郭智峰

(深圳市建工集团股份有限公司，深圳 518048)

西安市某项目基坑开挖的工程地质问题及解决方案

郭智峰

(深圳市建工集团股份有限公司，深圳 518048)

探讨了西安市某基坑工程在开挖中可能遇到的工程地质问题，针对不同情况提出了具体的应对方案。

基坑涌水；边坡滑移；沉降；支护；降水

西安市某工程项目设计的地下车库，需进行深基坑开挖。资料显示，该工程项目场地环境比较复杂：河、咸宁路及已建楼盘环列四周，工程地质条件较差，且有未钻穿地层。我们充分考虑基坑开挖可能遇到的工程地质问题，制定了有效的技术方案，以保证基坑开挖工作的顺利进行。

1 工程概况

图1 拟挖基坑剖面示意图

基坑地质剖面；地表杂填土，河漫滩淤积土（粉质粘土土质），厚2.3m，有形成独立边坡的能力（k≥1.25）；冲积层地层上部为卵石层，细粒含量20%，且分布均匀，稍密状态，厚1.5m。地下水位位于地表下3.8m。

2 工程基坑开挖的工程地质问题及应对方案

2.1 基坑涌水

基坑涌水量的计算公式[2]：

（1）岸边降水时

①均质含水层潜水完整井基坑涌水量可按下列规定计算：

b<0.5R

式中：

Q——基坑涌水量；

k——渗透系数；

H——潜水含水层厚度；

S——基坑水位降深；

R——降水影像半径；

r0——基坑等效半径；

b——基坑中心到所在河边的净距离。

②均质含水层潜水非完整井基坑涌水量可按下列规定计算：

含水层厚度不大时，涌水量可按下式计算：

式中：

M——由含水层地板到过滤器有效工作部分中点的长度。

含水层厚度很大时，涌水量可按下列公式计算：

b<0.5R

式中：

M——承压含水层厚度。

（2）基坑远离边界时

①均质含水层潜水完整井基坑涌水量可按下列规定计算：

②均质含水层潜水非完整井基坑涌水量可按下列规定计算：

（3）（单侧方案）当基坑靠近隔水边界时：

b'<0.5R

（4）基坑为圆形时，基坑等效半径应取为圆半径，当基坑矩形，等效半径可按下列规定计算

ro=0.29(a+b)

式中：a、b分别为基坑的长、短边。

降水井影响半径宜通过实验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时，可按下列经验公式计算：

式中：R——降水影响半径（m）；

S——基坑水位降深（m）；

k——渗透系数（m/d）；

H——含水层厚度（m）。承压含水层

该工程的降水可采用U型轻型井点管降水[3]，其U型口设在建筑物一侧（排水回灌，稳定附近地下水位，保护已有建筑）较为有利；亦可采用单侧轻型井点管降水，但须在近河端设置备用抽水装置（如潜水泵井点），以防单侧总管近河端涌水量过大。具体布置方案如图2 图5所示。降水后，坑底完全位于地下水位之上，坑底水压力得到了有效降低。若出水量过大，可在近河一侧增加排水点，钻孔用潜水泵抽水[4]。排出的水，除用于回灌外，多余水量排入河。

关于井点管的计算公式：

降水井的数量：n=1.1(Q/q)

式中：

Q——基坑总降水量；

图2 “U”型轻型井点管降水平面布置示意图

图3 “U”型轻型井点管降水剖面示意图

图4 单侧轻型井点管降水平面布置示意图

图5 单侧轻型井点管降水剖面示意图

q——设计单井出水量 q =120 rsl3k

其中

rs——过滤器半径；

l——过滤器进水部分强度（管井过滤器长度宜与含水层厚度一致）；

k——渗透系数（m/d）。

对于防护措施来说，则要做好坑底和四壁防护，比如用冻结法和化学加固法加固坑底[5]；用防水混凝土挂钢筋网锚喷支护、注浆法加固泌水带等方法做四壁防护。

2.2 基坑边坡滑移

深基坑开挖一般为垂直开挖，支护措施不当会造成边坡失稳而产生整体滑移[6]。本工程中，近距离的较高层已建建筑、距河较近、土层搭配不尽合理，造成边坡的大荷载、水压力大、土体透水性强而稳固性较差等等问题，这些都是基坑开挖的不利因素[7]。基坑方案若采用恰当的降水措施，使基坑完全位于地下水位之上，则可以在降低地下水位的同时达到加固地层，稳定已有建筑等诸多效果。

