福建省首座初雨调蓄池深基坑支护方案比选分析陈志明 李伟 刘级 （中国市政工程中南设计研究总院有限公司厦门分院 361015） 摘要：为解决城市中初雨调蓄池深基坑支护设计问题，本文以福建省厦门市九天湖综合整治工程中一座大型地下式初雨调蓄池基坑支护设计为例，根据该工程实际情况，选取了双排桩+围堰放坡、桩锚+围堰放坡及灌注桩+内支撑三种深基坑支护方式，从安全性、经济性、工期等方面进行了比选，对三种支护方案的优缺点进行分析后，最终选取了灌注桩+内支撑方案作为本工程实施方案，有效解决了本工程基坑支护问题。根据计算分析结果可知，双排桩支护方案造价较高，支护结构变形大，周边道路及管线存在开裂风险；桩锚支护方案造价最高，工期也最长，锚杆施工质量难以保证；灌注桩+内支撑支护方案造价最低，支护结构变形最小，工期及质量最有保证。上述结论可为其它类似工程基坑支护设计提供参考。 关键词：初雨调蓄池 深基坑支护 方案比选 双排桩 引言初期雨水具有较高的污染负荷，其本身夹杂着地面的残留污染物，同时还会挟带管道中大量的存积黑泥，其污染物指标远高于典型城市生活污水的浓度。实践证明，在排水系统的末端设置初期雨水调蓄池是减少初期雨水污染物排放的有效手段，目前这一方式已经被运用到城市合流制及分流制排水系统中［1］。 初雨调蓄池作为一种雨水收集设施，占地面积较大，而城市用地面积十分紧张，因此初雨调蓄池一般建造于城市广场、绿地、停车场等公共区域的下方，且建造时往往会面临着深基坑支护的问题［2］。本文详细阐述福建省厦门市九天湖综合整治工程中一座2.6万m3的大型地下式初雨调蓄池基坑支护设计内容，为今后类似基坑支护设计提供参考。 1 工程概况拟建初雨调蓄池位于厦门市集美区诚毅南路东南侧、立言路南侧，部分地段跨越九天湖水域，现状堤岸为土质岸坡，坡高约为0.5m～2.5m，坡度约为25°～30°，坡面未做防护；岸顶为空地、道路绿化带或耕地。初雨调蓄池为全地下式钢筋混凝土结构，平面布置为规则的长方形，长边长度为200m，短边长度为29.2m，高度为6.3m，有效容积为26000m3，设计地面标高为4.400m，设计池底标高为-5.700m，池顶标高为0.700m，池顶覆土厚度为3.7m。大部分区域基坑设计深度为9.9m，中间泵坑处基坑设计深度为11.7m。初雨调蓄池长边临湖侧后期将作为九天湖岸线，调蓄池上方则会建设环湖步道及停车场。由于第一届全国青年运动会赛艇比赛项目将在厦门市杏林湾举行，本工程必须在比赛前完成，所以工期十分紧张，留给基坑工程的时间也十分有限。调蓄池平面位置及场地横剖面示意如图1、图2所示。  图1 初雨调蓄池平面示意  图2 初雨调蓄池横剖面示意 2 工程地质与水文地质条件2.1 工程地质条件 根据厦门市地质工程勘察院提供的《岩土工程勘察报告》，拟建场地埋深25m深度范围内，地基土自上而下主要可分为5层，各土层特征描述如下。 素填土层：大部分为松散状，局部为稍密状，成分主要由粘性土回填而成，属新近回填土，且大多未进行专门压实处理，密实度及均匀性差，力学强度低。 淤泥层：含水程度为饱和，均为流塑状，成分主要由粉粒或粘粒组成，偶见有少量贝壳类碎片，含腐植质，有腥臭味，局部含砂较高相变为淤泥混砂或砂混泥。属高压缩性软弱土，力学强度很低。 中砂层：含水程度为饱和，大部分为稍密状，局部为中密状，成分主要由石英砂组成，含泥量约为15%～20%，级配一般。粒径＞0.25mm的颗粒含量约为52.1%～60.1%。力学强度及工程性能一般。 残积砂质粘性土层：大部分为可塑状，局部为硬塑状，成分主要由长石风化的粉粘粒、石英颗粒和少量云母碎屑等组成。天然状态下力学强度一般或较高。 全风化花岗岩层：岩芯呈土状，原岩矿物除石英外大多已风化成粘土矿物。风化裂隙极发育，岩体极破碎，为散体结构，属极软岩，力学强度较高，压缩性较低。各层土体的基本参数见表1。 2.2 水文地质条件 九天湖位于杏林湾水域尾部，水体主要来源于大气降水的汇入和周边生产、生活废水的排入，动态受季节影响和人为调节（排放）控制。勘探期间，近岸水深约为0.2m～2.5m，水质有一定污染，水生植物茂盛。 地下水位受地形及地表水影响变化较大。勘察期间，地下水初见水位埋深为0.20m～4.10m，混合稳定水位埋深为0.10m～3.80m（标高为-0.33m～2.03m）。中砂层承压水位与混合稳定水位相差不大。根据场地地形地貌特征和区域水文地质条件，预计地下水位的年变化幅度约为1m～2m。 