2013院报4期【四校】1月21日

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迹赖
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1 第卷第 4 期中国水利水电科学研究院学报 Vol. No 年 2 月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research December,203 文章编号 : (203) 滨海软土区排水箱涵深基坑工程设计及施工技术分析秦景, 赵云, 路威 2, 李凡 (. 中国水利水电科学研究院工程设计研究中心, 北京 00048; 2. 中核集团三门核电有限公司, 浙江三门 372) 摘要 : 以三门核电站一二期排水箱涵深基坑工程为例, 介绍了滨海软土区深基坑工程中桩锚内支撑及重力式挡墙不同支护结构组合的设计应用及基坑开挖过程中关键施工措施结果表明 : 组合支护结构设计满足了基坑的安全开挖, 人工岛的设计有效地解决了施工运输难题, 且达到了支护止水和挡土效应支护设计中采用的支护系统与箱涵构筑物基桩相结合的方式, 即在基桩间施打旋喷搭接短桩, 有效地解决了支护桩被动土压力不足和基桩工程质量有效控制等技术难题本文建议, 在进行大范围软土深基坑支护及地基处理时, 设计与施工应密切结合, 实现既安全又经济的合用结构设计关键词 : 滨海软土区 ; 深基坑 ; 基坑支护 ; 地基处理中图分类号 :TU476 文献标识码 :A 研究背景随着我国城市建设的发展, 软土地区的深基坑工程设计与施工面临越来越复杂的环境条件, 基 [] 坑施工对环境影响的控制要求也越来越严格, 基坑工程已进入以变形控制设计与施工为主的时代当前, 各种基坑支护结构型式不断涌现, 放坡支护土钉墙支护钢板桩支护重力挡墙支护混 [2-3] 凝土内支撑梁支护锚杆锚拉式钻孔灌注排桩支护等但软土地区的基坑支护, 一直是土木工程界和岩土工程界的难题, 尤其是滨海地区的软土地层基坑支护, 对于工程建设者更是一大难题本箱涵工程基坑设计底标高 -8.m, 设计埋深达到 20m 以上, 沿线 70% 以上处于深厚软基区, 且地下水位高通过不同支护结构的组合及施工过程中的技术控制, 实现了基坑的安全开挖和施工方便, 可为于类似工程提供参考 2 工程概述 2. 工程概况三门核电工程采用美国西屋公司开发的第三代核电技术 AP000, 规划建设 6 台 25 万 kw 的核电机组, 总装机容量 750 万 kw 三门核电厂址位于健跳镇东北的猫头山嘴半岛上, 濒临三门湾, 北东南三面环海, 西面靠山厂区南北海域有海涂滩地, 自年, 进行了地基处理及开山石预压, 回填厚度 5~7m, 现场地回填标高为 9.7~.7m [4] 三门核电一二期排水箱涵位于 # 2 # 机组南侧, 每台机组设置双孔方涵, 有 2 条循环冷却水排水管引出进入循环水排水箱涵, 单孔截面设计尺寸为 4m 4m 其中 2 箱涵长 85m,4 箱涵长 250m,6 箱涵长 202m,8 箱涵长 3m, 然后分成南北两支 4 箱涵, 各长 96m 和 86m, 一期 4 箱涵总长约 850m, 二期 4 箱涵约长 50m 2.2 场地条件根据地质详勘资料, 在 # 虹吸井 2 # 虹吸井之间以及在 4 # 虹吸井以东一段为基岩出露区其它区域基岩埋深较大, 一般深于 -20m 标高总体上看, 沿箱涵轴线, 东西两端基岩区埋深浅, 中间深 ; 且箱涵基坑北侧南侧基岩面高低及淤泥层薄厚均有变化, 且有相互转变的特点 [4] 箱涵段地层简述如下 :() 回填石层, 标高自 0m 至 +8~+2m, 厚度最大 2.9m, 均匀性差, 最收稿日期 : 作者简介 : 秦景 (984-), 男, 江苏宿迁人, 工程师, 博士, 主要从事岩土工程设计工作 qinjing@iwhr.com 34

