某项目基坑截排水及高边坡支护设计研究

潘 珂

（广州地铁设计研究院股份有限公司 广州 510010）

0 前言

随着我国城市建设的迅猛发展，高层建筑、市政广场、地铁车站等大型工程日益增多，城市用地日趋紧张，大规模的工程建设活动早已由市中心、老城区转移到城市市郊。我国南方地区山多地少，一些城市多面环山，城市市郊的工程建设不得不面对复杂的地势及不完善的配套设施，基坑及边坡支护设计往往较为复杂［1-3］。在地势较为复杂处开展大型项目建设时，季节性强降雨带来的截排水问题及其他次生灾害是必须考虑的［4-6］，大量工程人员对此类项目进行了研究并取得了丰厚的研究成果［7-10］。本文以广西柳州某临山大型项目基坑工程为例，首先简述概况、边界条件及地质情况，接着分析基坑截排水及边坡支护内容，进而提出对应设计方案。该设计方案可为类似项目提供借鉴。

1 工程概况及周边环境

本项目基坑北侧为山谷，基坑东侧为桂柳路及柳江，基坑西南侧为待开挖场地，基坑西北侧为山谷，基地西侧和北侧均有规划道路，建设的场地情况如图1所示。

图1 基坑周边环境示意图Fig.1 Schematic Diagram of the Surrounding Environment of the Foundation Pit

基坑基底长约400 m，宽约80 m，设两层地下室，建设场地现状主要为农业用地及山地。建设场地及周边地形高差较大，开挖范围内最高处为北侧的山头，高程106.5 m；最低处为排洪冲沟底，高程83.5 m；开挖基底高程为85.3 m，基坑边坡高度约为3.6～21.1 m，项目填方量远少于挖方量。

基坑北侧、基坑西北侧两个山谷所汇集的雨水通过地势汇集至基坑南侧的下穿桂柳路排水渠，并有组织排至柳江，汇水区域详见图1 中的汇水区域一及汇水区域二。基坑西北侧山谷汇集的雨水首先汇集至自然形成的排洪冲沟（详图1注释），再汇入排水渠；该冲沟断面宽度7～15m、深4～7m，平时无水或少水，遇强降雨时水流较大；基坑实施将完全截断该排洪冲沟。基坑北侧山谷（汇水区域二）的雨水主要为依地势散排汇集至过路排水渠。

2 工程水文地质

场地岩土层自上而下为：①杂填土，杂色，结构松散～稍密，稍湿，成分不均匀，未完成自重固结；②硬塑状含岩屑黏土及③硬塑状红黏土，褐黄色～黄褐色，稍湿，结构紧密，硬塑状为主，局部坚硬状，干强度较高，韧性较高，系场地主要土层；④可塑状红黏土，黄褐色，饱和，致密状，手捏易变形，主要分布在岩面附近；⑤灰质白云岩（局部含溶洞），细晶结构，块状构造，滴盐酸反应明显。本基坑基底基本主要位于②层，局部位于③层。

场地地表水主要为降雨造成的汇水，项目基坑开挖将阻断原山洪水汇水路径，场地基坑开挖面积较大，施工期间降雨也会造成基坑内积水。场地内地下水主要为上层滞水、岩溶水，基坑实施过程中，可采用明排的方式抽排地下水。

3 基坑截排水方案分析

本项目位于市郊，市政配套设施不完善，项目必须考虑自行实施相应配套措施以满足项目建设需求。项目基坑实施将立即截断山洪水排水路径，根据市政资料，基坑北侧、西北侧山谷汇水面积、水量极大；同时，部分冲沟位于基坑内部，冲沟基底低于基坑底，遇到强降雨导致上游冲沟积水深度较大时，有可能在基坑内冲沟回填处出现突涌等现象。

基坑通常采用截水、降水、排水等措施处理地表水及地下水，本项目开挖范围土层渗透系数较低，坑内积水以明排为主；基坑外周汇水量较大，以截流与导排为主。本项目截排水设计可进一步分解为两个部分，第一个是确保项目建设周期内的可靠截排水措施，可采用先实施排水设施并投入使用后再实施基坑的方案；第二是尽量将排洪路径迁移至项目工程建设活动范围外。

基坑南侧的过路排水渠为区域场地排水接入口，是本区域排水设计规划的总控因素；由图1知，汇水区域一的汇水面积远大于汇水区域二，同时汇水区域一的下游地面高程低于汇水区域二，因此排水设施宜设置在汇水区域一的下游处，排水区域二的雨水可以重力导流引入排水设施中，排水设施可采取暗埋排水干渠。

排水设施有三种路径方案，方案1 为排水接口与规划路采用排水干渠垂直连接，方案2 为利用场地冲沟敷设排水干渠并接入排水接口，方案3 为排水干渠绕开本项目建设范围，具体如图2所示。

