深基坑泵站开挖方案设计

【摘要】： CP1项目雨水泵站SW1基坑开挖深度达31.615m，开挖方案设计和边坡安全稳定成为首要考虑的问题。本文主要介绍SW1开挖方案所采用扩大明挖与喷锚支护相结合、深井降水等施工技术，并对边坡采用岩土工程计算软件Rocscience.Slide.v5.025进行稳定计算，以确保深基坑开挖施工安全，为类似工程提供有益借鉴。

【关键词】 深基坑；喷锚支护；边坡稳定性；深井降水

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：

工程概况

卡塔尔路赛CP1项目雨水泵站SW1是该项目最深的单体结构物，设计底部高程-29.115m，地面标高为+2.5m，基坑开挖深度达31.615m。地面以上结构高7.1m，总高度36.215m，地下结构平面尺寸34.35m×37.2m（图1-1）。

场地临近海岸线，地下水埋深较浅，水量丰富；周围有其他构筑物和地下管线在其旁边，场内地貌单元简单，表层为回填粘土料。

图1-1SW1平面图

施工方案选择

通常情况下，对深基坑开挖施工，一般有以下几种施工方法：

（1）不受地理条件限制的，可采用扩大明挖的方式，分层分台阶逐级放坡向下开挖。

（2）先放坡开挖一层土体后，沿基坑周围打入钢板桩，并采用锚索将钢板桩固定，在开挖后加设内支撑，行成钢板桩围堰的维护体系。

（3）先放坡开挖一层土体后，在开挖形成的坑壁中，设置一定长度和密度的锚杆体，在锚杆孔内灌浆，使锚杆与边坡结合成一个整体，坑壁表面挂钢筋网，速喷C20混凝土进行支护。喷锚挂网支护是靠锚杆、钢筋网和混凝上层共同工作来提高边坡土的结构强度和抗变形刚度，减小土体侧向变形，增强边坡的整体稳定性。

综合以上3中方法的优缺点比较，结合本项目的实际情况，考虑到开挖施工时运料出土、建筑物施工时候材料的运输及现场道路布置，决定采用第三种方法进行开挖支护，按现有场地条件合理放坡，并通过岩土软件计算边坡稳定，对不满足最小抗滑安全系数的边坡采用喷锚支护。

基坑边坡稳定计算

边坡稳定分析按极限平衡原理，采用岩土工程勘察软件Rocscience.Slide.v5.025搜索边坡的最危险滑动面，并计算出最小抗滑安全系数Fs，判断是否满足规范要求。对采用锚杆支护的边坡，规范规定最小抗滑安全系数为1.2， 没有采用锚杆支护的边坡为1.1。

岩层参数

根据第三方实验室地质勘察报告，雨水泵站SW1自上而下分布地层的物理力学特性指标的统计值见表3-1：

表3-1：

SW1开挖边坡设计

根据现有场地边界条件，北侧按1：1.34放坡，南侧1：0.89，东侧1：0.92，西侧由于紧挨66kv变电站，为了不影响变电站的安全和施工，预留13.9m宽的安全距离后，上部按1：1放坡开挖至-17.60m，-17.60m以下采用垂直开挖。开挖平面布置图见图3-1。

边坡稳定计算选取四个典型断面S1、S2、S3、S4，验证边坡能否在无加固及无支撑的条件下，依靠土体自身的强度，在新的平衡状态下取得稳定的边坡状态。对不满足最小抗滑安全系数的边坡，采取加固措施，配置一定数量的锚杆，重新计算边坡稳定性，直至满足最小抗滑安全系数。经过计算，S2、S3、S4边坡均能通过自身土体的粘结强度达到最小抗滑安全系数，计算结果见图3-2、图3-3、图3-4。S1边坡不能满足规范要求的最小抗滑安全系数，需要配置一定长度和密度的锚杆。

锚杆设计

锚杆采用φ25高强钢筋，fy=420MPa，锚杆成孔直径115mm，最小入岩深度7m，倾角15度，末端用边长250mm的方形钢板和高强螺栓锚固在面层混凝土上。锚杆按1.5m×1.5m的间排距梅花形布置，共设置7排，自上而下分层施工。从-17.60m开挖至-20.85m，布置第一、第二排锚杆，从-20.85m～-23.85m，布置第三、第四排锚杆，从-23.85m～-26.85m，布置第五、第六排锚杆，从-26.85m～-29.115m，布置最后一排锚杆。

面层形式

面层采用喷射混凝土与钢筋网组成钢筋混凝土板结构；喷射混凝土强度等级C20，支护面层厚度100mm。

网筋采用φ6@150mm钢筋绑扎而成，为了增加面板的整体强度，横向设2φ12钢筋贯穿整个面层，纵向设2φ12钢筋，长750mm，以锚杆为中心对称布置。纵横向加强筋与钢筋网片焊接。

布置锚杆后，重新计算S1边坡的稳定性能满足规范要求，见图3-5，锚杆支护结构图见图3-6。

图3-1 SW1开挖平面图

图3-2 开挖边坡S2稳定性计算

图3-3 开挖边坡S3稳定性计算

图3-4 开挖边坡S4稳定性计算

图3-5 开挖边坡S1稳定性计算

图3-6 锚杆支护结构图

边坡稳定计算结果

边坡稳定计算结果见表3-2：

表3-2：

由上表可知，所有边坡均能满足最小抗滑安全系数要求。

基坑排水、降水方法

由于受场地限制，采用井点降水进行基坑排水，根据先前降水设计计算结果，进行井管布置，降水布置见图4-1。

图4-1 SW1井管布置图

具体做法：基坑开挖至-6.0m时，停止开挖，在距离结构物四周1m等间距布置16个深38.21m的井点。井点采用旋挖钻钻孔，直径1m，然后在孔底回填2～3m碎石，将带槽型孔的φ600mm钢管插入1m孔内，在钢管周边灌入碎石。由于基坑太深，潜水泵的扬程不够一次将井水直接抽到SW1边坡坡顶，需分两级抽水，先用水泵将井水抽到预先放置在已开挖完的SW1西侧66kv变电站平台上的两个水箱中，然后再使用大功率离心泵将水箱中的水抽到SW1坡顶附近的排水沟中。除此之外，为防止西面边坡上的地下水被钢筋混凝土板阻隔在墙后，引起地水位上升，内水压力增大，使边坡垮塌，在边坡上每10m2打一个排水孔，其它三面边坡，根据现场实际情况，按需要打排水孔，排水孔孔深大于7m，孔径75mm，向下倾斜5～10度，在孔内放置带孔的φ50mmPVC管，使渗水沿着排水管流到结构物周边的排水沟内，再流入深水井内，然后抽走。

开挖过程始终保持地下水位在开挖面以下1m，以便在无水干燥的条件下进行开挖及其它施工。

工程实践效果

实践证明，采用锚杆支护和基坑深井降低地下水位后进行SW1的开挖，达到设想的效果，从而为下一阶段的混凝土施工创造了有利条件，设计基坑开挖方案时通过软件计算合理选择开挖坡度，采用锚杆支护和深井降水这一施工方案是可行的、有效的，减少了不必要的支护，既经济又节省时间，保障了整个工程的顺利进行，对于类似工程的深基坑开挖具有一定的指导和借鉴意义。