中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410004
摘要：目前成熟的深基坑开挖支护形式主要包括挡墙支护、桩排支护、深层搅拌水泥桩支护、钢板桩支护、地下连续墙支护、锚杆支护、钻孔灌注桩支护、放坡支护等。但上述支护形式部分主要适用于土质深基坑开挖支护，其中一些支护形式又造价太高，耗时较长。
关键词：燃气电站 深基坑 中密实砂层 开挖 支护
0 引言
马来西亚凯德隆燃气电站项目，位于马来西亚沙捞越州民都鲁市凯德隆工业园内，主机型号为GT26燃气轮机。
燃气电站的建筑物布置结构紧凑，建筑物之间管道、管沟、管架联系密切，基坑开挖的施工顺序和开挖支护形式受限因素多。本项目的深基坑开挖主要包括虹吸井、汽机房、循环水管等建筑物，本次开挖技术方案研究以虹吸井深基坑开挖为例。
1.1 项目地质情况概述
本项目地质勘探以钻探作为主要勘测手段，采取适当数量的土、水试样进行室内试验，现场进行了大量的SPT工作。
项目现场本次勘探深度范围内揭露出的地基岩土体主要由第四系土层和下伏泥质粉细砂岩构成，其地层岩性由上至下分述如下：
(1)层-素填土（Plain fill）:为场平时人工堆积而成，主要成份为细砂，局部混粘性土、木头碎块、碎石。湿、松散（Loose）。
(3-1)层- 细砂（Fine sand）:灰白、灰色，见少量植物根系及朽木碎屑。饱和、很松（Very Loose）。
(3-2)层-细砂（Fine sand）:褐色、棕色杂灰色，局部夹薄层粉质粘土。饱和、松散（Loose）。
(3-3)层-细砂（Fine sand）:棕色杂灰色，局部夹薄层粉质粘土，含白云母片。饱和、稍-中密（Medium Dense）。
(3-4)层-细砂（Fine sand）:棕色杂灰色，局部夹薄层粉质粘土，含白云母片。饱和、密实（Dense）。
(3-5)层-细砂（Fine sand）:棕色为主，呈半胶结状态。饱和、很密（Very Dense）。
(4-2)层-细砂（Fine sand）:浅灰、灰白色，局部夹薄层粉质粘土。饱和、松散（Loose）。
(4-3)层-细砂（Fine sand）:浅灰、灰白色，局部夹薄层粉质粘土。饱和、稍-中密（Medium Dense）。
(4-4)层-细砂（Fine sand）: 浅灰、灰白色，局部夹薄层粉质粘土。饱和、密实（Dense）。
(4-5)层-细砂（Fine sand）: 浅灰、灰白色，局部夹薄层粉质粘土。饱和、很密（Very Dense）。
(5-1)层-含砂粘性土（Sandy clay）：浅灰色为主，含大量细砂颗粒，局部相变为粉土，偶见朽木碎屑。饱和、流塑（Very soft）。
(5-3)层-含砂粘性土（Sandy clay）：浅灰色为主，含大量细砂颗粒，局部相变为粉土，偶见朽木碎屑。湿、软可塑（Firm）。
(5-4)层-含砂粘性土（Sandy clay）：浅灰色为主，含大量细砂颗粒，局部相变为粉土，偶见朽木碎屑。湿、硬可塑（Stiff）。
(5-5)层-含砂粘性土（Sandy clay）：浅灰色为主，含大量细砂颗粒，局部相变为粉土，偶见朽木碎屑。稍湿、硬塑（Very stiff）。
(5-6)层-含砂粘性土（Sandy clay）：浅灰色为主，含大量细砂颗粒，局部相变为粉土。稍湿、坚硬（Hard）。
(6-1)层-砂岩强风化（Highly weathered Sandstone）：浅灰、灰白色，砂质结构，层状构造。岩石多被风化成砂状，钻孔中很难取出较完整的岩芯。