表1 地层力学性质参数取值  土层名称层厚/m重度/（kN/m3）压缩模量Es1～2/MPa土锚极限阻力标准值qik/kPa固结快剪C/kPa φ/（°）C/kPa φ/（°天然快剪）素填土0～5 17.8 4 20 15 12 20 15淤泥1.4～4.4 16.2 1.7 15 10 2 12 9中砂3.4～4.0 18.5 7 50 3 25——残积砂质粘性土6.8～7.5 18.3 7 50 30 20 31 24全风化花岗岩5.1～10 19.0 35 80 30 25—— 3 基坑支护方案比选3.1 方案比选思路 工程实践中基坑支护方式种类繁多，基坑支护方式的确定需要考虑诸多因素，如工程位置、地下水、地质条件、基坑深度、周边环境等，当采用单一支护方式不能满足要求时，还需多种方式结合使用［3］。基于上述原因，设计人员应根据安全、合理、经济、施工简便等原则进行各种方案的比较，从中选定最优方案。对于本基坑工程，应根据实际情况初步选出几种方案，再对其进行比较，以选定最优支护方案［4］。 拟建初雨调蓄池场地的西北侧和东北侧紧邻诚毅南路和立言路，其路面及人行道下埋设有雨水（污水）、电力、通信、燃气等多种地下管道、管线或检查井。为保证基坑施工期间现状道路的正常通行及道路下方各种管线的安全，该侧基坑不具备放坡条件，必须采用支护开挖。该侧可用的支护形式主要有双排灌注桩、灌注桩+预应力锚杆及灌注桩+内支撑。 拟建场地西南侧和东南侧大多位于九天湖水域内，九天湖湖底标高约为-1.000m，湖内水深约为1m～2.5m，雨季时湖内水位还会上升。该侧若采用放坡开挖施工，需在工程施工前先对其进行围堰和排水、疏干，由于拟建初雨调蓄池基底落于中砂层，中砂的透水性较强，富水性较好，为保证基坑内干作业，该侧围堰堰体内必须设置竖向止水桩穿透中砂层，以截断基坑内外水力联系；该侧若采用灌注桩支挡，可与西北和东北侧支护桩之间设置水平支撑体系，但是为了平衡基坑两侧的侧向压力，基坑西南侧和东南侧需向湖内填土筑岛［5］。 3.2 方案比选分析 基于上述分析，经计算拟选定以下三种可行的支护方案进行比选分析。 1.方案一（双排桩+围堰放坡） 调蓄池西北侧和东北侧采用双排灌注桩支护，前后排桩均采用φ1000＠1200mm钻孔灌注桩，桩长均为25m。由于调蓄池与诚毅南路路缘线之间的距离仅为4.5m，故双排桩的排距只能取为2.5m。前、后排桩间采用φ600＠400高压旋喷桩止水，旋喷桩桩长为10m，桩底穿透中砂层，进入残积砂质粘性土层不小于1.0m。 调蓄池西南侧和东南侧采用围堰放坡开挖，围堰顶宽4m，两侧坡比均为1∶1.5，围堰下部淤泥层采用抛石挤淤处理，堰体内设置一道φ600＠400高压旋喷桩止水帷幕，旋喷桩桩长14m，桩底穿透中砂层，进入残积砂质粘性土层不小于1.0m。基坑横向典型剖面如图3所示。 2.方案二（桩锚+围堰放坡） 调蓄池西北侧和东北侧采用φ1000＠1200mm钻孔灌注桩挡土，钻孔灌注桩桩长25m，桩身从上至下共布置三层预应力锚杆，锚杆水平向间距2m，竖向间距2.5m，钻孔直径150mm，杆体采用直径36mm的HRB400级钢筋，锚杆长度从上至下分别为35m、30m、25m；钻孔灌注桩外侧采用φ600＠400高压旋喷桩止水，旋喷桩桩长10m，桩底穿透中砂层，进入残积砂质粘性土层不小于1.0m。 调蓄池西南侧和东南侧采用围堰放坡开挖，具体做法同方案一，基坑横向典型剖面如图4所示。  图3 方案一基坑典型剖面  图4 方案二基坑典型剖面 3.方案三（灌注桩+内支撑） 调蓄池四周均采用φ1000＠1200mm钻孔灌注桩挡土，钻孔灌注桩桩长为18.5m；钻孔灌注桩外侧采用φ600＠400高压旋喷桩止水，旋喷桩桩长为10m，桩底穿透中砂层，进入残积砂质粘性土层不小于1.0m。基坑内布置一道钢筋混凝土水平支撑体系，支撑截面面积为0.8m×0.8m，支撑间距为9.75m，在基坑角部，支撑采用45°斜向布置。同时在支撑中部位置布置钢立柱，钢立柱采用截面面积为460mm×460mm角钢格构柱，角钢截面为4L140mm×14mm，格构柱底端插入φ800mm钻孔灌注桩内不小于3m。水平支撑结构在工程施工完成后不拆除。 调蓄池西南侧和东南侧即为九天湖水域，为了给临湖侧钻孔灌注桩施工创造条件及平衡基坑两侧的侧向压力，在调蓄池西南侧和东南侧向湖内填土筑岛，填土筑岛宽度为8m，基坑横向典型剖面如图5所示。  图5 方案三基坑典型剖面 4.方案比选 将上述三个方案从经济性、安全性、工期等角度进行对比分析，并列出各自优缺点，见表2。从表2对比可知： 方案一虽然工期最短，但由于基坑深度较大及场地受限，双排桩排距无法加大，双排桩门式刚架抗侧移刚度较大的优势没有完全发挥出来，导致悬臂支护的双排桩桩顶水平达到了8.5cm，桩后道路及管线存在开裂的风险。