王琦

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074）

1 引言

随着污水排放标准的日益提高，目前很多既有水厂都面临着提标改造或后期新建深度处理等工艺建构筑物以满足排放要求[1]。为便于与前期构筑物形成流畅的水处理工艺流线，提标改造或后期新建建构筑物往往都在前期水厂的厂区内预留空地进行建设。这就不可避免地带来了新建建构筑物临近已建建构物或管线，新建建构筑物基坑场地周边环境较为复杂。为保证基坑及周边环境安全，基坑支护设计需综合考虑各种因素[2-3]，采取适宜的基坑支护形式。

2 工程概况

基坑位于既有水厂厂区内东北角预留用地区域，详见图1。该项目的来水为既有水厂处理后的尾水，经该项目处理后，出水水质达到相关排放标准，作为城市内河的补给水源。主要新建建构筑物为提升泵池、曝气生物滤池、臭氧制备间、臭氧接触池、液氧站、V 形滤池、消毒接触池、送水泵站、加药间。其中臭氧接触池及提升泵池埋深较大，臭氧接触池基坑开挖深度约8.3 m，局部开挖深度8.8 m，提升泵池基坑开挖深度约7.8 m，局部开挖深度8.3 m。其余建构筑物埋深均小于5 m。

图1 工程场地周边环境图

3 工程场地周边环境条件

臭氧接触池位于厂内预留用地中间偏南的位置，其南侧为厂区现状道路，臭氧接触池基坑南侧开挖面距离厂区道路北侧边线3.7 m，道路宽约6 m，沿道路中线偏南侧有D400～D800 mm 的雨水管，埋深约1.8 m，紧邻道路的南侧为厂区内既有水厂的送水泵房，臭氧接触池基坑南侧开挖面距离送水泵房北侧边线约8.6 m。臭氧接触池基坑西侧、北侧、东侧，目前无已建建构筑物。

提升泵池位于厂内预留用地西侧偏北的位置，其西侧为厂区现状道路，紧邻道路西侧为厂区内的围墙，围墙西侧为既有水厂的氧化沟。提升泵池基坑西侧开挖面距离厂区道路东侧边线7.9 m，距离氧化沟东侧池壁外皮最近约21.5 m。基坑北侧为厂区围墙，基坑北侧开挖面距离围墙约5.7 m，围墙外为汽车回收拆解公司场地，无建构筑物。提升泵池基坑东侧、南侧无已建建构筑物。

4 工程场地地质条件

本场地地貌单元属淮北平原。根据钻探及区域地质资料，道路沿线上部为素填土及第四系全新统（Q4al+pl）、更新统（Q3al+pl）冲洪积、成因的黏性土、粉土、粉细砂等，下卧层为第三系双浮组（E1sh）泥质砂岩等。基坑支护涉及主要土层物理力学参数见表1。

表1 基坑支护涉及土层物理力学参数

根据勘察资料，该场地地下水类型主要为两类，一类为上层滞水，为分布于①层素填土中，勘察期间稳定地下水位埋深约1.0 m，受大气降水影响较大；另一类为弱承压水，为分布于③层、⑤层粉土中的孔隙水，勘察期间稳定地下水位埋深约2.7～2.9 m（高程约21.62～23.93 m），具弱承压性，水量较丰富，季节性变化幅度约1.5～2.5 m。地下水主要接受大气降水入渗补给及侧向径流补给，蒸发、人工开采及径流排泄为主要排泄方式。

5 基坑支护设计

5.1 基坑特点分析

1）基坑开挖深度较大为7.8～8.8 m，基坑面积相对较小。

2）临近基坑存在须保护的厂区道路、地下管线及已建建筑物、构筑物。经现场踏勘，臭氧接触池南侧已建送水泵房埋深约3.6 m，该泵房无原始图纸，估计应为整体筏板基础。提升泵池西侧的氧化沟无原始图纸，推测应为整体筏板基础。