(6-2)层-砂岩中等风（Medium weathered Sandstone）：浅灰、灰白色，砂质结构，层状构造。岩性相对较完整，岩芯呈短柱状、长柱状。
地质勘探在虹吸井位置布置了一个勘探孔，编号为BH222。勘探结果显示结果为：地面至地下2.3m位置，为密实的浅棕色砂，SPT值为39击，对应上述的3-4层；地下2.3m至地下5.5m位置，为非常密实的棕色砂，成胶结体，SPT值大于50击，对应上述的3-5层；地下5.5m至地下17.5m位置，为非常密实的灰白色砂，成胶结体，SPT值大于50击，对应上述的4-5层。
1.2 项目水文气象情况
项目现场靠近南中国海。属于热度季风气候，每年的4-6月份，10-次年2月份为雨季，其余时间为旱季，但近年来气候变化较大，旱季降雨比以前也增加很多，已经没有明显的旱季、雨季之分。
根据地勘情况，地下水位位于地下4m的位置，但降雨后水位上涨较快，强降雨后地下水位可以迅速上升到地下1m的位置。
1.3 虹吸井结构及开挖支护形式选择
虹吸井结构尺寸为12.9m（长）×6.9m（宽）×7.3m（高），底板厚度0.6m，底板下面设计0.1m厚垫层混凝土，边墙厚度0.45m，顶板厚度0.2m。地面高程为12.7m，虹吸井底板基础面高程为6.7m，所以虹吸井的基坑开挖深度为6m。
由于该部位地质情况较好，属于非常密实的砂层，钢板桩无法贯入，因此钢板桩支护形式无法实施。如果采用挡墙支护、桩排支护、深层搅拌水泥桩支护、钻孔灌注桩支护等，则费用较高，耗时太长，经济费用和工期都不允许。
综合比较后，虹吸井开挖采取放坡支护的形式，支护形式在钢筋混凝土喷锚支护、现浇混凝土护坡和预制混凝土板护坡中采取预制混凝土板护坡，优点在于节约时间，避免在开挖过程降雨冲刷坡面，同时预制混凝土板可以重复利用，节约造价。
由于现场地下水丰富，在开挖过程中首先要做好降排水工作，防止边坡开挖过程中因边坡渗水造成边坡失稳，提前将地下水位降低到开挖高程以下。
1.4 排水计算及设计
1.4.1 雨水量和涌水量计算
（1）雨水量计算
Q1=ψAq
Q1 —地表雨水流量，m3/h。
A —集水面积，m2； A=1026m2(L=38m, W=27,为放坡后地面开口线范围)。
q —降雨强度，mm/min；按特大暴雨计算，取0.4mm/min。
Ψ —径流系数，考虑多雨地区前期降雨使地面土壤处于饱和或半饱和状态，增大径流的影响，取0.8。
Q1=0.8×1026×0.0004×60=19.7m3/h
（2）基坑涌水量计算
地下水位比基坑底部高4.3米左右，基坑涌水量(m3/d)与土的种类、渗透系数、水头、坑底面积有关，可通过下式计算：
η ……（a）
k —土的渗透系数，m/d；根据地质报告中的SPT值，按中密实细砂取0.004cm/s=3.456m/d。
S —抽水时坑内水位下降值，m；取4.3m（按水位降到基坑底考虑）。
H —抽水前坑底以上的水位高度，m；取4.3m。
R —抽水影响半径，m；根据土壤颗粒粒径及所占比重确定，取100m。
r0—假想半径，m；矩形基坑长短边的比值不大于10时，可视为一个圆形大井，按计算式（a）计算，r0=1×（38+27）/4=16.25m。
a ，b-矩形基坑的边长，m；(a=38m，b=27m)。
η —系数，查表得η=1。
m0-从坑底到下卧不透水层的距离，m；取16m；
Q2=105m3/d=4.38m3/h
在选取水泵抽水量时，涌水量取1.2倍的安全系数。
综上计算可得：抽水泵的排水量
Q=Q1*1.2+Q2*1.2=19.7*1.2+4.38*1.2=28.9 m3/h.
