北京东坝污水处理厂基坑支护设计*

庄修伟

北京首创生态环保集团股份有限公司 100044

1 工程概况

北京东坝污水处理厂位于坝河以南，机场二高速以东。根据规划，本工程的升级改造采用地下式污水处理厂［1］的建设模式。其中，地下一层为钢筋混凝土池体，地上一、二层为生产用房，三～五层为综合用房。整体规划建设形式见图1。

图1 东坝污水处理厂建设形式Fig.1 Construction form of dongba wastewater treatment plant

2 工程与水文地质

2.1 工程地质

根据野外钻探、原位测试及室内土工试验成果的综合分析，本次勘探深度（45.0m）范围内的地层划分为人工填土层、新近沉积层及一般第四纪冲洪积层，在水平向及垂直向上地层分布比较稳定。

各土层主要物理力学性质指标见表1，建设场地地质剖面见图2。

图2 建设场地地质剖面Fig.2 Geological section of construction site

表1 各土层主要物理力学性质指标统计表Tab.1 Statistical table of main physical and mechanical properties of each soil layer

2.2 水文地质

本次勘察钻探深度范围内观测到二层地下水，第一层地下水类型为潜水，主要含水层为黏质粉土～砂质粉土②层及夹层、细砂③层，主要补给来源为大气降水和地下径流，主要排泄方式为蒸发及侧向径流。稳定水位标高16.15m～17.12m。

该场地第二层地下水类型为微承压水，主要含水层为黏质粉土～砂质粉土④层及其夹层，主要补给来源为地下径流，主要排泄方式为侧向径流。稳定水位标高4.27m～5.52m。

地下水位自7月份开始上升，9至10月份达到当年最高水位，随后逐渐下降，至次年的6月份达到当年的最低水位，平均年变幅约1m～2m。

拟建场地历年最高地下水位位于自然地表，近3～5年最高地下水位位于自然地表以下3.5m（绝对标高21.00m）左右。

3 基坑概况

污水厂现状地面标高约24.700m，基坑开挖底标高为11.100m～18.700m，长约156m，宽约50m。基坑开挖面积约7800m2，周长约410m。其中基坑西南侧为预处理提升泵房，坑底标高11.100m，周边坑底标高18.700m。基坑左下角靠近现状二层综合楼，基坑边缘距离综合楼外墙边缘约5.0m，在污水处理厂施工期间，需确保综合楼正常安全使用。基坑平面布置见图3。

图3 基坑平面布置图Fig.3 Layout plan of foundation pit

4 基坑支护设计

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）［2］，对于靠近综合楼位置的基坑支护，安全等级定为一级，重要性系数1.1；其他位置的基坑支护，安全等级定为二级，重要性系数1.0。整体采用排桩支护和放坡的形式，止水帷幕布置在桩间，均采用直径800mm的高压旋喷桩。

支挡结构嵌固稳定性要求［2］：

式中：Kem为嵌固稳定安全系数，安全等级为一级、二级、三级时，Kem分别不应小于1.25、1.2、1.15。

支挡结构抗隆起稳定性要求［2］：

式中：Khe为抗隆起安全系数，安全等级为一级、二级、三级时，Khe分别不应小于1.8、1.6、1.4。

4.1 高低差位置

高低差位置处的高差较低，均采用1∶1放坡并喷射80mm厚C20素混凝土的放坡形式。

4.2 普通基坑位置

（1）对于底标高为14.620m和15.300m的基坑，采用桩锚支护形式，基坑支护剖面见图4。其中，灌注桩为φ800@1650，采用两道3s15.2预应力锚索，1860级，水平间距1650mm，一桩一锚。第一道锚索L＝20m（自由段8m，锚固段12m），轴向拉力标准值200kN，锁定值180kN，锚固体直径150mm；第二道锚索L＝19m（自由段6m，锚固段13m），轴向拉力标准值230kN，锁定值200kN，锚固体直径150mm。

图4 基坑支护剖面图一Fig.4 Section1of foundation pit support

根据弹性法计算结果包络图，位移ωmax＝-25.06mm；基坑内外侧弯矩Mmax分别为-614.23kN·m和362.23kN·m、剪力Vmax分别为-276.42kN和279.30kN。

Kem＝1.262＞1.2，嵌固深度满足规范要求；Khe＝4.622＞1.6，抗隆起稳定性满足规范要求。

（2）对于底标高为16.530m和18.700m的基坑，采用桩锚支护形式，基坑支护剖面见图5。其中，灌注桩采用φ800@1650，采用一道3s15.2预应力锚索，1860级，水平间距1650mm，一桩一锚，锚索L＝17.5m（自由段5.5m，锚固段12m），轴向拉力标准值200kN，锁定值180kN，锚固体直径150mm。

图5 基坑支护剖面图二Fig.5 Section2of foundation pit support

根据弹性法计算结果包络图，位移ωmax＝-18.21mm；基坑内外侧弯矩Mmax分别为-251.40kN·m和320.03kN·m、剪力Vmax分别为-159.55kN和144.11kN。

Kem＝1.469＞1.2，嵌固深度满足规范要求；Khe＝6.734＞1.6，抗隆起稳定性满足规范要求。

4.3 提升泵房坑中坑位置

1.坑内位置

基坑底标高11.100m，坑定标高18.700m，坑深7.60m，采用桩锚支护形式，基坑支护剖面见图6。其中，灌注桩为φ800@1500，采用一道3s15.2预应力锚索，1860级，水平间距1500mm，一桩一锚，锚索L＝24m（自由段6m，锚固段18m），轴向拉力标准值280kN，锁定值230kN，锚固体直径150mm。

