合分析方法[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)2007,07.

[7] 安 民，楊宏麗，蘇武斌.西北黃土地區(qū)邊坡設(shè)計(jì)選型[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版) 2007,06.

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1007-1903(2009)03-0036-05