图2 排水路径方案示意图Fig.2 Schematic Diagram of Drainage Path Scheme

三种方案各具优劣，对比如表1所示。

表1 排水路径方案优劣对比Tab.1 Comparison of Advantages and Disadvantages of Drainage Path Schemes

经与市政部门对接，采用方案3 会导致该片区所有规划管网高程调整，总投资增加逾亿元，不建议采用；方案1、方案2 均需与基坑工程结合设计，需要进一步研究本项目与排水干渠关系。

本项目基底高程为85.3 m，排水渠接口的外包顶高程为84.8 m，二者高差0.5 m，该处基坑横断面宽度约100 m，可实现最大约5‰的排水坡，采用排水渠下穿基坑是基本可行。现状冲沟可利用基坑开挖的土方实施围堰，实现截水功能；方案2 排水渠实施时，冲沟的排水功能被破坏，需分多期施工，对设计施工要求较高，最终选择方案1作排水干渠主要路径。

4 基坑及高边坡支护设计

4.1 支护方案选择及分析

项目红线内场地较开阔，周边无重要建构筑物，水文地质条件较好，基坑支护方案采用坡率法，边坡坡高3.6～21.1 m，采用多级放坡。高边坡基坑安全等级为一级，重要性系数1.1，其余基坑安全等级为二级，重要性系数1.0。

放坡坡比对边坡安全及工程投资影响较大，经综合分析，最下的第一级边坡采用1∶1.5坡比，其余临时边坡坡比不低于1∶2，永久边坡坡比不低于1∶3，基坑及边坡支护设计总平如图3所示。

图3 基坑及边坡支护设计总平图Fig.3 General Plan of Foundation Pit and Slope Support Design

4.2 高边坡及施工组织设计

基坑西北侧坡顶高程最低为106.5 m，本项目回建后的地面恢复标高为95.8 m，高边坡按两个阶段需求进行设计，第一阶段为边坡开挖及基坑使用阶段，按临时边坡设计；第二阶段为项目建设回填完成后，95.8 m 高程往上的边坡按永久边坡标准设计，高边坡处处断面设计如图4所示。

图4 高边坡支护设计断面图Fig.4 Sectional Drawing of High Slope Support Design （m）

基坑第一级坡顶平台宽度6 m、高程88.5～90.5 m，沿基坑环向连续设置；平台上设置有1.5 m 宽排水明渠及3m 宽的施工便道，施工便道能满足小型车辆设备通行需求。临桂柳路一侧设两处车辆设备进出基坑通道，供机械出入基坑。

4.3 围堰及排水设计

项目地下室范围内的自然排洪冲沟采用不透水土层分层回填，地下室范围之外的冲沟采用素土分层夯实施做围堰，具体平面位置如图3 所示。为防止围堰滑移，除保证一定围堰长度外，仍需在原冲沟底横向开槽，作为抗洪围堰的“抗剪键”同时也增大了新旧土层接触面的渗流路径。

根据区域规划及现状汇水量，下穿基坑的排水干渠内径为5 m×3 m（B×H），厚度为850 mm，干渠与本项目地下室按统一标准进行设计、结构间隙采用素混凝土填充。

基坑第一级边坡平台上设置1.5 m 宽的排水渠，排水渠起端深度0.5 m，因排水渠宽度及坡度有限，为满足基坑整体排水需求，需要排水干渠在基坑两端各设一个进水口，并通过坡顶平台上的排水明渠进行重力式导排，基坑内部积水则导排至基底周围的集水坑，再抽排至平台上的排水明渠，最终汇入下穿基坑的排水干渠，基坑排水平面布置详见图3，图中箭头方向指排水明渠降坡方向，汇水区域一的来水导排至基坑西北侧的干渠进水口，汇水区域二的来水主要导排至基坑东南侧干渠进水口，排水干渠进水口做法如图5所示。

图5 排水进口横断面图Fig.5 Cross-sectional View of Drainage Inlet

5 结论

当基坑周边市政排水系统未完善时，必须设置可靠的排水措施。建设项目实施前，应实地调查场地地形地貌、现状排水条件，仔细分析水如何产生及排走。本基坑支护设计项目包含排水及边坡支护两个不同专业内容，专业合作程度较高。方案根据汇水面积及场地高程确定排水设施的具体位置是合理的；排水与基坑支护结合设计，排水干渠下穿基坑、边坡坡顶平台设导流明渠是本项目的较优排水设计方案。

根据场地环境、地质条件等，基坑及边坡支护采用坡率法，根据施工阶段确定了临时边坡、永久边坡，临时边坡坡比1∶1.5～1∶2.0、永久边坡坡比1∶3.0，边坡设计方案是安全经济的。