三門(mén)核電循環(huán)水泵房超深基坑支護設計實(shí)例

第11卷第2期中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報Vol.11 No.22013年6月Journal of China Institute of W ater Resources and Hydropower ResearchJune ,2013文章編號:1672-3031(2013)02-0157-04三門(mén)核電循環(huán)水泵房超深基坑支護設計實(shí)例秦景'，路威'，朱俊臣’(1.中國水利水電科學(xué)研究院工程設計研究中心，北京10044; 2. 中核集團三門(mén)核電有限公司，浙江三門(mén)317112)摘要:三門(mén)核電循環(huán)水泵房基坑為超深基坑(最深處為32.3m),處于基巖面埋藏較淺且上部覆蓋較厚淤泥層和回填石層的特殊區域。本工程依據地層條件,將基坑邊坡劃分為完全基巖邊坡、基巖埋深淺且無(wú)淤泥地層的邊坡、基巖埋深較大且有較厚淤泥層的邊坡3種類(lèi)型。分別采用3種支護型式:放坡、排樁+巖錨、排樁+深攪重力墻+巖錨，有效解決了濱海軟土區的地下水位高，淤泥質(zhì)軟土黏聚力及內摩擦角小，基坑側壁受水平荷載大、易失穩等難題。典型斷面計算結果表明，錨拉力最大為361.84kN;基坑側壁最大水平位移為19.26mm，支護樁最大正負彎矩值為71.36kN.m和-787.52kN.m.基坑頂部最大沉降量為50mm,均滿(mǎn)足設計與規范要求。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵房;超深基坑;支護設計中圖分類(lèi)號: TV431文獻標識碼: A1工程概況浙江三門(mén)核電循環(huán)水泵房位于廠(chǎng)區北護堤的東段，西側靠近重件碼頭，南側緊鄰待建的重件道路和循環(huán)水管道，北側為大海。循環(huán)水泵房原地貌為山前海涂灘地，標高一般為+2.0--2.0m，并堆填了7~13m不等厚度的碎(塊)石預壓。循環(huán)水泵房構筑物外墻線(xiàn)南北長(cháng)85m，東西寬55m，基坑最深處標高為-20.8m，而目前場(chǎng)坪標高為+4.58~+11.51m，即最大護坡高度為32.3m。循環(huán)水泵房場(chǎng)地的基巖埋深起伏大、呈斜坡?tīng)?，西南高、東北低，西南角基巖頂平均標高大于+10m，而東北角平均低于-10m(最低點(diǎn)為-15m)。西南側陡東北側緩，平均坡度1:4?；颖眰?、東側有較厚的淤泥層，該層是高壓縮性軟土，呈流塑狀態(tài)。經(jīng)地質(zhì)勘探報告揭示的地層(自上而下)如表1所示。表1場(chǎng)地土層物理力學(xué)參數土層.層厚/m重度/(kN/m')內摩擦角/(°)黏聚力hkPa回填石Q,"1.0-13.020.03:10淤泥Q;0.6-11.517.02.6.3含礫粉質(zhì)黏:Q"0.7-6.718.814.434安山玄武巖J,5.9~9.4_20.0_4(1 0002支 護結構設計方案2.1方案比選 根據基坑開(kāi)挖范圍內地層土質(zhì)、 地下水及周邊建筑物分布等特點(diǎn)，設計選擇了內支撐、弧形連續墻和排樁+深攪重力墻+巖錨支護等多種支護方式進(jìn)行比較分析。內支撐支護適合于淤泥質(zhì)地層，變形小，但由于本基坑內基巖傾斜,基坑底部基巖還需爆破開(kāi)挖，內支撐無(wú)法設置，且內支撐體系不利于泵房結構施工，故未被采納?；⌒芜B續墻如同拱壩，可將淤泥層側壓荷載轉移到壩腳。但連續墻各段銜接工藝復雜、施工要求精度高，且工程費用大，存在施工風(fēng)險，壩腳基巖完整性也不能保證，因此也被放棄。中國煤化工收稿日期: 2013-01-07JMCHCNMHG作者簡(jiǎn)介:秦景(1984-), 男，江蘇宿遷人，工程師，博士，主要從事巖土工程設，wiro-mall; qjingeiwu.com一157--.三門(mén)核電循環(huán)水泵房超深基坑支護設計實(shí)例秦景路威朱俊臣排樁+深攪重力墻+巖錨基坑支護方案各項技術(shù)成熟，此組合形式在類(lèi)似地層的工程中已成功應用，其設計理念是:采用深攪加固淤泥層，使上部回填石的荷載及淤泥的變形側壓得以消減，支護結構無(wú)需具有較大的抗彎能力及錨拉力，使得支護樁配筋與錨索設計切實(shí)可行。經(jīng)綜合考慮，按照安全、經(jīng)濟、方便施工和因地制宜的支護方法選用原則",確定采用此設計方案，措施布置如圖1。_圍堰邊線(xiàn)M4深攪樁邊線(xiàn)M36深攪樁區響錨索M37錨索M1人Z8支護樁北側241.2m151旋東I側名線(xiàn)-20.8m作+11.0m@|1 1.0m21260000mm錨索M97Z107 124+2.0m基巖放坡區大件道路.?12.0m基礎區域個(gè)圖1 三門(mén)核電循環(huán)水泵房超深基坑支護平面2.2方案設計根據地層條件， 將基坑邊坡劃分為:完全基巖邊坡;基巖埋深小于-8.0m、無(wú)淤泥地層的邊坡;基巖埋深較大、有較厚淤泥層的邊坡3種類(lèi)型，分別采用3種支護型式，并選擇典型剖面進(jìn)行分析計算(圖2)。