中国武钢体育中心一期工程游泳馆深基坑支护设计与施工

【摘要】武钢体育中心一期工程游泳馆深基坑，土层结构差，地下水位高，长江汛期施工难度大；针对上述难点，采用型钢+水泥土挡墙支护结构+表面喷护结合深井降水后放坡开挖的方案，取得了良好的施工支护效果，工程造价低，安全可靠，保证了基坑内后续作业的顺利施工。

【关键词】深基坑；型钢+水泥挡土墙；深井降水；挂网喷护

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

由清华大学建筑设计研究院设计，中国一冶集团有限公司施工的武钢体育中心一期工程，位于武汉市青山区,一期建设用地面积约为15.9473公顷。内容包括游泳馆、训练馆、游泳馆三个子项。总建筑面积34776m2。其中游泳馆建筑面积11444m2，地上二层，局部三层，地下一层，地上建筑面积7391m2，地下建筑面积4053m2；柱网轴线长度105.600m，柱网轴线宽度67.500m，游泳馆基础为PHC管桩筏板基础，主体结构和屋面为钢结构网架造型。筏板面标高为-5.100 m（绝对标高18.500m），承台面标高为-3.700m，最深处面标高为-6.500m。

游泳馆基坑周长约413m，面积10098m2，开挖深度为4.2～6.50m不等（绝对标高18.1m），属于深基坑作业，且土质存有砂化程度。

游泳馆设计±0.00绝对高程为23.60m。

2地质条件

2.1工程地质条件

拟建场地位于武汉市青山区友谊大道和仁和路交汇处，属长江右岸Ⅰ级阶地地貌。地下伏基岩为该汉口-新界复背斜核部岩层，岩层倾向北，倾角约65～70°。目前场地整平已完成，地形较为平坦，自热地面标高约23.20m。

根据2011年10月8日～2011年10月23日由中冶集团武汉勘察研究院有限公司组织勘探后形成的《武钢职工体育公园场地岩土工程勘察报告书》，工程场地地质情况见表-1。

表-1工程场地地质情况表

2.2水文地质条件

场地内的地下水有上部滞水和承压水，上部滞水主要赋存于人工填土层中，大气降水的渗入为其主要补给来源，水位埋深1.20m～4.60m，水位标高在17.10m～31.99m。

承压水赋存于下部粉质粘土与粉细砂互层、细砂层中，据48#孔水位观测，其水位埋深6.60m，相当于标高16.13m。其水位变化幅度为3m 左右。

根据勘察报告，场地环境类型为Ⅱ类，地下水对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。

3基坑特点分析

本工程游泳馆基坑重点应考虑边坡土层稳定性和地下承压水的影响。游泳馆基坑开挖深度为：6.000m（绝对标高18.100m），基坑土层结构包括①1杂填土、①2素填土、②粘土（可塑）和③粉质粘土（软塑），基坑上部为较厚松散土层，下部为软塑粉质粘土，均对基坑边坡构成不稳定。枯水季节承压水水位标高16.13m，游泳馆基坑坑底标高分别高于承压水水位1.97m和1.47m，根据《武钢职工体育公园场地岩土工程勘察报告书》基坑突涌评价：基坑在枯水季节施工比较安全，而长江汛期进行基坑开挖和土建施工，坑底发生突涌的几率较大。

结论：(1)根据《基坑工程技术规程》DB42/159-2004第3.2条，本基坑工程侧壁重要性等级为二级。(2)本工程地质条件较差，开挖深度范围内局部有软土，需要采取一定的支护措施后放坡开挖。(3)基坑预计在丰水期开挖，地下水位较高，基坑开挖可能会产生突涌，需要采取降水措施。