3）基坑开挖深度范围内主要为①素填土及②粉质黏土，坑底以下为③粉土层。

4）基坑开挖深度范围内地下水位较高，且基坑开挖深度不满足③粉土层突涌稳定性要求。

5）本基坑构筑物——臭氧接触池及提升泵池，为现浇钢筋混凝土水池，地面以下池壁范围无水平向连续板带，构筑物池壁范围标高无法换撑。

6）②层粉质黏土具弱膨胀潜势，根据地区经验，胀缩等级为Ⅰ级。

5.2 基坑支护设计思路

1）为保证基坑外已建道路、管线及建构筑物安全，基坑支护结构应严格控制变形，以保证坑外环境安全。

2）因地下水位较高，且存在抗突涌破坏危险，基坑应设置止水帷幕，考虑疏干上层滞水，对承压含水层考虑减压或进行疏干处理。

3）考虑采用带支撑的支护结构控制基坑变形，且换撑位置只能位于基础底板标高。

4）由于换撑位于基础底板标高，换撑并拆撑后，围护结构悬臂长度较大。因此，选用刚度较大的围护结构构件控制基坑变形。

5）咨询地勘单位后得知，②层粉质黏土膨胀性较弱，基坑支护不需考虑特殊处理，按常规做法考虑基坑支护设计即可。

5.3 基坑支护设计介绍

根据基坑特点及基坑支护方案设计思路，本基坑支护方案采用刚度较大的钢筋混凝土灌注桩作为基坑围护结构，在基坑开挖阶段设置一道水平支撑控制基坑变形。根据基坑设计规范[4]，本工程基坑支护结构安全等级为一级。基坑支护采用直径800 mm 的钢筋混凝土灌注桩加一道水平支撑。

为考虑施工便利性，水平支撑也采用钢筋混凝土材质。臭氧接触池基坑采用对撑+角撑的水平支撑体系。提升泵池基坑采用仅设置角撑的水平支撑体系。支撑间尽量留设较大空间，方便出土。

设置支撑标高时考虑支撑下机械挖土的便利性，同时尽量考虑将冠梁与腰梁合二为一，简化施工步骤，缩短施工时间。水平支撑体系于构筑物底板标高进行换撑，完成换撑后即可拆除支撑，构筑物池壁施工不受支撑影响。

由于③粉土层抗突涌稳定性不满足要求，考虑采用三轴水泥搅拌桩做止水帷幕截断③粉土层，以保护坑外环境安全。坑内设置降水井做降水井降低坑内地下水位，坑边设置观测井监测周边地下水位。

基坑内沿基坑周边设置排水盲沟，排除坑内积水；基坑边设置截水沟或砌挡水墙等措施防止坑外地表水流入坑内。支护结构典型剖面如图2 所示。

图2 基坑支护典型剖面图（单位：mm）

6 基坑支护监测结果

根据基坑支护监测规范[5]，基坑支护监测主要包括围护桩桩顶位移、围护桩深层水平位移、支撑及钢立柱内力、周边道路、建筑物沉降等项目。

在基坑施工期间，坑边建构筑物变形均未超过预警值，基坑围护结构变形均满足相关规范规程的要求。基坑部分计算值及实测值详见表2。

表2 基坑支护部分计算值及实测值

7 结论

本文以某既有水厂内深基坑工程为例，提出了在既有水厂内进行深基坑支护设计的思路，并将设计思路应用于该实例中，取得了良好的技术经济效果。形成了以下结论：

1）对于既有水厂内改扩建工程，工程建设场地狭小，场地周边存在已建建构筑物，基坑支护设计应考虑采用严格控制基坑变形的支护型式；

2）基坑支护设计可以考虑采用带支撑的基坑支护型式控制基坑变形；

3）基坑支护结构的支撑及换撑设计，应充分考虑水处理构筑物的结构特点及构件布置形式，尽量采用不影响水处理构筑物主体结构施工的支护形式，便于施工，缩短工期；

4）应设置截断基坑内地下水的止水帷幕，并疏干基坑内地下水，减小基坑施工对周边环境的影响；

5）经实测显示，监测数据结果满足相关规范要求，保证了基坑及周边环境的安全，为既有水厂内改扩建工程深基坑设计和施工提供了一定的参考。