考虑到诚毅南路刚修建完成，尚未组织竣工验收，若由于基坑基坑施工导致其开裂，将引起不必要的工程纠纷。 方案二由于地层上部素填土及淤泥层厚度较大，其土锚极限阻力标准值较小，为控制支护桩水平位移，经计算需在灌注桩桩身设置三层预应力锚杆，且锚杆长度均较长，锚杆施工工序复杂，导致本方案工期最长且造价最高；而且由于调蓄池西南侧和东南侧远期直接邻水且正常情况下调蓄池为空池或盛水不多，池体存在滑移风险，故基坑支护结构需长期保留，大量锚杆占用了道路下巨大的地下空间，可能严重影响远期道路下方地下空间的开发利用。 方案三在综合分析了场地特征、基坑深度及建设工期的基础上采取了先向湖内填土筑岛，然后采用灌注桩+内支撑的支护方案。本工程基坑深度为9.9m（局部11.7m），常规做法是采用两道水平支撑，本工程若采用两道内支撑方案，除支撑自身的施工、养护及拆除需较长时间外，其给土方开挖也将带来较大难度，从而使整个工期加长，故本方案尝试仅设置一道混凝土支撑。为减小支护桩桩身内力，将支撑标高降低至调蓄池顶板上方0.6m处，这样既减小了桩身内力，又极大地方便了支撑下方的土方开挖，同时由于支撑的布置避开了调蓄池的主体结构，当调蓄池主体结构施工完成后，支撑结构也不必拆除，这样不仅节省了工期，也降低了造价。采取了上述措施后，本方案相比于方案一、二造价最低，工期也相对较短，而且灌注桩+内支撑的施工工艺十分成熟，施工质量也有保证。同时相比于方案一和方案二，方案三调蓄池西南侧和东南侧填土筑岛区域正好可作为施工通道，解决场地施工面狭窄、施工机械进出困难的问题。 表2 方案比选表  项目方案一（双排桩+围堰放坡）方案二（桩锚+围堰放坡）方案三（灌注桩+内支撑）经济性较差（支护费用约2000万元）差（支护费用约2200万元）好（支护费用约1800万元）安全性一般一般好工期短长较短优点1.基坑内部无支撑，土方开挖及结构施工方便；2.工期最短。1.基坑内部无支撑，土方开挖及结构施工方便；2.支护结构变形较小，对周边道路及管线影响较小。1.支护结构变形最小，对周边道路及管线影响最小；2.造价最低，施工质量有保证；3.施工受外部环境干扰小；4.调蓄池西南侧和东南侧填土筑岛区域可作为施工通道。缺点1.造价较高；2.支护结构变形大，道路及管线存在开裂风险；3.双排桩排距受限，其优点没有发挥出来；4.施工机械需占用周边道路，阻碍交通。1.造价高，周期长；2.多层锚杆施工工序复杂，施工质量难以保证；3.永久性锚杆占用大量地下空间；4.施工机械需占用周边道路，阻碍交通。1.基坑内部水平支撑影响土方开挖及结构施工速度；2.需浇筑水平支撑，工期相对较长。 综合以上分析，本工程基坑支护结构采用了方案三作为最终的实施方案。 4 结语本基坑工程于2015年6月开始施工，2015年8月基坑开挖到底，2015年10月完成全部地下结构施工，基坑回填完毕。根据现场实际监测结果，施工期间，支护结构位移、支撑内力、地面沉降等均在《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497-2009）允许范围之内。 对于复杂条件下的深基坑工程，可供选择的支护方案一般有多种，应从安全性、经济性、工期等方面进行比选，最终确定科学合理的支护方案。双排桩支护方案用于深基坑支护时，若施工场地限制导致双排桩排距无法加大，则双排桩门式刚架抗侧移刚度较大的优势不能完全发挥，其经济性及安全性往往较差。桩锚支护方案锚杆施工工序复杂，造价较高，工期较长。灌注桩加内支撑方案可通过调整支撑道数、支撑结构标高及间距等方法使得支护方案不断优化。 参考文献： ［1］王肖军.初期雨水调蓄池在城市排水系统中的应用［J］.中国给水排水，2012，28（10）：45-47 Wang Xiaojun.Application of initial rainwater storage tanks in urban drainage system［J］.China Water＆Wastewater，2012，28（10）：45-47 ［2］刘国斌，王卫东.基坑工程手册［M］.第2版.北京：中国建筑工业出版社，2009 ［3］汪正荣.建筑地基与基础工程施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2005 ［4］赵晓旭.某沿海地区临海工程深基坑支护方案比选实例［J］.