基于P×C法的基坑降水支護方案篩選及設計

摘 要：為保障基坑施工的安全性，本文結(jié)合勘察成果對支護方法進行研究，首先，采用P×C法對基坑降水支護方案進行篩選，其次，進行基坑降水設計，最后，結(jié)合基坑變形監(jiān)測成果，對基坑降水支護設計進行合理性評價。本文結(jié)合工程實際，設計了4類基坑降水支護方案，各類方案的適用性存在差異，其中，方案四的適用性等級為Ⅳ級，其他3類支護方案的適用性等級為Ⅲ級，因此，本項目將方案四作為降水支護方案。根據(jù)基坑降水設計，等效半徑、計算方法等因素對基坑涌水量的計算結(jié)果具有較大影響，且經(jīng)過對比，采用外接圓法、規(guī)范簡化法的涌水量計算結(jié)果與實際測量結(jié)果最為接近，基坑涌水量為44319.31m3/d，基坑降水井為90個。根據(jù)基坑變形監(jiān)測成果，得到其變形為9.62～25.53mm，均值為10.44mm，充分說明基坑降水支護設計是合理有效的，可以為類似工程提供參考。

關鍵詞：基坑；降水支護方案；降水參數(shù)；降水井

中圖分類號：P 642 " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

為保障基坑施工安全，對基坑降水支護方案進行篩選及設計具有重要的現(xiàn)實意義[1-2]。目前，已有不少相關研究，例如雷丹[3]探討了懸掛式止水帷幕在基坑降水中的應用效果。唐卓華[4]利用數(shù)值模擬分析了基坑降水特征。陳聰?shù)萚5]研究了基坑降水引發(fā)的變形特征。上述研究充分說明基坑降水研究是十分必要的，但較少涉及降水設計分析。因此，本文在勘察成果分析基礎上，采用P×C法進行基坑降水支護方案篩選和基坑降水設計，結(jié)合基坑變形監(jiān)測成果，對基坑降水支護設計進行合理性評價，以期為基坑安全施工奠定理論支持。

1 工程概況

本工程為住宅小區(qū)車庫基坑，用地面積為20651.52m2，平面形態(tài)呈多邊形特征（如圖1所示），開挖深度為6.7m，屬于深基坑。

在基坑周邊環(huán)境條件方面，北側(cè)、西側(cè)均為近接既有建筑，其上部層數(shù)為15～28層，地下室為1層，基礎形式為筏板基礎，最小凈距約為12.5～16.6m，南側(cè)、東側(cè)均近接既有道路，最小凈距約為18.5～22.1m。因此，基坑周邊具有較為復雜的環(huán)境條件。

在地層巖性方面，基坑區(qū)地層自上而下結(jié)構(gòu)如下。1）填土：主要為素填土，結(jié)構(gòu)均勻性較差，土質(zhì)松散，局部夾雜少量碎石，分布厚度為0.6～1.4m。2）細砂：褐黃色，稍濕為主，松散～稍密，局部夾雜一定的中粗砂，分布厚度為0.8～2.1m。3）卵石：顏色雜亂，濕～飽和，稍密～密實均有分布，卵石磨圓度較好，粒徑為2.5～9.5cm，揭露厚度大于15.4m。

在水文地質(zhì)條件方面，地下水主要為潛水，主要賦存于地層孔隙中，埋深2.5～3.1m?；娱_挖底板標高位于地下水水位以下，地下水對施工期安全影響較大。因此，該基坑降水處理是十分必要的。

2 基坑降水支護方案篩選

2.1 降水支護方案初定

基坑開挖具空間立體特征，為保障施工安全，基坑支護是十分必要的。項目區(qū)地層巖性具有較強的滲透性，且地下水水位埋深較淺，穩(wěn)定水位高程高于開挖底板高程，地下水將影響施工質(zhì)量及安全。因此，基坑降水設計亦尤為重要。

