三门核电循环水泵房超深基坑支护设计实例

秦 景，路 威，朱俊臣

（1.中国水利水电科学研究院 工程设计研究中心，北京 100044；2.中核集团三门核电有限公司，浙江 三门 317112）

1 工程概况

浙江三门核电循环水泵房位于厂区北护堤的东段，西侧靠近重件码头，南侧紧邻待建的重件道路和循环水管道，北侧为大海。循环水泵房原地貌为山前海涂滩地，标高一般为+2.0～-2.0m，并堆填了7～13m不等厚度的碎（块）石预压。循环水泵房构筑物外墙线南北长85m，东西宽55m，基坑最深处标高为-20.8m，而目前场坪标高为+4.58～+11.51m，即最大护坡高度为32.3m。循环水泵房场地的基岩埋深起伏大、呈斜坡状，西南高、东北低，西南角基岩顶平均标高大于+10m，而东北角平均低于-10m（最低点为-15m）。西南侧陡东北侧缓，平均坡度1∶4。基坑北侧、东侧有较厚的淤泥层，该层是高压缩性软土，呈流塑状态。经地质勘探报告揭示的地层（自上而下）如表1所示。

表1 场地土层物理力学参数

2 支护结构设计方案

2.1 方案比选根据基坑开挖范围内地层土质、地下水及周边建筑物分布等特点，设计选择了内支撑、弧形连续墙和排桩+深搅重力墙+岩锚支护等多种支护方式进行比较分析。内支撑支护适合于淤泥质地层，变形小，但由于本基坑内基岩倾斜，基坑底部基岩还需爆破开挖，内支撑无法设置，且内支撑体系不利于泵房结构施工，故未被采纳。弧形连续墙如同拱坝，可将淤泥层侧压荷载转移到坝脚。但连续墙各段衔接工艺复杂、施工要求精度高，且工程费用大，存在施工风险，坝脚基岩完整性也不能保证，因此也被放弃。

排桩+深搅重力墙+岩锚基坑支护方案各项技术成熟，此组合形式在类似地层的工程中已成功应用，其设计理念是：采用深搅加固淤泥层，使上部回填石的荷载及淤泥的变形侧压得以消减，支护结构无需具有较大的抗弯能力及锚拉力，使得支护桩配筋与锚索设计切实可行。经综合考虑，按照安全、经济、方便施工和因地制宜的支护方法选用原则[1]，确定采用此设计方案，措施布置如图1。

2.2 方案设计根据地层条件，将基坑边坡划分为：完全基岩边坡；基岩埋深小于-8.0m、无淤泥地层的边坡；基岩埋深较大、有较厚淤泥层的边坡3种类型，分别采用3种支护型式，并选择典型剖面进行分析计算（图2）。

（1）放坡。本工程基岩边坡主要分布在循环水泵房基坑的西侧和南侧，总长度为118m。根据建筑基坑工程技术规范[2]，中、微风化基岩按1∶0.3坡度放坡，当坡高大于5m时，设置1m宽过渡平台。基岩面上部若有回填土、石层，按碎石类，中密、稍密状态岩质考虑，按1∶1放坡。过渡平台宽1.0m，坡高小于5m的可不设过渡平台。

（2）排桩+深搅重力墙+岩锚。基坑的东北侧地层可归并为+6.0～-2.0m为回填石层，-2.0～-12.3m为淤泥层，至-15.0m为含砾粉质黏土层，以下为中风化安山玄武岩。上部回填石层开挖放坡，坡度为1∶1，增设过渡平台。中部采用排桩+深搅重力墙+岩锚支护形式，支护桩桩径1m，桩距1.5m，桩长16m，嵌入基岩3m，桩顶设在-2m标高。每3.5m设一层锚索，倾角40°，共计3层，锚头进入基岩6m。同时，对10m厚淤泥层深搅加固，水泥掺入量15%，水灰比0.5，桩径0.6m，桩间搭接0.15m，深入下部黏土层0.3m，整体按格栅状布置，置换率m=0.6。基坑下部-15～-20.8 m基岩采用1∶0.3放坡，放坡点距桩中心大于2m，如图2。

