辽宁石油化工大学深基坑工程专项方案设计

翟立新

1.吉林大学地球科学学院； 2.辽宁省有色地质一〇一队有限责任公司

一、工程概况

拟建的辽宁石油化工大学深基坑工程位于辽宁省抚顺市望花区丹东路以南，望花大街以东，开原街以西，其南侧为辽宁石油化工大学住宅楼，场地周边交通便利。场地北侧约800米为浑河主河道，由东向西流过，河水流量较丰富。地形较平坦，地形起伏不大。

主要拟建建筑物为大学生创业创新基地及教师公寓两栋楼房，①、②区30层，A、B区为4层，框架-剪力墙结构，筏板基础，设有一层地下室。基坑平面布置图如图1所示。工程共计两个基坑，基坑设计深度6.8m。两基坑之间的距离为20米，①基坑东侧5米处有地下污水管线通过。两基坑南侧毗邻的为石化大学住宅区，其他周围建筑物均为道路，地上没有管线通过，地下只有一污水管线通过，并在两基坑外围，且不影响施工，两基坑地下未见障碍物分布。

根据地质勘察报告及工程详细规划图，需要对两基坑进行降水、支护及土方开挖设计。

图1 基坑平面布置图

二、工程地质与水文地质条件

（一）气象水文

抚顺市属于中温带东亚大陆季风气候区。主要气候特点是夏热多雨，冬寒漫长，温差较大，四季分明。年平均气温为5～7℃，≥10℃积温平均为2700～3200℃；无霜期为130～150天；年平均降水量为760～790毫米；年日照时数为2230～2520小时，日照百分率为51～58%。

（二）场地地层结构及其特征

场地地层主要由第四系全新统杂填土、粉质黏土、碎石土、太古界鞍山群混合岩地层组成。自上而下依次描述如下：

①杂填土（Q4ml）：黄褐色，主要由砂土、粘性土、卵石等组成，稍湿，松散。在场地内连续分布。层厚1.0～3.1米，层底埋深1.0～3.1米。

②粉质黏土：黄褐色，稍湿，可塑，无光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层在场地内连续分布，层厚0.6～2.4米，层底埋深3.0～4.2米。

③1圆砾：黄褐色，一般粒径2～20mm，最大粒径90mm，粒径大于2mm的颗粒约占全部土质量60%，颗粒磨圆度较好，以亚圆形为主，骨架颗粒多由混合岩组成，中等风化，孔隙由中、粗砂充填，稍密状态为主，局部夹薄层粗砂夹层。该层分布不连续，层厚3.2～3.8米。

③2圆砾：黄褐色，一般粒径2～20mm，最大粒径110mm，粒径大于2mm的颗粒约占全部土质量60%，颗粒磨圆度较好，以亚圆形为主，骨架颗粒多由混合岩组成，中等风化，孔隙由中、粗砂充填，中密状态为主，局部稍密或密实。该层分布较连续，层厚0.5～4.3米。

④1强风化混合岩：黄褐色，主要矿物成分为长石、石英、角闪石，粒状变晶结构，块状构造，风化裂隙极发育，岩心破碎，遇水软化。该层与中风化混合岩呈渐变关系。

④2中风化混合岩：灰绿色，长石、石英、角闪石，粒状变晶结构，块状构造，风化裂隙较发育，岩心呈块状、短柱状。

（三）场地水文地质条件

场地地下水类型为第四系松散岩类孔隙潜水，主要赋存在圆砾层中，含水层厚度较大，地下水水量丰富。

天然条件下地下水的补给来源主要为侧向径流及大气降水。主要排泄方式为人工开采及侧向迳流排泄。由于场地邻近浑河，地下水与浑河河水联系较密切，枯水期河水补给地下水，而丰水期地下水补给河水，两者呈互补关系。

地下水埋藏深度为4.0～4.1米，稳定水位标高65.50米左右。据调查访问，由于受浑河河水位的影响，地下水位变幅较大，年平均变幅2.0m左右。

三、基坑支护设计

各区地面附加荷载按10kPa设计,且荷载距离槽边不小于2.5m。计算软件采用《北京理正深基坑7.0》。根据规范要求,结合具体环境条件、地下结构及土层分布厚度,参考我公司多年施工经验,将基坑支护划分为2个支护区域(见图1)。本次基坑开挖设计深度6.8m，基坑侧壁重要性等级为安全等级二级，基坑侧壁重要性系数为1.0。