為降水支護方案合理，本文結(jié)合工程實際，共確定4類降水設計方案：放坡支護+管井降水、土釘墻+管井降水、樁錨咬合樁支護擋水體系、樁錨支護+管井降水。

2.2 篩選方法構(gòu)建

為對降水支護方案進行合理篩選，本文提出采用P×C法構(gòu)建篩選方法，將“基坑降水支護方案篩選體系”作為目標層，結(jié)合工程實際，共擬設4個準則層指標，即安全可靠條件B1、經(jīng)濟合理特征B2、施工便捷程度B3和環(huán)境保護條件B4，同時，在準則層基礎上，進一步進行評價指標細分，共確定11個二級指標?；咏邓ёo方案篩選體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

按照P×C法原理，須計算各評價指標的權值、隸屬度，其中，權值的計算方法為1～9標度法，即通過評價指標間的重要性對比，構(gòu)建判別矩陣，并進行一致性分析，在通過一致性檢驗后，對最大特征值的特征向量采取歸一化處理措施，進而得到相應的權值。反之，須重新調(diào)整判別矩陣，直至滿足一致性檢驗。

在各評價指標的隸屬度計算過程中，將計算方法確定為專家法，為保證評價結(jié)果的準確性，專家應具有高級工程師職稱。

在評價指標權值、隸屬度計算結(jié)果基礎上，采用P×C法對各評價指標或降水支護方案進行定量篩選，并設計以下適用性劃分標準。1）適用性為Ⅰ級，適用性得分為0分～60分，對應降水支護方案的適用性較差，基本不能滿足工程需要。2）適用性為Ⅱ級，適用性得分為60分～80分，對應降水支護方案的適用性一般，勉強能滿足工程需要。3）適用性為Ⅲ級，適用性得分為80分～90分，對應降水支護方案的適用性較好，基本能滿足工程需要。4）適用性為Ⅳ級，適用性得分為90分～100分，對應降水支護方案的適用性很好，很能滿足工程需要。

2.3 方案篩選結(jié)果分析

第2.1節(jié)共設計了4類降水設計方案，先以方案一為例，詳述篩選過程。經(jīng)過計算統(tǒng)計，得到方案一的二級指標適用性篩選結(jié)果，見表1。11個二級指標的適用性得分為71.56分～90.55分，均值為81.55分，對應適應性等級為Ⅱ～Ⅳ級，其中，Ⅱ級指標有5個，Ⅲ級指標有4個，Ⅳ級指標有2個。

根據(jù)各指標的適用性得分，將適用性由好至差進行排序：E6gt;E3gt;E9gt;E1gt;E8gt;E4gt;E10gt;E11gt;E2gt;E5gt;E7。

計算得到方案一的一級指標適用性篩選結(jié)果見表2。B1指標的適用性相對最低，其適用性等級僅為Ⅱ級，其他3個指標的適用性等級均為Ⅲ級。

在方案一的總體適用性計算過程中，整體的隸屬度矩陣L=[0.101 0.209 0.543 0.147]，得分計算矩陣D=[55 70 85 95]T，那么計算得到方案一總體適用性得分Z=LD=80.31，得出方案一的適用性等級為Ⅲ級。

同理，進一步計算方案二～方案四的適用性，計算結(jié)果見表3。4種降水支護方案的適用性存在一定差異，按照適用性得分排序：方案四＞方案二＞方案三＞方案一，其中，方案一～方案三的適用性等級均為Ⅲ級，方案四的適用性等級為Ⅳ級，因此，本項目以方案四為降水支護方案。

3 基坑降水設計

目前，已篩選出合適的降水支護方案，考慮基坑內(nèi)地下水對其施工具有較大影響，因此，該節(jié)重點進行降水設計。

3.1 降水參數(shù)設計

等效半徑直接影響基坑涌水量計算，根據(jù)文獻[6]研究成果，將等效半徑計算方法確定為八點中心法、等效面積法、外接圓法和矩形折算系數(shù)法。因此，為保證計算結(jié)果的準確性，本文實例引入4類方法進行計算，同時，在基坑涌水量計算過程中，常用計算方法有規(guī)范簡化法和等效分段法，因此，將兩種方法作為基坑涌水量的理論計算方法，為驗證2種方法計算結(jié)果的準確性，須采用實際測量法對基坑涌水量計算結(jié)果進行復核評價。