1.4.2 降排水要求和方法
虹吸井基坑采用抽水泵进行抽排水。根据上述雨水量和涌水量计算，另外考虑安全系数，基坑配备的抽水泵总抽水能力不低于30 m3/h。
为防止雨水流入基坑内，以及冲刷边坡，需要在基坑顶部四周设置300mm高的挡水坎。在基坑底部四周设置300mm（高）×400mm（宽）的排水沟，便于基坑底部排水。为防止排水沟垮塌，排水沟采用10mm厚钢板焊接而成。然后设置1个1200mm×1200mm×700mm（H）的小型钢制集水井，在与小型钢制集水井距离2.35m的位置设置1个大型钢制集水井（底部高程5.1m），两个集水井之间用φ200mm PVC管连通。雨水流入基坑内的排水沟后，汇入小型钢制集水井内，然后通过PVC管流入大型钢制集水井内，再通过抽水泵将水抽出来，就近排入排水沟内。为确保抽排水工作能持续进行，抽水泵应能根据水位的变化而自动启动和关闭。钢制集水井采用5mm厚钢板焊接制作。大型钢制集水井底部尺寸为1.22m×1.22m，高度为6m，结构尺寸比较大，需要将集水井固定牢固，防止集水井倾倒。
另外，为确保基坑底部稳定，减少涌水量，基坑底部全部浇筑垫层混凝土进行封闭。根据设计图纸，虹吸井垫层混凝土厚度为100mm，强度为C20。
1.5 边坡开挖及支护方法
根据现场地形及周边建筑物需要，虹吸井开挖共分为两层开挖支护，第一层高程自12.7m至11.115m，高度共1.585m；第二层高程自11.115m至6.7m，高度共4.415m。
1.5.1 第一层边坡开挖支护方式
第一层开挖深度较浅。边坡开挖坡比为1：1.5，在基坑顶部四周设置300mm高的挡水坎，防止地面雨水流入基坑内。
边坡支护采取挡雨布覆盖边坡进行防护，防止降雨冲刷坡面。
1.5.2 第二层边坡开挖支护方式
第二层边坡采用预制混凝土板进行支护，边角无法铺设预制板的区域考虑浇筑混凝土支护，或者采用钢板支护。根据基坑边坡长度，预制混凝土板总共设计2种尺寸，一种为1.5m×1.5m，另外一种为0.75m×1.5m。
预制混凝土板总共需要安装5层，其中4层1.5m×1.5m预制板，1层0.75m×1.5m预制板。铺设时，每块板之间应该错缝布置，呈“品”字型。
预制板混凝土强度为C20，内置双层A10钢筋网，预制板厚度为150mm。为便于吊装，浇筑预制板混凝土时应设置好吊耳。预制板上需开设φ50排水孔，该排水孔可以在浇筑混凝土时预埋DN50PVC管。
每块预制板之间必须连接牢固，确保预制板固定成整体，防止预制板下滑垮塌。预制板之间采用10mm厚钢板连接，钢板和预制板之间采用M12～M16膨胀螺栓连接。
为避免开挖过程中发生降雨导致边坡垮塌，预制板安装采取自上而下的安装方式，开挖一块，安装一块，及时保护坡面。为确保预制板固定牢固，在11.115m高程平台浇筑一圈地梁，预制板和地梁之间通过型钢连接固定。地梁截面尺寸300×300mm，混凝土强度C20。地梁主筋为T12螺纹钢，箍筋为R10圆钢。
1.6 结束语
本方案在虹吸井作业过程中起到了边坡防护的作用，在多次强降雨过程中保证了边坡稳定，为后续类似作业环境提供了深基坑开挖的经验。
作者简介：万兆欣（1982年6月出生） 男 时任马来西亚凯德隆火电项目土建专业总工程师。
论文作者:万兆欣
论文发表刊物:《防护工程》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/13
标签：基坑论文; 细砂论文; 预制板论文; 混凝土论文; 密实论文; 局部论文; 朽木论文; 《防护工程》2017年第20期论文;