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摘要：通过某泵站软土基坑支护设计的实例，详细介绍了基坑支护的方案及支护结构的计算，并提出了施工期间的注意事项。实践证明，该支护方案满足基坑周边建筑物安全及施工进度的要求。
Abstract：Through the typical case of a pumping station which built on soft clay，the solution of retaining and protecting for foundation excavation and the structural computation are detailed introduced .And issues for attention during the construction are given.It is proved that can meet the requirements of surrounding buildings safety and the construction schedule.
关键词：软土 基坑支护 设计
Keyword：Soft clayRetaining and protecting for foundation excavationDesign
中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：
1 引言
随着我国经济社会的发展，人们越来越重视河流水环境的综合治理。然而河流两岸历来为人类繁衍生息之地，且中下游多为经济、文化发达的地区，两岸建筑物侵占河流用地现象普遍，河流内及河流两岸空间狭窄有限，甚至达到“寸土寸金”的程度。须在极其有限的地下空间内完成河流防洪排涝、水质改善等工程构筑物的情况越来越多。本文主要介绍马南泵站的基坑支护设计。
2 项目背景
马南泵站位于马南运河河口，是阳江市城市防洪工程（首期）马南电排站的一部分，与马南水闸并排布置，共同组成堤防的交叉建筑物，用于抵御外江洪水入侵、排除内涝隐患。泵站排涝标准为10年一遇一日降雨当天排完，其设计排水流量为38.08m3/s，级别为2级。泵站建筑物总长70.875m，分上游进水口、进水前池段、进水流道、泵室及出口消力池段，均采用钢筋混凝土结构，其中进水流道、泵室为整体式结构。泵站共有5台机组，采用湿室型结构型式，分5孔布置，每孔净宽4m，中墩厚1.45m，边墩厚1m。
泵站场址靠近河道的右岸，现状右岸为高5m左右的浆砌石挡墙，挡墙上即为市政道路，紧挨市政道路的是4至5层高的居民楼，最近的居民楼距泵站基坑仅6m。现状地面高程▽4.20m，基坑底高层▽-2.25～▽-4.40m，最大开挖深度8.6m，市政道路侧设计荷载采用公路Ⅱ级标准，考虑的最大行车荷载为20kPa。平面布置图见图1.1。
图1.1 马南泵站基坑开挖平面图
3 工程地质条件
马南泵站位于马南河河口的一级阶地上，为冲积、海陆交替相形成的三角洲沉积平原地貌上，地形较平坦，地面高程0.5~3.8m左右，地形向下游倾斜，地貌单一。根据钻探揭露，场地范围内主要地层，有人工填土层、冲积砂土层及软弱土层互层组成冲积土层，第四系残积土层及风化岩带，地下水位较浅。各地层自上而下分别为：人工填土层(Qs)，上部近期堆积土，下部生活垃圾堆放，不宜作为天然地基；淤泥层(Qmc)灰黑色，饱和，含有机质，部分含粉细砂，呈流塑至软塑；粉砂细砂层(Qs)灰黑色粉砂及细砂为主，饱和，含淤泥及淤泥质土团，呈松散；软弱土层(Qmc)由淤泥及软粘土等组成，淤泥具高塑性，呈流塑至软塑，软粘土，呈软塑；中砂粗砂层以中砂及粗砂为主，部分段为细砂，含粘土较多，呈稍密至中密；全风化花岗岩硬塑层(γ52(2))，褐黄色，呈砂质粘土，稍湿，含石英块，呈硬塑；全风化花岗岩层坚硬层(γ52(2))呈碎石土状，湿，坚硬。各土层物理力学参数见表3.1。
表3.1泵站场区主要岩(土)层物理力学参数表
4 基坑设计
4.1基坑支护工程安全等级
泵站基坑紧邻市政道路，市政道路旁为4~5层高居民楼，最近的居民楼距基坑仅6ｍ多，基坑最深处8.6m。按照有关规范，根据破坏后果的严重程度以及工程复杂程度，经过综合分析比较，本工程泵站和水闸基坑安全等级确定为一级，重要性系数为1.1。
4.2基坑支护方案的选择
本基坑由于距居民楼很近，无法采用钻孔灌注桩（旋喷桩止水）加预应力锚索的基坑支护方案，在确保支护结构、基坑周边道路及构筑物安全的前提下，做到经济、合理，施工可行、方便。为此，本次