4基坑支护设计

4.1支护方案的确定

根据本基坑工程的特点、场地地质条件、周边环境条件，并综合考虑基坑的安全、经济、工期、环保等多方面因素，本工程的基坑支护方案选择为：

图1基坑支护分段图

游泳馆距离场内规划道路较近，且游泳馆坑底的软弱土层相对体育馆、训练馆更深，着眼安全、经济的角度考虑，为了不破坏现有施工道路，避免施工道路的重复性修复，游泳馆基坑采用型钢+水泥土挡墙支护结构+表面喷护结合深井降水后放坡开挖的方案，型钢为HN450×200H型钢，挡土墙顶加设100mm厚C20混凝土压顶盖板。被动区加固厚3.0m～5.0m不等，竖向插入H型钢的长度为11.5m，墙顶放坡采用土钉挂网喷射C20混凝土护面，挂网采用φ6.5@200×200钢筋网，土钉采用φ14钢筋，长度1.0m，间距1.2m，梅花型布设。坡面设置一排泄水管，水平间距3.0m，泄水管采用长度为0.5m的φ50PVC排水管。基坑支护按照不同工况，划分为AB、BC段，CD段，DE段，EF段，FA段，见图1、见图2、图3。

图2基坑支护断面图(限于篇幅，仅画出ABC段的支护断面) 图3现场基坑支护、降水图

4.2基坑土方边坡计算

基坑边坡按照不同工况，划分为5段，分别采取不同的支护支护参数，下面以AB、BC段为例计算。基坑支护计算简图如图4所示，计算结果图如图5所示。

图5计算结果图

4.3基坑降水设计

根据地质报告，游泳馆基坑如在长江汛期进行基坑开挖，预计承压水将比勘察阶段水位上升3m，水面标高为19.13m，选最不利的69#孔地层结构为例，基坑底面标高按18.00m考虑，则：

γH =（18.1×0.30）+（17.9×1.40）=29.89（kPa）

γwh =10.0×3.83=38.30（kPa）

坑底突涌抗力分项系数γtg =γH/γwh =29.89/38.30=0.78＜1.2，故坑底如在长江汛期进行基坑开挖，开挖标高达18.00m 时，坑底会发生突涌现象。

根据武汉市区对基坑降水经验，结合场区实际地质条件，降水井采用非完整井。本工程基坑降水采用深井降水，按减压降水考虑，经计算，游泳馆基坑内布设6口，井深30m，暂不抽水的降水井兼作观测井。

初步选定管井孔径为550mm，管径为250mm，管井长度为30m，设计单井出水量不小于50t/h。应将承压水水位降至基坑底标高以下至少1m。

管井采用钢卷管或无缝钢管，实管侧密封无空隙，滤管侧壁钻孔，梅花状布置。

在降水施工实施过程中，必须先施工具有代表性的单井，并进行试验性抽水。在核实场地水文地质设计参数和明确抽排效果的前提下，再适当调整降水的具体实施方案，并用以指导其它地段降水施工，降水井数量和长度也应视现场具体情况增减。

5关键施工工艺

5.1支护结构

(1)严格按图纸确定搅拌桩桩位，孔位误差≤5cm，搅拌机垂直度误差≤1.5﹪，桩底标高误差≤10cm，H型钢的定位垂直度误差≤1﹪。

(2)水泥搅拌桩采用42.5普通硅酸盐水泥，每米用水泥量50kg，水灰比1.5～2.0,施工中应严格控制其钻进速度和提升速度，钻进转速27.0r/min～80.6r/min，钻进速度0.8m/min～1.0m/min；提升喷浆速度0.6m/min～0.8m/min。现场根据首桩实验情况，确定钻进速度及钻具提升速度。搅拌桩施工的全过程应严格控制喷浆量、旋喷速度、提升速度、桩长、施工时间、施工记录。

(3)插入深层搅拌桩内的热轧型钢HN450×200，型钢采用整材，当施工需要分段焊接时，应采用坡口焊，基坑回填完拔出H型钢时，需边拔边注浆填充桩孔。

(4)被动区加固注浆孔以梅花桩形式排列，孔距1000mm,水泥浆水灰比0.5，应自下而上分层注浆入，分层厚度≤400mm，注浆率≥15﹪，经过压密注浆的加固体28d后静力触探比贯入阻力PS≥1.4MPa。