表1 各岩土层主要设计参数推荐值一览表

表2 各岩土层与锚杆粘结强度特征值一览表

表3 土层分布表

（一）1-1区：两基坑南侧、北侧、东侧区域

该区域采用排桩支护＋预应力锚索锚拉的联合支护形式，排桩直接从地表开始施工，采用φ600mm钻孔灌注桩，钻孔深度8.3m，桩中心间距1.4m，桩顶施工冠梁，冠梁高0.4m，宽0.6m，混凝土强度C30，桩间土采用挂网喷射混凝土防护，混凝土强度C25，喷射厚度80mm，分别在-1.5m和-3.0m处设置两道锚索锚拉，两桩一锚，锚索间距2.8m，并设置腰梁，腰梁采用20#a槽钢背靠背使用。基坑支护剖面图如图2所示。

图2 1-1区基坑支护剖面图

（二）2-2区：两基坑西侧区域

采用上部放坡＋排桩支护＋预应力锚索锚拉的支护形式对两基坑西侧区域进行支护设计。先进行放坡开挖，开挖深度2m，坡度比1:1.25，坡面采用挂网喷射混凝土防护，混凝土强度C25，喷射厚度,80mm，排桩采用φ600mm钻孔灌注桩，钻孔深度6.3m，桩中心间距1.4m，桩顶施工冠梁，冠梁高0.4m，宽0.6m，混凝土强度C30，桩间土采用挂网喷射混凝土防护，混凝土强度C25，喷射厚度80mm，分别在-3.5m和-5.0m处设置两道锚索锚拉，三桩一锚，锚索间距4.2m，并设置腰梁，腰梁采用20#a槽钢背靠背使用。基坑支护剖面图如图3所示。

图3 2-2区基坑支护剖面图

四、基坑降水

根据勘察资料，场地地下水埋深4.0-4.1m，根据规范要求，需要将地下水降至基底以下0.5m，故按照将地下水降至自然地坪下7.5m设计，降水井距离基坑边2.5m。本基坑降水采用采用管井封闭基坑降水方法。通过施工降水井将地下水抽至地表，排出场外。降水施工应在土方开挖和基坑支护前施工，降水提前7-10天。

（一）降水目的

（1）确保基坑土方的顺利开挖。

（2）确保基坑边坡的稳定与安全。

（3）确保基础施工时干槽作业。

（4）维持降水，预防地下水水位上升，引起基础上浮。

（5）控制地下水，减少因降水引起的对周围环境的次生危害。

（二）设计计算参数

降水面积:2200.00m²

降水深度：要求降至自然地坪以下7.5m。

地下水静止水位：ho=4.0m。

含水层厚度：Ho＝3.5m。

渗透系数：K=100.0m/d。

基坑的有效半径ro，将矩形基坑换算成半径为ro的圆形大井,ro可以由下式求得:ro=0.29×(a+b)= 0.29×（51+21）=21m

降水影响半径Ro可由公式R=2S

其中,Ro为降水影响半径（m）；S为基坑水位降深,取7.5m；k为渗透系数,取100m/d；H为含水层厚度,取3.5m。

由公式可求得Ro=280m。

设计井深h：h＝9.5m

井径D＝600mm

井数n＝14眼

井中心距基坑上口距离2.5m

井间距：边井中心距为22m

潜水泵：扬程大于10m，泵量≥4.00 m3/h

（三）井身结构设计

井管采用外径Φ400mm的无砂砼管，每节管长950mm，壁厚50mm，孔隙率25～30%。将下端1.5m长井管作为沉砂管，坐落于井拖上；沉砂管以上1.0m井管作为滤管综合，以上7.0m井管作为辅助工作管段，工作段和辅助工作段井管外包一层60目尼龙网； 井管上端高出自然地面约0.30m，加盖井盖。井管与井孔之间的环状间隙填入直径为3～5mm的小粒径石屑滤料，以增强过滤效果；环隙上端1.50m段填粘土进行封闭。

