（山东建筑大学 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东济南 250100）
【摘要】以神华国能宁夏鸳鸯湖二期2×1000MW级机组扩建工程T1、T2转运站深基坑为依托，结合现场工程地质条件、地下设施及周边建（构）筑物等环境因素，本着技术可靠、满足施工进度的原则，通过对22.15米深基坑采用土钉支护的技术方案，解决了现场施工难题，确保了现场施工安全和进度，效果良好，可供同类工程参考和借鉴。
【关键词】深基坑；土钉支护；变形监测
【引言】
在大型电站工程中深基坑的数量较多，如何在满足安全、经济、工期等方面的要求下选择合理的支护方式，是我们研究的课题。作者以所参与的神华国能鸳鸯湖二期2×1000MW级机组扩建工程T1、T2转运站深基坑项目为研究对象，综合考虑项目实际地质条件、周边环境约束条件、施工组织过程与程序等多因素，结合施工工艺、基坑变形监测等方面，选择土钉墙的支护方式对22.15米深的基坑进行支护，并采用动态设计与信息化施工控制方法，工程实施取得了良好的效果。该工程实例分析对于类似的深基坑工程设计与施工具有一定的参考价值和指导作用。
1工程概况
神华国能宁夏鸳鸯湖二期2×1000MW超超临界燃煤发电机组扩建工程的T1、T2转运站、一期带式延长煤沟及C3运煤廊道等地下结构整体相连，设计基底标高分别为-13.55m～-15.85m、-4m及-12.7m～6.7m，基坑开挖深度为-10.4m～-22.15m，均为深基坑。一期带式延长煤沟为现浇钢筋混凝土箱型结构，底板采用筏板基础，南北方向长80m，东西方向宽10.8m，基础持力层为砂岩，地基承载力特征值fak=400kPa；T1、T2转运站作为一整体地下结构南接一期带式延长煤沟，为现浇钢筋混凝土箱型结构，底板采用筏板基础，东西方向长35.95m，南北方向宽18.7m，基础持力层为砂岩，地基承载力特征值fak=400kPa；C3廊道南接T2转运站为现浇钢筋混凝土箱型结构，底板采用筏板基础，南北方向长95.946m，基础持力层为第层强风化泥岩，地基承载力特征值fak=300kPa。根据现场情况，施工中需对T1、T2转运站、一期带式延长煤沟及C3运煤廊道进行整体开挖施工。深基坑开挖具体参数、数据详见表1：基坑开挖深度汇总表和图1：T1/T2转运站、一期带式延长煤沟及C3运煤廊道深基坑开挖图。
表1 基坑开挖深度汇总表
图1 T1/T2转运站、一期带式延长煤沟及C3运煤廊道深基坑开挖图
2工程条件
2.1基坑周边环境调查
（1）延长煤沟设计与一期的火车卸煤沟接口，位于一期既有火车运煤线的正下方，施工时将对应开挖区域的铁路相关配套设施移除。T1、T2转运站、一期带式延长煤沟及C3运煤廊道周边未有地下管线、电缆等设施。
（2）开挖基坑场地东北侧为既有火车信号楼及施工用所设置的8t塔吊基础。既有火车信号楼为二层框架结构，独立基础，基础平面尺寸为2100mm×2100mm，基础埋深为自然地面下2.5m，原设计基础地基处理为天然砂夹石换填，出基础外边缘2.50米。8t塔吊基础平面尺寸为5600mm×5600mm，设计与火车信号楼基础埋深相同，距离信号楼框架基础边缘500mm，中心距离T1、T2转运站基坑边坡4.1m。
总体看，基坑周边环境较复杂，基坑开挖及影响范围内有建筑物及设施干扰，支护设计时应重点考虑施工用塔吊荷载与既有火车信号楼等影响因素。
2.2工程地质
本工程在基坑开挖深度范围内的地层主要特征描述如下[1]：
①粉砂（Q4col）：褐黄、灰黄色，中密～密实，稍湿，该层为近几十年风积形成，该层在厂址内部分钻孔揭露，其厚度不均，一般为0.40～2.50m，层底埋深0.40～5.50m，相应层底高程l316.10～1328.90。
②粉砂(Q4a+Pl):褐黄、灰黄色，中密～密实，稍湿，层厚0.70～5.90m， 层底理深0.80～8.10m，层底高程为1311.26～1328.90m，该层在厂址内部分钻孔揭露，局部夹粉土层。
②-1粉土(Q4a+Pl):褐黄色，中密～密实，稍湿，该层以透镜体形式分布于②粉砂中，该层仅在部分钻孔中有揭露，层厚0.70～1.90m。
三叠系地层(T)
三叠系地层岩性主要为泥岩及砂岩，两种岩性呈层状交互出现，岩层产状一般为倾向l20°，倾角l0°～20°，基岩埋深一般0.00～8.10m，风化程度主要为强风化～中等风化。