根據(jù)計算，得到不同等效半徑在不同方法中的基坑涌水量計算結(jié)果，見表4。等效半徑對基坑涌水量的影響較為顯著，此外，規(guī)范簡化法、等效分段法的涌水量計算結(jié)果也存在明顯差異，等效分段法的涌水量計算結(jié)果明顯小于規(guī)范簡化法的涌水量計算結(jié)果，與實際測量結(jié)果對比，規(guī)范簡化法的計算結(jié)果更符合實際測量結(jié)果，同時，當?shù)刃О霃接嬎惴椒橥饨訄A法時，規(guī)范簡化法的涌水量計算結(jié)果略大于實際測量結(jié)果，兩者的涌水量最為接近，因此，將該基坑的涌水量確定為44319.31m3/d。

在單井抽水量計算過程中，計算公式詳見《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ 120—2012），經(jīng)過計算，本項目單井抽水量為648.52 m3/d。

根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ 120—2012）規(guī)定，降水井個數(shù)計算結(jié)果：n=1.2Q/q=1.2×44319.31/648.52 =82個，結(jié)合基坑周長分布特征，共設計90個降水井。

3.2 降水井設計

在降水井個數(shù)設計的基礎上，對降水井進行設計。結(jié)合附近工程經(jīng)驗，將集水管直徑設計為5cm，降水管直徑為32cm，采用專用PPRE型號，采用三通連接器進行連接，且進行密封。

降水井設計長度為15m，包括3個部分，自上而下分別為接頭部分、濾水管部分和密水管部分，其長度分別為0.6m、10.9m和3.5m。

結(jié)合上述參數(shù)，降水井如圖3所示。

在降水井成孔的過程中，將擴充法作為其施工方法，降水后應保證地下水水位低于坑底下1m，且降水后經(jīng)過測量，得出基坑區(qū)內(nèi)降水后的地下水位為-0.160～0.207m，均值為0.081m，滿足《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》（GB 50497-2019）的規(guī)定要求。

4 基坑降水支護效果分析

在基坑施工的過程中，變形監(jiān)測是必要過程，通過變形數(shù)據(jù)來評價基坑施工過程的安全特征；根據(jù)設計資料，將基坑變形控制為30mm。結(jié)合工程實際，基坑布設了19個監(jiān)測點，編號為1#～19#（布置位置如圖1所示）。經(jīng)統(tǒng)計，得到19個變形監(jiān)測點的變形監(jiān)測成果，見表5。19個監(jiān)測點的變形為9.62～25.76mm，均值為19.34mm，因此，各監(jiān)測點的變形均在可控范圍內(nèi)，充分說明基坑降水支護設計是合理有效的。

為進一步掌握基坑變形的發(fā)展趨勢，對變形量最大的5#、11#監(jiān)測點進行分析，經(jīng)統(tǒng)計，得到5#、11#監(jiān)測點的變形數(shù)據(jù)，見表6。5#、11#監(jiān)測點的變形量總體隨時間增加而增加，但總體呈收斂趨勢，進一步說明基坑降水支護效果較優(yōu)。

5 結(jié)論

本文采用P×C法對基坑降水支護方案進行篩選及設計，得出以下結(jié)論。1）結(jié)合本工程實際，基坑降水支護方案主要有4類：放坡支護+管井降水；土釘墻+管井降水；樁錨咬合樁支護擋水體系；樁錨支護+管井降水。同時，通過適用性評價，方案四的適用性等級為Ⅳ級，其他3類支護方案的適用性等級為Ⅲ級，因此，本項目選擇方案四作為降水支護方案。2）經(jīng)基坑降水設計，等效半徑、計算方法對基坑涌水量的計算結(jié)果具有較大影響，經(jīng)過對比，外接圓法、規(guī)范簡化法的涌水量計算結(jié)果與實際測量結(jié)果最為接近。3）通過基坑施工過程中的變形成果分析，得出各監(jiān)測點的變形量均小于變形控制性，進一步驗證了基坑降水支護設計是合理有效的。

參考文獻

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