(1)放坡。本工程基巖邊坡主要分布在循環(huán)水泵房基坑的西側和南側，總長(cháng)度為118m。根據建筑基坑工程技術(shù)規范'),中、微風(fēng)化基巖按1:0.3坡度放坡，當坡高大于5m時(shí)，設置1m寬過(guò)渡平臺?；鶐r面上部若有回填土、石層，按碎石類(lèi)，中密、稍密狀態(tài)巖質(zhì)考慮，按1:1放坡。過(guò)渡平臺寬1.0m，坡高小于5m的可不設過(guò)渡平臺。(2)排樁+深攪重力墻+巖錨?；拥臇|北側地層可歸并為+6.0--2.0m為回填石層，-2.0--12.3m為淤泥層，至-15.0m 為含礫粉質(zhì)黏土層，以下為中風(fēng)化安山玄武巖。上部回填石層開(kāi)挖放坡，坡度為1:1,增設過(guò)渡平臺。中部采用排樁+深攪重力墻+巖錨支護形式，支護樁樁徑1m,樁距1.5m,樁長(cháng)16m,嵌入基巖3m,樁頂設在-2m標高。每3.5m設一 層錨索， 傾角40°，共計3層，錨頭進(jìn)入基巖6m。同時(shí)，對10m厚淤泥層深攪加固，水泥摻人量15%，水灰比0.5，樁徑0.6m，樁間搭接0.15m, .深入下部黏土層0.3m，整體按格柵狀布置，置換率m=0.6?；酉虏?15--20.8 m基巖采用1:0.3放坡，放坡點(diǎn)距樁中心大于2m,如圖2。(3)排樁+錨索?；拥臇|南側地層可歸并為+10--2.39m回填石，-2.39--7.99m 為含礫粉質(zhì)黏土，-7.99m以下為安山玄武巖。上部回填土層放坡，下部基巖放坡，中部含礫粉質(zhì)黏土層采用用排樁+錨索形式，排樁樁長(cháng)10.2m,其中嵌入基巖3m,至微風(fēng)化層。樁徑1m,樁間距1.5m,開(kāi)挖后樁間掛網(wǎng)保護。并設1~2層斜拉錨索，傾角35°，內錨頭進(jìn)人基巖面中國煤化工2.3技術(shù)措施THCNMHG(1)蓋板和錨索。為使護坡樁與攪拌樁形成一整體，在深攪憂(yōu)頂那沉比序sucm的L20混凝土蓋一158-三門(mén)核電循環(huán)水泵房超深基坑支護設計實(shí)例秦景路威朱俊臣r 106380mm____ 12350m__- 2000m. ct6.0m泵砼蓋板C29錨索連梁重向錨索人工城土、塊石層Fo線(xiàn)路8_ x2.0m _. r5.5m第二層錨桿. -2.0m找淤泥層.10第三層錨械7-12.5m|體. -:13.1mt -14上-1含礫粉質(zhì)黏土--18卜-201000mm↓基巖面L.22泵房基坑底面以排水溝錨索進(jìn)入基巖面6m圖2支護結構典型剖面板，配置網(wǎng)格狀中6@250鋼筋。在蓋板后緣布設垂直錨索，以較小的錨拉力產(chǎn)生較大的抗傾覆彎矩，同時(shí)使護坡樁、蓋板、深攪樁、錨索形成- - 整體支護體系"。(2)場(chǎng)內排水溝。為了使場(chǎng)內施工方便，達到干作業(yè)目的，在基巖坡前與泵房建筑外墻間2.5m寬的區域內設一排水系統， 環(huán)繞全部場(chǎng)區。排水溝深0.5m, 寬0.5m， 截面呈梯形，縱坡1/300。在場(chǎng)地拐角共設集水井6個(gè)，深1m，直徑0.7m。 每個(gè)集水井中設立- .潛水泵，隨時(shí)將積水排至基坑外。(3)樁頂護欄。為了安全生產(chǎn)，在護坡樁頂梁上及基巖頂面分別安置護欄，以保證施工現場(chǎng)的安全。護欄的預埋件在頂梁澆注時(shí)按尺寸埋入。3驗算分析為使本支護系統在安全穩定的前提下做到經(jīng)濟合理，經(jīng)反復試算后選取典型斷面進(jìn)行結構設計及穩定性驗算。采用理正深基坑支護結構設計軟件進(jìn)行支護結構的抗傾覆穩定性驗算以及整體穩定性驗算，土層物理力學(xué)參數按表1取值，各土層分布、深度和錨桿錨固位置按圖2布置，其中:上部8m厚回填石層采取大開(kāi)挖、放坡形式，按附加荷載q=160kPa計。采用瑞典條分法(土條寬度0.5m),得到典型計算斷面的最危險滑裂面，圓弧半徑為32.686m,整體穩定安全系數K,=2.41≥1.3, 分工況求得的抗傾覆安全系數K,=1.66>1.2，均滿(mǎn)足規范要求一。據勘察報告，淤泥地層的摩阻力q。僅為10~18kPa，對于常規錨索，難以滿(mǎn)足較大的錨固力要求，本工程所用的錨索鋼絞線(xiàn)采用7φ5規格,設計值為15U根，錨索每束2~4根，設計拉力為300 600kN。通過(guò)典型斷面計算(圖3和圖4):錨拉力最大為361.84kN，滿(mǎn)足設計拉力要求?；觽缺谧畲笏轿灰茷?9.26mm,在第二道錨索位置。最;大正負彎矩值為711.36kN.m和-787.52kN.m。驗算結果表明，土體開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生了應力釋放、裂20ol.245.39kN|332.88kN361.84kN1Jh8.00中國煤化工支反力AkN位移mm變距(kNm)CNMHG(b)圖3典型斷面內力包絡(luò )圖MYH-159-三門(mén)核電循環(huán)水泵房超深基坑支護設計實(shí)例秦景路威朱俊臣高坑邊距離/m-最夫實(shí)陶量2m最大況降章33hm最木沉降量50pm~10圖4典型斷面地表沉降隙擴張，并伴隨著(zhù)剪切破壞和滑移蠕變，導致了基坑周邊回填石層邊坡的沉降，但沉降量不大，指數法算出基坑頂部最大沉降量為50mm。