泥岩:主要由粉砂质泥岩及炭质泥岩组成，颜色以灰黄、灰绿、深灰色及灰黑为主，强风化～中等风化，泥质结构，块状构造；局部空砂质含量较大，层理特征不稳定，局部节理发育，角度在45°左右。 强风化厚度一般为0.40～12.20m，呈坚硬土状、松散块状。强风化层下部为中等风化层，中等风化泥岩岩芯一般较完整，釆取率高。泥岩在场地内普遍分部。
砂岩：砂岩主要由粉砂岩、细砂岩构成，岩石成分主要由长石英组成， 颜色以灰黄色、灰白色、紫红色为主，强风化～中等风化，微粒～细粒结构，块状构造，泥质～钙质胶结，砂岩在场地分部较普遍，与泥岩交互出现，强风化深度一般为0.50～8.30m，强风化一般呈致密沙状，岩芯采取率低，中等风化岩芯较完整，硬度较高。
2.3水文地质条件
场地内地下水类型主要为基岩裂隙水，赋存于基岩裂隙中，主要受季节性降雨、降雪的影响，无统一的自由水面。大气降水为其主要补给方式，蒸发和人工开采为其主要排泄方式。地下水稳定水位埋深4.20～7.30m，相应高程为l3l1.90～l314.10m。受厂区周边存在的鸳鸯湖水及梅花井煤矿的疏干水影响，地下水渗流对基坑影响较大。
3深基坑土钉支护设计
3.1土钉支护设计条件：
深基坑工程的土钉支护在设计之前需做好相关资料的收集、整理工作，以确保设计更严谨。土钉支护设计的必要条件包括以下内容：
（1）工程地质及区域地质勘查资料
包括2-2.5倍基坑深度范围内各类岩、土层的物理力学性质，主要是介质类别、岩性、天然含水量、天然密度、饱和度、孔隙比、液限、塑限、塑性指数、液性指数、压缩模量、粘聚力、内摩擦角、地下水状况及其渗透性、岩石结构面充填状况及其性质、区域地震的震级及地震烈度资料等。这些是方案设计的最基本资料。
（2）工程条件及周围环境
包括基坑几何尺寸或特征尺寸、地下管线分布情况、临近既有建筑物分布状况及相应基础形式、施工组织设计情况等
（3）降雨及疏水条件
包括基坑所处地形、地貌、排水、疏水条件等。
（4）监控与反馈设计
工程地质条件千差万别，设计不可能一成不变。通过监测，将所得信息反馈于原设计中，必要时对其进行修改，使之更加科学合理，安全经济。土钉支护的设计是根据工程要求、现场土性、地面荷载以及环境制约等诸方面的考虑，通过计算分析求出安全合理的支护结构的设计参数，并进而绘制施工设计图和完成其他后续设计工作，可见结构参数的计算是整个设计工作的核心与关键部分。
3.2土钉支护方案设计
根据场地工程地质地层、周边环境及所获地下设施埋设、既有建筑物分布、施工组织设计等情况，T1、T2转运站、C3廊道及一期带式延长煤沟基坑均采用天然放坡支护。由于三个地下结构整体相连、开挖面积庞大、开挖深度不一，且施工用8t塔吊基础设置在T1、T2转运站基坑边坡上，因此本文选择T1、T2转运站基坑作为该结构土钉支护设计的典型代表进行分析研究。
岩土参数取值
依照岩土工程地质勘察报告，场地下以强、中风化泥岩以及砂岩为主，浅部强风化泥岩呈坚硬土状，取泥岩粘聚力为50KPa，内摩擦角为25°。
（2）支护参数
22.15米深剖面，采用三级放坡，设2个卸载平台，在坡顶下4.0米处留设第一阶平台2.5米宽，该平台以上按1:1.1放坡；第一阶平台以下4.0米强风化泥岩按1:1.0放坡至第二阶卸载平台2.0米宽；二阶卸载平台以上边坡采用土钉挂钢筋网、喷射混凝土边坡支护。二级卸载平台以下至边坡坡脚岩层内按1:0.5放坡，采用岩钉挂钢筋网、喷射混凝土边坡支护。土层内放坡面按纵横1.0米左右间距砸入长度1米长1Φ16（HRB400级）钢筋用以挂网，岩层内按纵横向间距1米设置岩钉，成孔直径50mm，杆体为1Φ16（HRB400级）钢筋，长度1米，与水平面夹角均为15°。注浆材料采用纯水泥浆，水灰比为0.5。
（3）坡面设置喷射混凝土面层进行防护，面层钢筋网为Φ8@200mm×200mm钢筋网，面层强度C20，面层厚度80mm。坡顶C20喷射混凝土挂网（Φ8@200mm×200mm）护坡宽度为2.0米，边坡护坡从坡顶延伸至坡脚外800mm宽度至基坑内排水沟边缘。坡面6米以下设置泄水孔，其位置和数量按上层滞水具体情况设置。在距离基坑边坡坡脚800mm设置300mm×400mm排水沟及800mm×800mm集水坑。坡顶距基坑边2m处周圈采用砖砌240mm（宽）×300mm（高）挡水沿，砖墙内外及顶面涂抹1:2水泥砂浆，并涂刷黄黑相间警戒漆。基坑边坡施工监测点沿基坑周圈按15米间距设置，距离基坑边坡2.5米。
T1/T2转运站深基坑土钉支护详见图2： T1/T2转运站基坑支护图和图3： T1/T2转运站基坑坡面支护钢筋间距详图。