2 大粒径大于 500mm, 石质坚硬 ;(2) 淤泥质黏土, 层厚 0.50~.40m, 层底标高为 -3.8~0.97m, 箱涵大部分段坐落于此层中 ;(3) 黏土层, 厚度随基岩埋深而加大, 厚度 2.8~28.7m;(4) 粉质黏土混角砾, 厚度 0.5~7.5m, 位于风化基岩之上图三门核电站一二期排水箱涵平面布置 2.3 工程难点 () 基坑深度大箱涵基底要求开挖至 -8.m 标高, 厂区场坪在 +.0m 左右, 基坑深度近 20m # 和 2 # 虹吸井基坑底标高为 -.7m, 局部需开挖至基岩面, 换填至 -5.0m, 基坑最大深度 26m (2) 地层条件复杂在基岩之上回填石层下为较厚的淤泥质黏土及粉质黏土地层, 主要集中在沿线中部淤泥质黏土层厚呈北薄南厚状态, 平均厚度 0.42m, 该层呈软塑状态下部的黏土层厚度大, 为可塑状态 (3) 地下水位高厂区南护堤地段设置了隔水帷幕, 根据对南回填区水井地下水位观测结果可知, 排水沟场地地下水与海水无联系, 地下水位埋深 6.28~8.89m, 标高 0.83~3.82m 由于南回填区施工时设置了排水闸门, 水位标高最低可排至 +.00m, 平均水位距基坑底部仍有近 0m 高, 必须设置止水帷幕 (4) 结构外形特殊该工程工作面宽广, 开挖线路长, 工程量大, 工期长, 一旦开挖对厂区总平和道路布置等均有较大的影响侧压 (5) 基坑所受侧向荷载大淤泥质黏土以上回填石层厚度最大.59m, 将对基坑侧壁造成较大的 3 排水箱涵基坑支护方案 3. 支护类型以 2 # 虹吸井为界, 以西地区称为西区, 基岩浅埋区以东区域基岩埋深大, 两套地层条件, 两种不同的支护形式排水箱涵基坑支护的类型如表所示箱涵西区采用钢筋混凝土灌注排桩 + 锚索 + 锚桩的边坡支护结构体系外侧锚桩桩径 m, 桩间距.8m, 支护桩桩间充填直径.0m 的 35

3 旋喷桩, 使其起到阻水及保护桩间土作用基坑边侧支护桩设置三层锚索, 顶层为水平钢筋拉锚, 与锚桩对拉, 下 2 层为斜拉钢绞线 (7ϕ 5) 锚索西区支护桩全部为嵌岩桩, 而东部基岩深埋区, 在桩后淤泥质地层中进行深层搅拌, 深搅桩范围在两排桩间, 双排桩中心距离为 0.m 3.2 施工技术措施 () 回填石层的开挖与放坡进行排水箱涵基坑支护, 首先分段对上部回填石层进行开挖, 各段回填石层开挖宽度见表 2, 开挖宽度指基坑两侧回填石顶面 +2.0m 标高的开挖线间距离回填石层以坡度开挖至 +3.0m 进行条块换填, 在此标高面上进行防渗帷幕桩 ( 兼作外侧支护桩 ) 支护桩深搅桩的施工表基坑支护类型的选取表 2 箱涵回填石层开挖宽度表分区地层特点支护形式所在位置长度 /m 最大开挖宽度 /m 基岩埋深西区基岩埋深 0~-7m, 下部为厚度不大的黏土层粉质黏土层钢筋混凝土支护桩 + 锚索支护系统, 桩间旋喷桩防渗坑内进行旋喷桩地基加固 2 箱涵 4 箱涵其中 00m 为基岩区标高 0m 基岩埋深标高 -30~-0m 基岩区基岩埋深小于标高 0m 回填层 ~.5 放坡, 基岩 0.3~0.5 放坡开挖 6 箱涵基岩埋深标高 -35~-25m 东区基岩埋深 -7~-38m 淤泥质地层深厚, 下伏为较厚的粉质黏土层两层内支撑支护系统, 支护桩间旋喷桩防渗 ; 旋喷桩基坑内加固 8 箱涵一期出水口基岩埋深标高 5~-5m 北侧有 80m 基岩区 0~0m (2) 坑内地基加固基槽内的地基进行旋喷桩加固处理, 即在 -8.m 标高基坑内布置旋喷桩, 桩体 f cu =2MPa, 复合地基承载力 f=350kpa 淤泥质黏土加固后复合地基力学参数取 C =80kPa,φ =20 计算, 加固深度以复合地基达到承载力要求为准, 通过支护系统的抗滑抗倾覆及整体稳定计算, 要求旋喷桩桩长最短为 0m, 实际桩长穿透淤泥质黏土进入下伏地层满足承载力要求, 长度大于 2m (3) 人工岛 ( 运输通道 ) 布置因箱涵基坑狭长且深度深内支撑支护型式下渣土及施工机具的垂直运输效率较低, 本设计采用内支撑型式下的水平运输方式, 为此在 4 箱涵和 6 箱涵的过渡段布置人工岛, 如图 2 和图 3 所示在基坑内部进行深搅加固, 槽内道路深搅桩桩底标高 -8.m, 桩顶标高最高为 -.m, 桩距 0.8m 人工岛南北侧基坑支护采用重力挡墙型式, 同时对人工岛的南北侧和东侧采用帷幕旋喷桩进行止水, 桩长 6m, 桩径 m, 桩距 0.9m 采用人工岛水平出土道路布置很好解决了内支撑垂直运输效率低的难题, 利于基坑开挖及后期主体结构施工, 工程投资也低于内支撑支护型 [5] 式同时, 从人工岛处旋喷桩强度试验数据得知, 其抗压强度达到 35t 以上据此强度对水泥土挡墙支护进行优化设计与边坡支护安全度分析, 使用开敞式作为边坡处理设计结构形式, 利于开挖主体结构的施工, 投资更为合理图 2 箱涵接口处人工岛的布置及基础加固 36