设计对不同深度的基坑分别采用如下支护方案：（1）泵室段的基坑深度较大，达8.6m，拟采用Φ1200钻孔灌注桩（间距1.5m，Φ500旋喷桩止水）+钢筋砼冠梁+Φ500旋喷桩加固基坑外侧土体+内支撑的支护方案；（2）前池段基坑深度较小，取消内支撑，采用Φ1200钻孔灌注桩（间距1.5m，Φ500旋喷桩止水）+钢筋砼冠梁+Φ500旋喷桩加固基坑外侧土体的支护方案。
该支护方案主要从以下几点考虑：一是缩短支护桩悬臂高度，采取的措施主要为利用现状河岸挡墙，在确保挡墙稳定的前提下，在高程▽1.00处设置二级平台；二是减少支护桩的土压力，即采用旋喷桩加固2.0m~2.8m宽的基坑外侧土体；三是增加内支撑以减少桩体变形量，本措施主要针对泵室段的基坑，具体来说就是分两期实施泵室结构，一期先行实施远离右岸的3孔泵室，一期泵室完成后再行开挖支护二期泵基坑，并在泵室一期的中墩与灌注桩之间设内支撑。具体断面见图4.1、4.2。
图4.1 泵室段基坑支护断面图
图4.2 前池段基坑支护断面图
4.3计算方法
有限元计算可充分考了结构—土共同作用的机理，较完整的诠释结构、土体内力、应力、应变、强度理论的结合，其计算的结构内力、土体塑性区分布、土的破坏型式和单元应力较为准确。本工程基坑支护计算采用荷兰DELFT大学编制的商业软件PLAXIS V8.2 2D版本进行。相关计算假定和原则如下：
（1）本工程有限元分析采用平面应变假设。
（2）所有的土层均模拟为弹塑性材料，且符合Mohr-Coulomb 模型准则，均不考虑土体抗拉强度。
（3）支护桩采用平面板单元模型（见图4.3，以泵室段深基坑为例，下同）模拟，内支撑单元采用平面锚定杆单元模拟，均为弹性材料。
（4）考虑到计算模型的收敛性，不考虑原挡墙的塑性屈服状态。
（5）不考虑桩顶冠梁的作用（偏于保守）。
图4.3 泵室段基坑计算示意图
图4.4 泵室段基坑计算模型
4.4计算结果
本工程基坑开挖深度虽然不大，但原挡土墙后的土层和荷载较大，应予以充分考虑。经计算，泵室段、前池段灌注桩的结构内力、位移，周边土体沉降、隆起、应力、应变、塑性区如表4.1、图4.5~4.7所示。
表4.1计算结果汇总
图4.5 泵室段基坑放大200倍网格变形图
图4.6泵室段基坑塑性区和拉裂区
图4.7 泵室段基坑水平位移等值线图
4.5施工监测要求
考虑到有限元计算位移的不确定性，对此类基坑项目应充分安排应急措施，加强监测工作。加密地下水位观测、桩体变形（测斜）、桩身应力（钢筋应力计）、地表和周边建筑物沉降、水平位移和倾斜监测点数量；对各支撑均安排内力监测（钢弦应力计），防止应力陡增和偏心造成的基坑破坏，开挖期间宜2h监测一次。根据《建筑基坑工程技术规程》，确定本工程基坑桩顶水平位移、桩深层水平位移及周边建筑物沉降的报警值分别为12.8mm、43mm及25mm。
5 施工情况
目前工程已顺利完工，基坑开始开挖至泵站下部工程施工完成共计3个月，在枯水期内完成，施工过程中，变形监测均在设计控制值之内。基坑开挖前后对比见图5.1、5.2。施工过程中为减少支撑对一期中墩影响，在相应已完成一期泵室内填土至支撑钢管以上0.5m。
图5.1泵站基坑开挖前
图5.2泵站基坑开挖后
6 小结
（1）基坑设计应因地制宜，充分考虑自身要求和周边环境，针对性的进行方案选择。本工程根据现场情况和基坑开挖深度，在泵室段基坑设置内支撑体系，前池段则直接采用支护桩+桩后土体加固。
（2）基坑开挖是一个动态施工过程，必须及时进行变成监测，及时处理隐患，保证基坑安全施工。
参考文献：
[1] 龚晓南，高有潮.深基坑工程设计施工手册.中国建筑工业出版社，1998；
[2] 江正荣.《建筑地基与基础施工手册》. 中国建筑工业出版社，2005；
[3] 阳江市城市防洪工程（首期）——马南电排站施工图图册.深圳市水务规划设计院，2010；
[4] JGJ120-99.建筑基坑支护技术规程北京：中国建筑工业出版社。
作者简介：张媚青(1983-)，工作单位：深圳市水务规划设计院，现职称：工程師，主要从事水工设计工作。
Abstract：Through the typical case of a pumping station which built on soft clay，the solution of retaining and protecting for foundation excavation and the structural computation are detailed introduced .And issues for attention during the construction are given.It is proved that can meet the requirements of surrounding buildings safety and the construction schedule.