图6 基坑支护剖面图三Fig.6 Section3of foundation pit support

根据弹性法计算结果包络图，位移ωmax＝-13.26mm；基坑内外侧弯矩Mmax分别为-348.48kN·m和136.26kN·m；剪力Vmax分别为-176.35kN和207.12kN。

Kem＝1.421＞1.2，嵌固深度满足规范要求；Khe＝5.423＞1.6，抗隆起稳定性满足规范要求。

2.坑中坑左侧

上部基坑坑顶标高24.70m，坑底标高18.70m，坑深6m；下部坑顶标高18.70m，坑底标高11.10m，坑深7.60m。上下均采用桩锚支护形式，基坑支护剖面见图7。

图7 基坑支护剖面图四Fig.7 Section4of foundation pit support

上部灌注桩为φ800@1650，采用一道3s15.2预应力锚索，1860级，水平间距1650mm，一桩一锚，锚索L＝21m（自由段5.5m，锚固段15.5m），轴向拉力标准值220kN，锁定值190kN，锚固体直径150mm。

下部灌注桩为φ800@1500，采用一道3s15.2预应力锚索，1860级，水平间距1500mm，一桩一锚，锚索L＝24m（自由段6.5m，锚固段17.5m），轴向拉力标准值280kN，锁定值230kN，锚固体直径150mm。

上部计算结果同基坑支护剖面图二。

下部根据弹性法计算结果包络图，位移ωmax＝-15.0mm；基坑内外侧弯矩Mmax分别为-429.60kN·m和150.39kN·m、剪力Vmax分别为-221.28kN和235.331kN。

Kem＝1.209＞1.2，嵌固深度满足规范要求；Khe＝4.393＞1.6，抗隆起稳定性满足规范要求。

3.靠近综合楼位置

上部基坑坑顶标高24.70m，坑底标高18.70m，坑深6m；下部坑顶标高18.70m，坑底标高11.10m，坑深7.60m。

由于综合楼距离基坑较近，且复合桩基不能承受水平变形，对基坑支护的位移要求较高。

（1）方案一

第一阶段上部基坑支护先采用灌注桩φ800@1650悬臂支护＋回填土台反压［3］；下级基坑支护采用桩锚形式，灌注桩为φ800@1500，采用一道3s15.2预应力锚索，1860级，水平间距1500mm，一桩一锚，见图8a。

第二阶段在18.7m位置的构筑物底板浇筑完成并达到强度后拆除上部基坑的反压土台，将上部基坑支护改用φ609×16钢管支撑＋φ800@1650灌注桩支护，见图8b。

图8 方案一支护剖面Fig.8 Section view of scheme I

（2）方案二

上部基坑支护采用φ800双排灌注桩悬臂支护，前排桩水平中心距1100mm，后排桩水平中心距2200mm，前后排桩中心间距1800mm。

下部基坑支护采用桩锚支护形式，灌注桩为φ800@1500，采用一道3s15.2预应力锚索，1860级，水平间距1500mm，一桩一锚，锚索L＝24m（自由段6m，锚固段18m），轴向拉力标准值280kN，锁定值230kN，锚固体直径150mm。

基坑支护剖面见图9。

图9 方案二剖面Fig.9 Section view of schemeⅡ

上部根据弹性法计算结果包络图，位移ωmax＝-12.91mm；基坑内外侧弯矩Mmax分别为-190.58kN·m和111.77kN·m、剪力Vmax分别为-93.95kN和108.10kN。

Kem＝1.254＞1.25，嵌固深度满足规范要求。

下部计算结果同基坑支护剖面图四。

悬臂式支挡结构可不进行抗隆起稳定性验算。

对比方案一和方案二：1）从实施难度和工期比较，方案一的回填土台、钢管支撑安装施工难度大，费事费力，且需等待底板施工结束后方可进行，严重影响施工工期。方案二的基坑支护与池体结构完全脱开，支护与池体结构之间关系清晰；施工方面省时省力、且方便快捷。但双排桩靠近综合楼，灌注桩施工需考虑对综合楼地基的影响，经与施工单位沟通，总体可控。2）从经济性比较，方案一措施费较高；方案二工程费较高，综合比较，两者相当。

整体考虑，该局部基坑支护设计采用方案二。

4.4 基坑监测

根据《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497—2019）［4］，本基坑工程共布置25个桩顶水平位移监测点，间距不大于20m。一级基坑监测预警值取基坑深度的0.25%，绝对值不大于25mm，变化速率2mm/d；二级基坑监测预警值取基坑深度的0.4%，绝对值不大于40mm，变化速率3mm/d。

本工程主体结构目前已经完成竣工验收，通过对基坑变形监测资料的分析，本次基坑靠近综合楼位置桩顶最大水平位移为2.55mm，其他地方桩顶最大水平位移为14.45mm。说明本基坑工程设计完全满足工程要求，安全可靠。

5 结语

1.结合地质情况、周边环境、基坑深度等因素分别确定基坑支护形式，使得工程方案更加经济合理。

2.靠近综合楼位置的基坑支护通过方案对比分析，在满足安全性的同时，使实施方案更具时效性和经济性。

3.对比计算结果和基坑监测数据，本设计完全满足实际工程的安全稳定性要求，可作为成功案例为后续类似工程提供实用参考。