4土钉支护关键要素控制分析
本工程T1、T2转运站深基坑支护，除了按常规施工工艺进行控制外，又结合现场工程条件对如下几个方面的重点研究分析：
4.1喷射混凝土护壁
由于基坑二级边坡开挖后为强风化泥岩，该地基地质条件在雨水侵蚀及暴晒后易崩解、剥离，造成边坡塌方。因此，采用喷射混凝土对边坡面进行防护。喷射混凝土在高压气流的作用下高速喷向土层表面，在喷层与土层间产生嵌固效应，并随开挖逐步形成全封闭支护系统；喷层与嵌固层同时具有保护和加固表层土，使之避免风化和雨水冲刷、浅层坍塌、局部剥落，以及隔水、防渗等作用。
4.2降排水
经验表明，水患是基坑边壁失事的主要原因或重要原因。为了减少作用在面层上的静水压力以及防止饱和的土体，土钉支护须设排水措施。该项目重点对基坑外、坡面及基坑内等三个方面的降排水进行了分析控制：
基坑外：基坑坡顶以外2.0m处砌筑宽度为240mm的挡水墙，其高度应高于基坑外侧土体300mm以上，以防止雨及雪融化水等地面径流汇入基坑。
（2）坡面：基坑侧壁6米以下根据实际渗水情况设置PVC材料导水管，导水管直径为50mm，长度300mm，埋入土中部分外包双层尼龙网。导水管倾角10°，间距约3.0m。此外由于地下水的影响，在喷射混凝土面板施工时可根据现场情况掺入一定量的速凝剂。
（3）坡脚：在距离基坑边坡坡脚800mm设置300mm×400mm排水沟，排水沟坡度不宜小于0.3%。沿排水沟每隔30m设置一口集水井500mm×500mm×800mm，集水井应采取防渗措施，基坑内采取集水明排措施。
4.3监测
鉴于本基坑工程的重要性及复杂性，实施中采用信息化施工方法，边施工边监测，及时反馈监测结果，掌握基坑边坡及周边建筑物的情况，做到心中有数，确保基坑及周边环境的安全。因分段分层施工，易产生施工阶段的不稳定性，因此，必须在施工开始就进行土钉墙体位移监测[2]，以便于采用必要的措施。
基坑及周边环境位移监测设置3个稳定、可靠的基准点，工作基点选在相对稳定和方便使用的位置，监测期间定期检查工作基点和基准点的稳定性。基坑水平及竖向位移监测点设置在坡顶易于保护处，本基坑设置在基坑安全围栏外侧，距离边坡约2.5m位置处。基坑变形监测点设计采用500mm×500mm×1500mm的C20混凝土桩，每个桩上设置一块M2020A1型的埋件，变形监测桩间距15m；火车信号楼上设置8个沉降观测点。塔吊基础上设置的沉降观测点的埋件型号与火车信号楼相同。本工程结合现场开挖面积较大、边坡梯级较多的特点，采用激光反射片固定监测方法应用于基坑变形监测，测量精度准确、效率高，降低了作业安全风险。经监测，基坑边坡变形稳定，未出现观测值超标现象，工程实施效果良好。
4.4施工组织平面设计
深基坑工程的支护方案，在设计阶段就要考虑地下结构施工所需的材料垂直运输机械、塔吊布置、周转性材料场地布置、运输道路、地面超载等施工组织设计的相关内容。本深基坑工程在土钉墙支护设计及施工中，重点对以上几个方面进行了控制，基坑开挖支护、结构施工及回填历时5个月，支护结构安全可靠，平安到顶，效果良好。
5结束语
深基坑工程是一个高难度的岩土工程技术课题，与场地条件、地层情况、水文地质条件、施工管理、现场监测及相邻建筑场地的施工相互影响等密切相关[3]，基坑工程是一个需要精心勘察、精心设计、精心施工和精心监测的动态控制的系统工程。本工程深基坑的土钉支护结构，采用“动态设计”及“信息施工法”，并做好对应的安全预警和应急预案，在项目实施全过程保证了边坡稳定及周边建筑物正常使用，确保了地下结构施工期间基坑安全。土钉墙支护已经是目前所广泛采用的一种支护技术，本文结合工程实践，从理论和实践角度对土钉墙支护的研究做了深化，希望相关单位参考借鉴，并丰富关于土钉墙基坑支护技术的理论体系。
参考文献：
[1]华北电力设计院工程有限公司，神华国能鸳鸯湖2x1000MW级机组扩建工程施工图设计阶段岩土工程勘测报告[R]，北京，2013，8
[2]刘合伍.土钉支护技术在基坑支护工程中的应用【J】广东建材，2014，4：52-54
[3]李燕军.土钉墙基坑支护应用实例探究【J】四川建筑科学研究，2014，40(6):110-112
论文作者:李俊峰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/17
标签：基坑论文; 转运站论文; 泥岩论文; 工程论文; 深基坑论文; 结构论文; 基础论文; 《防护工程》2018年第23期论文;