临江圆砾层基坑防护及截水措施设计探讨

石盼 罗安民 覃家琪

摘要：文章以广西百色某临江富水圆砾层基坑支护设计为例，利用锚固防护结合高压摆喷截水帷幕对该圆砾层基坑进行防护设计，并通过设计方案验算，验证了高压摆喷注浆措施具备良好的截水效果，格梁锚固防护措施具备可实施性，在经济上、工期上都具备较大的优势。

关键词：基坑;高压摆喷;锚固防护

0 引言

临江基坑直临江水，与江水有着紧密的水动力联系，地下水渗流场十分复杂，往往面临着地下水控制的问题，尤其是在透水性地层中。一般基坑地下水控制措施主要分为降水与截水两个方面，在临江透水性地层中采用降水，往往达不到很好的效果，而过度降水又会诱发基坑岩土体的渗流变形，进一步发生基坑安全事故[1-3]。

本文在结合地质条件以及工程特点的前提下，利用锚固防护结合高压摆喷截水帷幕对一处临江富水圆砾层基坑进行防护设计。

1 工程概况

广西百色右江沿岸综合整治工程配套的设备房及吸水槽位于东合大桥南岸西侧约300 m处，北侧临近右江，南侧临近环岛一路。根据设计资料，设备房基坑底部长55.70 m，宽16.60 m，基坑底高程为112.50 m，最大挖深约19.00 m;吸水槽区延伸至河床約27 m，位于设备房基坑北侧，需整平后反向开挖施工，基底高程为111.00 m，基坑底部长41.00 m，宽10.50 m，挖深6.00 m，需进行防护设计。

基坑所在场地位于广西百色市右江南岸、东合大桥上游约105 m，右江河床宽约353 m，勘察期河水水位高程约115.50 m，基坑所处的右江南岸为冲刷岸，岸坡高度约15 m，坡度约45°～60°，场地地貌类型为右江二级阶地。设备房建设场地内的岩土层主要为粉质黏土（Q4al）、圆砾（Q4al+pl）和泥岩（E）。见表1。

场地内的地下水主要为孔隙潜水，主要赋存于圆砾层中，受河水及相邻含水层的侧向补给，水量大，水位统一，勘察期间测得稳定水位高程为113.258～116.708 m，年水位变化幅度为3～5 m，水量丰富。与右江河水有一定连通性，地下水水位随河水位变化而变化。

2 基坑防护设计

2.1 基坑支护设计思路

根据现场调查，本基坑主要需解决的问题有以下三点：

2.1.1 基坑开挖

设备房基坑临近右江，周边未分布建筑物及管线，基坑南侧环岛一路距基坑底部约30 m，因此基坑开挖具备一定的放坡条件，可利用放坡开挖与支挡结构结合的手段对设备房基坑进行防护。吸水槽基坑位于右江河床内，须先进行回填再开挖，由于吸水槽基坑东、西、北三侧开挖后形成临时围堰，因此可利用放坡开挖与支挡结构结合的手段对吸水槽基坑进行防护。

2.1.2 截水处治

拟防护基坑临近右江，勘察期间右江水面位高程在115.00～116.00 m变动，临江一侧地势较低，高程为116.00～117.00 m，吸水槽基坑已经伸入右江内，设计基底高程为111.00 m，汛期右江水位上涨很可能会使得江水倒灌入基坑内。另外，场地地下水与地表水联系密切，并且场地内存在圆砾层，以及伸入右江的填土层，渗透性较强，勘察期间地下水高水位为116.70 m，位于圆砾层中部，该地层富水性中等，存在管涌的隐患。所以须对基坑设置地表围挡及进行地下截水处治。

2.1.3 基坑边坡防护

设备房基坑开挖深度最深达19.00 m，开挖后基坑边坡由黏土、圆砾及泥岩组成，圆砾层的粘聚力较低，抗剪强度较低，基坑边坡存在整体失稳的风化带;吸水槽基坑开挖后边坡主要由人工填土、黏土、圆砾组成，人工填土、圆砾层的粘聚力较低，抗剪强度较低，基坑边坡存在整体失稳的风化带;需对基坑边坡岩土体进行锚固或支挡防护，保证基坑边坡的安全稳定。

2.2 基坑防护设计方案简介

根据2.1小节的设计思路，拟防护基坑的防护设计方案简介如下：

2.2.1 基坑开挖方案

设备房基坑东西两侧及南侧以1∶0.5的坡比分两级放坡开挖，第1级垂直高度为9 m，第2级垂直高度为10 m，中部留设1 m平台;由于设备房北侧的吸水槽建设区域已延伸至右江河床，故设备房基坑北侧建议按117 m高度进行整平，整平后设备房基坑北侧按1∶1的坡比放坡施工;吸水槽东、西、北三侧需先按1∶1.5坡比填筑至117 m高程截水处治，再对吸水槽基坑东、西、北三侧按1∶1.5的坡比开挖施工，吸水槽基坑南侧临近江岸，主要由圆砾层组成，按1∶1的坡比开挖。