安徽建筑，2014，21（3）：79-80 Zhao Xiaoxu.Camparison cases on projects for deep foundation pit of sea projects in a coastal area［J］.Anhui Architecture，2014，21（3）：79-80 ［5］李新，殷先伟，邢会歌.复杂条件下排水箱涵深基坑方案比选分析［J］.中国水运，2016（2）：327-329 Li Xin，Yin Xianwei，Xing Huige.Comparison and selection of schemes for deep excavation of box culvert under complex conditions［J］.ChinaWater Transport，2016（2）：327-329 Com parison of Deep Excavation Support System s for the First Initial Rainwater Storage Tank in Fujian Province Chen Zhiming LiWei Liu Ji ABSTRACT：The design of deep excavation support systems for a large underground initial rainwater storage tank in the Jiutianhu comprehensive improvement of Xiamen City，Fujian Province was described in this paper. According to the site characteristics of the project，three supporting systems，double row pile+cofferdam grading，single row pilewith tieback+cofferdam grading and single row pile+internal bracingwere considered.The advantages and disadvantages of each optionswere analyzed and discussed in the aspects of safety，economy and project schedule.For the option 2，single row pile with tieback+cofferdam grading，it has the highest cost and the longest construction period.Besides，the construction bolt quality is difficult to control.For the option 1，double row pile+cofferdam grading support system，the cost is in themiddle，while the supporting structure has large deformation and the surrounding road and pipeline have the risk of crack.The cost of the option 3，single row pile+internal bracing，is the lowest and the supporting structure has the smallest deformation.Besides，the construction duration and quality are ofmost guaranteed.Thus，option 3 was selected as the final plan for construction.The above conclusions can be used as a reference for other similar deep excavation support design. KEYWORDS：Initial rainwater storage tank Deep Excavation support Options comparison and selection Double row pile |
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