图6 基坑支护剖面示意图

土钉墙的有关计算公式[2]如下：

（1）单根土钉抗拉承载力计算应符合下式要求

式中：Tjk——第j根土钉受拉荷载标准值；Tuj——第j根土钉抗拉承载力设计值。

（2）单根土钉受拉荷载标准值可按下式计算

式中：

ξ——荷载折减系数，

eajk——第j个土钉位置处的基坑水平荷载标准值；

Sxj、Szj——第j个土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距；

αj——第j根土钉与水平面的夹角。（3）荷载折减系数ξ可按下式计算

式中：β——土钉墙坡面与水平面的夹角。

（4）对于基坑侧壁安全等级为二级的土钉抗拉承载力设计值应按试验确定,基坑侧壁安全等级为三级时可按下式计算：

式中：

rs——土钉抗拉抗力分项系数；

dnj——第j根土钉锚固体直径；

qsik——土钉穿越第i层土土体与锚固体极限摩阻力标准值；

li——第j根土钉在直线破裂面外穿越第i稳定土体内的长度，破裂面与水平面夹角为

（5）土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面，采用圆弧滑动简单条分法，按下式进行整体稳定性验算：

式中：

n——滑动体分条数；

m——滑动体内土钉数；

rk——整体滑动分项系数；

r0——基坑侧壁重要性系数；

wi——第i分条土重，滑裂面位于粘性土或粉土中时，按上覆土层的饱和土重度计算；滑裂面位于砂土或碎石类土中时，按上覆土层的浮重度计算。

bi——第i分条宽度；

cik——第i分条滑裂面处土体固结不排水(快)剪念聚力标准值；

φik——第i分条滑裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角；

ϴi——第i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角；

αj——土钉与水平面之间的夹角；

Li——第i分条滑裂面处弧长；

s——计算滑动体单元厚度；

Tnj——第j根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力。

2.3 基坑流沙

本工程中，基坑开挖后，坑内外高差达1.2m，近坑底土层为卵石加粉粒，这种情形利于泌水冒砂，不能不预防流沙的问题。治沙必先治水，预防流沙的重要手段是有效降低地下水位，尽力使基坑位于地下水位之上。从这一角度看，有效降水的方案是首选。此外，还可用压力注浆、搅拌桩、树根桩及旋喷桩等措施[8]。

2.4 基坑降水引起地面沉降

如果采用大面积降水方案，本工程因近河、存在不良土质、边坡大荷载，很可能引起地面的不良性沉降，尽管距基坑5m远的已建楼盘是筏板基础，必将受到不均匀沉降的不利影响[9]。还需考虑咸宁路较大的动荷载，若不均匀沉降超过允许范围，路面或下沉、或断裂，都会影响交通安全。

地基最终沉降量计算公式：

式中：

S——地基最终变形量（mm）；

S'——按分层总和法计算出的地基变形量；

ψS——沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时可采用表一的数值；

n——地基变形计算深度范围内所划分的土层数；

P0——对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力（kpa）；

Esi——基础底面下第i层土的压缩模量，应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算（Mpa）；

zi、zi-1——基础底面至第i层土、第i—1层土底面的距离(m)；

表1 沉降计算经验系数ψs

可优选的方案有两种：一是在该建筑物与基坑之间、咸宁路方向与基坑之间设置隔断墙，在基坑近河一侧单侧降水，并密切关注建筑物及咸宁路周围水位，令其在可控范围内（如图7所示）；二是采用前述降水方案，但需注意控制回灌水量，避免过量回灌造成湿陷性下降而加剧沉降[10]。

图7 预防大面积沉降方案平面布置图

3 结语

笔者通过研究该工程项目已知的工程地质和周围环境资料，推断在基坑开挖中可能会遇到基坑涌水、边坡滑移、流沙和地面沉降等问题，并提出了应对措施。在实践中，发现这些措施是有效的。但由于缺乏进一步的资料，未能详细计算诸如涌水量、土钉的各个参数等具体数据，只提供了部分相关的计算公式（引自相关规范），但这并不影响探究问题、解决问题的整体思路。相信随着科技的发展，在基坑开挖及其支护方面一定会产生更高效的新技术新方法。

[1] 宋福渊，刘晓辉，耿冬青.深基坑降水施工动态控制及效果分析[J]. 建筑技术2007，12.

[2] 建筑基坑支护技术规程 JGJ 120～99.

[3] 王林伟.深层搅拌桩和轻型井点在复杂地质基坑支护中的应用[J]. 施工技术2007,09.

[4] 许明辉，朱良锋.井降水辅助深基坑开挖有关问题探讨[J]. 施工技术2007,S1.

[5] 胡浩军，王元汉.深基坑开挖与支护模拟仿真分析[J]. 岩土力学2007,S1.

[6] 陈志敏，赵德安，李双洋，刘德仁.黄土滑坡最不利滑面综合分析方法[J]. 铁道工程学报2007,07.

[7] 安 民，杨宏丽，苏武斌.西北黄土地区边坡设计选型[J]. 武汉大学学报(工学版) 2007,06.

[8] 庞烈鑫.黄土地区树根桩承载力的试验研究[J]. 路基工程2007,04.

[9] 聂意江，高俊峰，盛文考.基础施工引起邻近建筑物变形的控制[J]. 施工技术，2007,S1.

[10] 张瑛颖，龚晓南.基坑降水过程中回灌的数值模拟[J]. 水利水电技术2007,04.

TU753

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1007-1903(2009)03-0036-05