（四）井位布置：

根据场地的施工条件及含水层的特征，对抽水井做如下设计：降水井14眼，沿基坑四周环绕布置，井孔中心距基坑边线2.5m，降水井间距为22m。

（五）排水管线设计

在基坑边缘外5.0米处设置排水管线，排水管径φ425mm，每隔50-70米设置1个沉淀池，排水管按0.5-1.0%的坡度设置，排水管终端与市政排水管网连接。

五、土方开挖

两基坑开挖平面地势较平坦，开挖面积约2200m²，基坑开挖深度6.8m。根据场地实际情况及岩土工程勘察报告，地下水位稳定在地面下4.0-4.1m处，降水深度7.5m，按照规范要求，对深基坑进行开挖。

（一）土方开挖的条件

1.场地内施工放线测量完毕，控制点均埋设并已通过建筑单位、监理及有关单位验收。

2.人员安排，机械配备、保养就序，卸土地点均已落实。

3.现场运输道路准备完成，经检查能满足重型车辆行驶要求。

4照明、草袋、清扫等工作已安排就序。

（二）开挖顺序及放坡系数

1.开挖顺序：从东向西开挖，并在西侧设置坡道，便于运输；

2.放坡开挖坡度比满足规范要求。

该系统是将渗沥液处理站产生的浓缩液经过收集、过滤后，由螺杆泵升压输送，经带雾化头的喷枪送入焚烧炉内进行焚烧处理。浓缩液回喷系统主要有收集、过滤、升压、喷射4个过程，见图1。

放坡开挖按照2米的放坡高度，开挖土层为杂填土，按照规范，坡度比1:1.25满足规范及安全要求。

3.开挖标高的控制在基坑四周设置标高控制桩测设标高控制线，以便随挖随测。开挖至基底标高后，进行人工修整清理，测量放线人员准确测放基底标高、轴线、基础的外形尺寸，经自验无误后，请监理工程师复核。

4.坡监测及安全防护措施：挖掘过程中，要对边坡进行监测，发现问题及时采取措施。

（三）土方开挖方法

该工程的土方开挖，按照边开挖边支护的原则。首先进行的第一层开挖是放坡开挖，放坡开挖后，为排桩支护开挖足够的施工工作面，进行排桩施工；其次进行第二层开挖，开挖深度2m，在-3.5m处施工第一道锚索；再次进行第三层开挖，开挖深度1.5m，在 -5.0m处施工第二道锚索；最后进行第四层开挖至基底开挖深度1.3m。具体土层开挖剖面示意图如图4所示。

图4 土层开挖剖面示意图

（四）开挖机械的确定

为保证按期完成挖土任务，并配合好基坑支护锚拉的施工，在第一次土方开挖阶段选用1台反铲挖掘机挖土，自卸运输汽车8 辆运土，第二次、第三次、第四次土方开挖阶段选用2 台反铲挖掘机，其中1 台在基坑内挖土和转运土方（土方挖运完成后顺施工便道上坑），另1 台在地面装车。（实际开挖时再根据弃土远近等因素调整挖土机及运输车辆的实际数量）。

（五）基坑内排水沟的设置

基坑内紧随土方开挖在四周设排水沟，排水沟距基坑下边线0.5-1.0m，并在基坑四角设集水井，排水沟随挖随设。并设置潜水泵将集水抽至地面下水井。施工过程中应安排专人管理抽水设备，经常检查排水沟，确保排水沟的畅通，并应作好基坑边坡及临近建筑物的沉降、位移观测，发现变化异常时及时分析，进行补救。

六、结束语

基坑工程是建筑工程尤其是高层建筑的重要部分,基坑支护设计及施工方案的合理与否关系到基坑施工的经济性以及整个建筑施工的安全。辽宁石油化工大学深基坑工程,结合具体环境条件、地下结构及土层分布厚度,参考我公司多年施工经验，进行分区域设计, 分2个区域采用放坡＋排桩支护＋预应力锚索锚拉、排桩支护＋预应力锚索锚拉方案。方案实施结果证明,该设计达到了预期效果,保证了整个工程施工期间的安全,取得了较好的社会效益,也为高效创造出更多的经济效益。