2.2.2 基坑截水设计

根据场地的水文地质条件，基坑的截水设计分为地表隔水围堰及地下截水幕墙两部分。地表隔水围堰设置于吸水槽基坑东、西、北三侧，围堰顶宽3.0 m，高程为117.00 m，以1∶1.5的坡比例用黏土填筑，于顶部运用高压摆射灌浆的工艺形成截水幕墙。地下截水幕墙采用高压摆射灌浆的工艺形成幕墙，高压摆射灌浆主要设计参数如下：灌注方式为三管法折接形式;灌注钻孔单排布设，中心间距为1.2 m;灌注孔孔径为130 mm;摆动角度为30°;提升速度为6～8 cm/min。

2.2.3 基坑边坡防护设计

边坡顶部及中部由黏土及圆砾层构成，底部由强风化泥岩构成，边坡主体属土质边坡，按1∶0.5的坡比分两级放坡开挖后，基坑东西两侧及南侧最大开挖深度约19.00 m，边坡整体高度较大，如不增加防护措施无法保证基坑边坡的稳定性。因此，本设计采用锚索格梁及锚杆+挂钢筋网喷混凝土的方案对基坑边坡进行防护。主要设计参数如下：

（1）基坑东西两侧及南侧边坡布设9排锚索，第1级边坡设置5排25 m长锚索，锚固段长10 m，间距为2.5 m×2.0 m，第2级边坡设置4排20 m长锚索，锚固段长10 m，间距为2.5 m×2.5 m，锚索间利用35～40 cm锚杆连接成整体，各格梁单元中部设置1根12 m长锚杆，锚杆间呈梅花形布设，间距为2.5 m×2.5 m，坡面采用挂钢筋网喷混凝土防护，钢筋网采用16 mm HRB400钢筋，间距为20 cm×20 cm，喷射混凝土等级为C30，厚20 cm。

（2）基坑北侧按设计方案1∶1的坡率开挖后，形成的边坡高度为4.5 m，属低缓边坡，但边坡主体由抗冲刷能力差的圆砾层构成，需进行坡面防护。设计采用4.5 m锚杆+挂网喷混凝土对坡面进行防护，钢筋网采用16 mm HRB400钢筋，间距为20 cm×20 cm，喷射混凝土等级为C30，厚20 cm。

（3）吸水槽基坑东西两侧及北侧按1∶1.5的坡率、南侧按1∶1的坡率开挖后，形成6.0 m高度的边坡，坡度较缓，但人工填土强度相对较差，抗冲刷能力差，需进行坡面防护。设计采用3.0 m锚杆+挂网喷混凝土对坡面进行防护，钢筋网采用12 mm HRB400钢筋，间距为10 cm×10 cm，喷射混凝土等级为C30，厚10 cm。

3 设计方案验算

3.1 渗透稳定性验算

拟防护基坑临近右江，基坑底高程低于右江常水位，基坑受地表水与地下水双重因素的影响，在此选取基坑北侧作为地表水渗透验算模型，选取基坑南侧作为地下水渗透验算模型，分别验算基坑在采取截水防护措施前后的渗透稳定性。基坑流土稳定安全系数计算公式采用《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）[4]附录C中的公式C.0.2。

从计算结果可以看出，未设置截水幕墙前，基坑底部存在地下水及地表水渗透突涌的风险大，经高压摆喷灌浆后，基坑流土稳定安全系数均能达到《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）附录C中的相关要求。

3.2 基坑边坡稳定性验算

根据设计资料，结合现场条件，选择设备房基坑南侧19 m挖方高度的边坡作为典型断面分别计算按1∶0.5坡率分两级开挖后未加防护、锚固防护正常工况、锚固防护强降雨工况及锚固防护地震工况下的安全系数并搜索最危险滑动面。

利用理正岩土计算系列软件6.5版中边坡稳定性分析模块，采用Bishop法搜索最危险圆弧滑动面并计算其安全系数，计算结果见表3（具体计算过程见边坡稳定性计算图）。

从验算结果可以看出，按设计坡比开挖后，如若不采取防护措施，正常工况下基坑边坡的稳定性不能满足《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）中对基坑边坡稳定安全系数的最低要求，基坑边坡欠稳定，需要采取防护措施。经过锚索格梁+锚杆挂网喷混凝土防护后，基坑边坡稳定性可以满足《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）中对基坑边坡稳定安全系数的最低要求，锚索格梁+锚杆挂网喷混凝土防护设计是合理的。

3.3 挂网喷混凝土配筋验算

根据理正岩土计算软件超级土钉墙计算喷射混凝土面积，每单元钢筋配筋所需截面面积为As=400 mm2，实际配筋截面面积为As=502.7 mm2，满足配筋要求。

4 结语

（1）基坑施工开挖至设计标高后，坑底干燥无积水，坑壁未发生变形开裂，基坑防护及截水措施设计是成功的。

（2）高压摆喷注浆做截水帷幕较高压旋喷截水帷幕在临江圆砾层地区更具经济性，并具备同样的截水效果。

（3）各项验算均满足规范要求，该套设计方案可为今后类似地层及区域的基坑防护设计提供参考。

参考文献：

[1]张彦彬，王 冠，李俊卫，等.富水圆砾地层基坑降水对地表沉降的影响分析[J]. 建设科技，2017（15）：105-108.

[2]田树申. 高压摆喷灌浆技术在围堰基础防渗处理中的应用[J]. 黑龙江水利科技，2012（1）：97-100.

[3]王其升. 高压摆喷灌浆技术在围堰防渗中的应用[J]. 岩石力学与工程學报，2004（S2）：5 248-5 252.

[4]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].

收稿日期：2020-06-05