后期監測數據也反映了類(lèi)似的變形情況。4結論三門(mén)核電循環(huán)水泵房超深基坑支護采用基巖區、回填石層放坡和上覆淤泥層區采用排樁+深攪重力墻+巖錨的方案，取得了滿(mǎn)意的效果。本支護設計具有以下特點(diǎn):采用深攪樁加固淤泥，保證高邊坡的穩定，有效減小淤泥側壓，即減小支護樁所需彎矩及錨索拉力的要求。重力墻后設置的垂直錨索以較小的錨拉力產(chǎn)生較大的抗傾覆彎矩。典型斷面計算結果表明，錨索錨拉力、基坑側壁水平位移、彎矩值及地表沉降量均滿(mǎn)足設計與規范要求，表明本工程采用的支護形式是科學(xué)、合理的。參考文獻:[ 1 ]趙同新, 高霈生.深基坑支護工程的設計與實(shí)踐[M] .北京:地震出版社，2010.[ 2 ] YB9258-97, 建筑基坑工程技術(shù)規范[S] .北京:冶金工業(yè)出版社，1998 .[ 3 ] J1]10-99, 建筑基坑支護技術(shù)規程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999 .[ 4 ] GB50007- 2002,建筑地基基礎設計規范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002 .Support of ultra-deep foundation pits of circulating water pumphouse in Sanmen nuclear power plantQIN Jing'， LU Wei', ZHU Jun-chen2(1. Engineering Design and Resarch Center, IWHR, Beijing 10044, China;2. CNNC Sanmen Nuclear Power CO, Sanmen 317112, China )Abstract: The circulating waterpump house foundation pit is ulra-deep with the deepest point of 32.3mand is located in a epecial area where bedrock is shallowly buried and mud and backfill layers in the up-per level are deep, so the support requirement for foundation pit is much higher. Acording to the sratirag-phy distribution, three types of side slope of deep foundation pit were divided: complete bedrock， shallow-ly buried bedrock without sludge layer and deeply buried bedrock with big depth of sludge layer. Three sup-porting methods were respetively aplicated: step-slope excavation for bedrock, piles in row and prestressed anchor cables, and the combination of piles in row and cement-soil wall and prestressed anchor ca-bles, which efectively solved the difcult problem in coastal soft soil region with the higher ground waterlevel, lower c and φ，easier instability of side of foundation pit due to the great horizontal load. The re-sults of typical section analysis show that the maximum tension of prestressed anchor is 361.84kN， the max-mum horizontal displacements is 19.26mm, and the maximum positi中國煤化工nent valueis 711.36kN.m and -787.52kN.m, which meet the standard and deAHCNM HGKey words: circulating water pump house; ultra- -deep foundation pit(責任編輯:李琳)