关键词：软土 基坑支护 设计
Keyword：Soft clayRetaining and protecting for foundation excavationDesign
中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：
1 引言
随着我国经济社会的发展，人们越来越重视河流水环境的综合治理。然而河流两岸历来为人类繁衍生息之地，且中下游多为经济、文化发达的地区，两岸建筑物侵占河流用地现象普遍，河流内及河流两岸空间狭窄有限，甚至达到“寸土寸金”的程度。须在极其有限的地下空间内完成河流防洪排涝、水质改善等工程构筑物的情况越来越多。本文主要介绍马南泵站的基坑支护设计。
2 项目背景
马南泵站位于马南运河河口，是阳江市城市防洪工程（首期）马南电排站的一部分，与马南水闸并排布置，共同组成堤防的交叉建筑物，用于抵御外江洪水入侵、排除内涝隐患。泵站排涝标准为10年一遇一日降雨当天排完，其设计排水流量为38.08m3/s，级别为2级。泵站建筑物总长70.875m，分上游进水口、进水前池段、进水流道、泵室及出口消力池段，均采用钢筋混凝土结构，其中进水流道、泵室为整体式结构。泵站共有5台机组，采用湿室型结构型式，分5孔布置，每孔净宽4m，中墩厚1.45m，边墩厚1m。
泵站场址靠近河道的右岸，现状右岸为高5m左右的浆砌石挡墙，挡墙上即为市政道路，紧挨市政道路的是4至5层高的居民楼，最近的居民楼距泵站基坑仅6m。现状地面高程▽4.20m，基坑底高层▽-2.25～▽-4.40m，最大开挖深度8.6m，市政道路侧设计荷载采用公路Ⅱ级标准，考虑的最大行车荷载为20kPa。平面布置图见图1.1。
图1.1 马南泵站基坑开挖平面图
3 工程地质条件
马南泵站位于马南河河口的一级阶地上，为冲积、海陆交替相形成的三角洲沉积平原地貌上，地形较平坦，地面高程0.5~3.8m左右，地形向下游倾斜，地貌单一。根据钻探揭露，场地范围内主要地层，有人工填土层、冲积砂土层及软弱土层互层组成冲积土层，第四系残积土层及风化岩带，地下水位较浅。各地层自上而下分别为：人工填土层(Qs)，上部近期堆积土，下部生活垃圾堆放，不宜作为天然地基；淤泥层(Qmc)灰黑色，饱和，含有机质，部分含粉细砂，呈流塑至软塑；粉砂细砂层(Qs)灰黑色粉砂及细砂为主，饱和，含淤泥及淤泥质土团，呈松散；软弱土层(Qmc)由淤泥及软粘土等组成，淤泥具高塑性，呈流塑至软塑，软粘土，呈软塑；中砂粗砂层以中砂及粗砂为主，部分段为细砂，含粘土较多，呈稍密至中密；全风化花岗岩硬塑层(γ52(2))，褐黄色，呈砂质粘土，稍湿，含石英块，呈硬塑；全风化花岗岩层坚硬层(γ52(2))呈碎石土状，湿，坚硬。各土层物理力学参数见表3.1。
表3.1泵站场区主要岩(土)层物理力学参数表
4 基坑设计
4.1基坑支护工程安全等级
泵站基坑紧邻市政道路，市政道路旁为4~5层高居民楼，最近的居民楼距基坑仅6ｍ多，基坑最深处8.6m。按照有关规范，根据破坏后果的严重程度以及工程复杂程度，经过综合分析比较，本工程泵站和水闸基坑安全等级确定为一级，重要性系数为1.1。
4.2基坑支护方案的选择
本基坑由于距居民楼很近，无法采用钻孔灌注桩（旋喷桩止水）加预应力锚索的基坑支护方案，在确保支护结构、基坑周边道路及构筑物安全的前提下，做到经济、合理，施工可行、方便。为此，本次
设计对不同深度的基坑分别采用如下支护方案：（1）泵室段的基坑深度较大，达8.6m，拟采用Φ1200钻孔灌注桩（间距1.5m，Φ500旋喷桩止水）+钢筋砼冠梁+Φ500旋喷桩加固基坑外侧土体+内支撑的支护方案；（2）前池段基坑深度较小，取消内支撑，采用Φ1200钻孔灌注桩（间距1.5m，Φ500旋喷桩止水）+钢筋砼冠梁+Φ500旋喷桩加固基坑外侧土体的支护方案。