4 图 3 人工岛布置及基础加固剖面图 3.3 理论计算采用理正深基坑支护结构设计软件对典型剖面进行支护结构的抗滑抗倾覆及整体稳定性验算, 基坑侧壁重要性系数 γ 0 取., 荷载分项系数取.25, 土与锚杆锚固体的黏结强度分项系数取.3, 土层参数按表 3 取值, 地面超载取 30kPa, 回填石层按坡度放坡, 坡角距基坑边根据实地情况为 8~2m 整体稳定性分析采用瑞典条分法 ( 土条宽度 0.5m), 得到最危险滑裂面, 求解整体稳定安全系数 ( 图 4 图 5) 从计算结果看, 抗滑抗倾覆验算安全系数能够满足要求, 由于回填石层较大的附加荷载以及下伏各黏土地层较软弱, 在整体稳定验算中, 安全系数相对较低, 因此提高整体稳定安全系数除加大排桩的深度外, 基坑内的地基处理加固是非常必要的不论是桩锚 + 重力墙支护系统还是内支撑支护系统, 均要求基坑内进行厚度大于 0m 以上的地基处理否则箱涵基坑的整体稳定性将得不到保证必须利用沟内地基加固体, 从而实现支护系统的整体稳定条件地层回填石淤泥质黏土 3 黏土 5 黏土 6 含砾黏土 () 强中风化岩 (2) 表 3 厚度 H/m 场地土层物理力学参数重度 γ/(kn/m 3 ) 黏聚力 C/kPa (000) 内摩擦角 φ/( ) (30) (40) 摩阻力 qs/kpa (00) (200) 图 4 箱涵西区桩锚支护整体稳定验算 ( 单位 :m) 图 5 箱涵东区内支撑支护整体稳定验算 4 结论及建议 () 针对本工程排水箱涵沿线地质条件不同的特点, 分别采用了桩锚内支撑及重力式挡墙的不 37

5 同支护结构组合形式, 并采取了支护与地基处理合用方式, 以及支护与止水防渗一体化等组合式设 [6] 计及优化, 实践证明, 该设计的支护形式技术可行安全可控施工可行投资经济 (2) 人工岛的设计切实有效地解决了施工运输难题, 且达到支护止水和挡土效应 (3) 支护设计中采用的支护系统与箱涵构筑物基桩相结合的方式, 即在基桩间施打旋喷搭接短桩, 有效地解决了支护桩被动土压力不足和基桩工程质量有效控制等技术难题 (4) 根据 ( 建 ) 构筑物不同使用功能, 在进行大范围软土深基坑支护及地基处理时, 设计与施工应密切结合, 实现既安全又经济的合用结构设计参考文献 : [ ] 李光照, 郑刚. 软土地区深基坑工程存在的变形与稳定问题及其控制基坑施工全过程可产生的变形 [J]. 施工技术,20,40(338):5-9. [ 2 ] 吴旭君, 郑平, 赵伟, 等. 滨海地区软土地层超深基坑支护设计实例 [J]. 岩土工程学报,200,32(S): [ 3 ] 余志成, 施文华. 深基坑支护设计与施工 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社,2000. [ 4 ] 中国核工业勘察院. 三门核电站一期排水箱涵地质勘查成果报告 [R]. 2006,0. [ 5 ] 上海基础工程公司. 三门核电站一二期排水箱涵工程竣工报告 [R]. 20,. [ 6 ] 杭州华东工程安全检测有限公司. 三门核电站一二期排水箱涵工程桩检测报告 [R]. 20,5. Analysis on design and construction of deep foundation pit of drainage culvert in marine soft soil region QIN Jing,ZHAO Yun,LU Wei,LI Fan 2 (. Engineering Design and Research Center,China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 00048,China; 2. Sanmen Nuclear Power Co.,Ltd,Sanmen 372,China) Abstract:The key construction measurements and composite support technologies of pile-anchor, inner sup port system and gravity retaining wall in the marine soft soil region was introduced and analyzed in this pa per, based on the foundation pit engineering of Sanmen nuclear power drainage culvert in the first and sec ond phases. The results showed that the application of composite support technologies successfully achieved the safety of foundation pit excavation. Meanwhile, the design and application of an artificial transportation platform for earthworks solved the construction transportation problem and realized the objects of support ing, water proofing and earth retaining. The short piles being driven and overlapped among the foundation piles efficiently dealt with the technical problems of the insufficient passive earth pressure and quality con trol of foundation piles. It is suggested that design and construction should be closely integrated during the large-scale foundation pit support and ground treatment in order to realize the safe and economic structure. Key words:marine soft soil region;deep foundation pits;foundation pit support;ground treatment ( 责任编辑 : 李琳 ) 38

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m K K K K m Fig. 2 The plan layout of K K segment p 410151 K7 + 914 - K7 + 984 12 5. 3 Midas DOI 10. 7617 /j. issn. 1000-8993. 2013. 09. 020 THE ANALYSIS OF THE DESIGN AND CONSTRUCTION SECURITY OF DEEP FOUNDATION IN PURUI TUNNEL OPEN-CUT SEGMENT Yang Ping