（3）排桩+锚索。基坑的东南侧地层可归并为+10～-2.39m回填石，-2.39～-7.99m为含砾粉质黏土，-7.99m以下为安山玄武岩。上部回填土层放坡，下部基岩放坡，中部含砾粉质黏土层采用用排桩+锚索形式，排桩桩长10.2m，其中嵌入基岩3m，至微风化层。桩径1m，桩间距1.5m，开挖后桩间挂网保护。并设1～2层斜拉锚索，倾角35°，内锚头进入基岩面6m。

2.3 技术措施

（1）盖板和锚索。为使护坡桩与搅拌桩形成一整体，在深搅桩顶部浇注厚30cm的C20混凝土盖板，配置网格状φ6@250钢筋。在盖板后缘布设垂直锚索，以较小的锚拉力产生较大的抗倾覆弯矩，同时使护坡桩、盖板、深搅桩、锚索形成一整体支护体系[1]。

（2）场内排水沟。为了使场内施工方便，达到干作业目的，在基岩坡前与泵房建筑外墙间2.5m宽的区域内设一排水系统，环绕全部场区。排水沟深0.5m，宽0.5m，截面呈梯形，纵坡1/300。在场地拐角共设集水井6个，深1m，直径0.7m。每个集水井中设立一潜水泵，随时将积水排至基坑外。

（3）桩顶护栏。为了安全生产，在护坡桩顶梁上及基岩顶面分别安置护栏，以保证施工现场的安全。护栏的预埋件在顶梁浇注时按尺寸埋入。

3 验算分析

为使本支护系统在安全稳定的前提下做到经济合理，经反复试算后选取典型断面进行结构设计及稳定性验算。采用理正深基坑支护结构设计软件进行支护结构的抗倾覆稳定性验算以及整体稳定性验算，土层物理力学参数按表1取值，各土层分布、深度和锚杆锚固位置按图2布置，其中：上部8m厚回填石层采取大开挖、放坡形式，按附加荷载q=160kPa计。采用瑞典条分法（土条宽度0.5m），得到典型计算断面的最危险滑裂面，圆弧半径为32.686m，整体稳定安全系数Kz=2.41≥1.3，分工况求得的抗倾覆安全系数Ks=1.66≥1.2，均满足规范要求[3-4]。据勘察报告，淤泥地层的摩阻力qsik仅为10～18kPa，对于常规锚索，难以满足较大的锚固力要求，本工程所用的锚索钢绞线采用7φ5规格，设计值为15t/根，锚索每束2～4根，设计拉力为300～600kN。通过典型断面计算（图3和图4）：锚拉力最大为361.84kN，满足设计拉力要求。基坑侧壁最大水平位移为19.26mm，在第二道锚索位置。最大正负弯矩值为711.36kN·m和-787.52kN·m。验算结果表明，土体开挖过程中产生了应力释放、裂隙扩张，并伴随着剪切破坏和滑移蠕变，导致了基坑周边回填石层边坡的沉降，但沉降量不大，指数法算出基坑顶部最大沉降量为50mm。后期监测数据也反映了类似的变形情况。

图3 典型断面内力包络图

图4 典型断面地表沉降

4 结论

三门核电循环水泵房超深基坑支护采用基岩区、回填石层放坡和上覆淤泥层区采用排桩+深搅重力墙+岩锚的方案，取得了满意的效果。本支护设计具有以下特点：采用深搅桩加固淤泥，保证高边坡的稳定，有效减小淤泥侧压，即减小支护桩所需弯矩及锚索拉力的要求。重力墙后设置的垂直锚索以较小的锚拉力产生较大的抗倾覆弯矩。典型断面计算结果表明，锚索锚拉力、基坑侧壁水平位移、弯矩值及地表沉降量均满足设计与规范要求，表明本工程采用的支护形式是科学、合理的。

[1]赵同新，高霈生.深基坑支护工程的设计与实践[M].北京：地震出版社，2010.

[2]YB9258-97，建筑基坑工程技术规范[S].北京：冶金工业出版社，1998.

[3]JGJ120-99，建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[4]GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.