该支护方案主要从以下几点考虑：一是缩短支护桩悬臂高度，采取的措施主要为利用现状河岸挡墙，在确保挡墙稳定的前提下，在高程▽1.00处设置二级平台；二是减少支护桩的土压力，即采用旋喷桩加固2.0m~2.8m宽的基坑外侧土体；三是增加内支撑以减少桩体变形量，本措施主要针对泵室段的基坑，具体来说就是分两期实施泵室结构，一期先行实施远离右岸的3孔泵室，一期泵室完成后再行开挖支护二期泵基坑，并在泵室一期的中墩与灌注桩之间设内支撑。具体断面见图4.1、4.2。
图4.1 泵室段基坑支护断面图
图4.2 前池段基坑支护断面图
4.3计算方法
有限元计算可充分考了结构—土共同作用的机理，较完整的诠释结构、土体内力、应力、应变、强度理论的结合，其计算的结构内力、土体塑性区分布、土的破坏型式和单元应力较为准确。本工程基坑支护计算采用荷兰DELFT大学编制的商业软件PLAXIS V8.2 2D版本进行。相关计算假定和原则如下：
（1）本工程有限元分析采用平面应变假设。
（2）所有的土层均模拟为弹塑性材料，且符合Mohr-Coulomb 模型准则，均不考虑土体抗拉强度。
（3）支护桩采用平面板单元模型（见图4.3，以泵室段深基坑为例，下同）模拟，内支撑单元采用平面锚定杆单元模拟，均为弹性材料。
（4）考虑到计算模型的收敛性，不考虑原挡墙的塑性屈服状态。
（5）不考虑桩顶冠梁的作用（偏于保守）。
图4.3 泵室段基坑计算示意图
图4.4 泵室段基坑计算模型
4.4计算结果
本工程基坑开挖深度虽然不大，但原挡土墙后的土层和荷载较大，应予以充分考虑。经计算，泵室段、前池段灌注桩的结构内力、位移，周边土体沉降、隆起、应力、应变、塑性区如表4.1、图4.5~4.7所示。
表4.1计算结果汇总
图4.5 泵室段基坑放大200倍网格变形图
图4.6泵室段基坑塑性区和拉裂区
图4.7 泵室段基坑水平位移等值线图
4.5施工监测要求
考虑到有限元计算位移的不确定性，对此类基坑项目应充分安排应急措施，加强监测工作。加密地下水位观测、桩体变形（测斜）、桩身应力（钢筋应力计）、地表和周边建筑物沉降、水平位移和倾斜监测点数量；对各支撑均安排内力监测（钢弦应力计），防止应力陡增和偏心造成的基坑破坏，开挖期间宜2h监测一次。根据《建筑基坑工程技术规程》，确定本工程基坑桩顶水平位移、桩深层水平位移及周边建筑物沉降的报警值分别为12.8mm、43mm及25mm。
5 施工情况
目前工程已顺利完工，基坑开始开挖至泵站下部工程施工完成共计3个月，在枯水期内完成，施工过程中，变形监测均在设计控制值之内。基坑开挖前后对比见图5.1、5.2。施工过程中为减少支撑对一期中墩影响，在相应已完成一期泵室内填土至支撑钢管以上0.5m。
图5.1泵站基坑开挖前
图5.2泵站基坑开挖后
6 小结
（1）基坑设计应因地制宜，充分考虑自身要求和周边环境，针对性的进行方案选择。本工程根据现场情况和基坑开挖深度，在泵室段基坑设置内支撑体系，前池段则直接采用支护桩+桩后土体加固。
（2）基坑开挖是一个动态施工过程，必须及时进行变成监测，及时处理隐患，保证基坑安全施工。
参考文献：
[1] 龚晓南，高有潮.深基坑工程设计施工手册.中国建筑工业出版社，1998；
[2] 江正荣.《建筑地基与基础施工手册》. 中国建筑工业出版社，2005；
[3] 阳江市城市防洪工程（首期）——马南电排站施工图图册.深圳市水务规划设计院，2010；
[4] JGJ120-99.建筑基坑支护技术规程北京：中国建筑工业出版社。
作者简介：张媚青(1983-)，工作单位：深圳市水务规划设计院，现职称：工程師，主要从事水工设计工作。