長沙某大樓基坑工程施工技術(shù)及探討

彭奇華

摘 要：隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展建設(shè)規(guī)模逐漸加大，工程屬于軟土地基深基坑施工的較多，由于軟土地基巖土工程的復(fù)雜性，經(jīng)常會出現(xiàn)一些意想不到或估計不足的問題，本文詳細(xì)介紹了軟土深基坑的施工處理技術(shù)和質(zhì)量控制方法。

關(guān)鍵詞：深基坑 內(nèi)撐式支護(hù) 施工監(jiān)測 質(zhì)量控制

1.前言

近年來，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展建設(shè)規(guī)模逐漸加大，深基礎(chǔ)及其支護(hù)技術(shù)也相應(yīng)地得到了廣泛地開展與應(yīng)用，但由于該工程屬軟土地區(qū)，基坑工程風(fēng)險性較大，基坑失效、失穩(wěn)的事故時有發(fā)生，究其原因除設(shè)計不夠完善外，主要是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計要求、土方開挖不合理以及降排水處理不當(dāng)?shù)仍斐傻?。本工程基坑?yán)格按設(shè)計和規(guī)范規(guī)定的要求進(jìn)行施工，在土方開挖及降排水施工的處理上，取得不少好的經(jīng)驗，基坑支護(hù)取得圓滿成功。本文對該工程深基坑的施工作個總結(jié)性的論述，供同行們共同切磋研究。

2.工程概況

2.1支護(hù)體系及場地情況

該大樓地上26層，地下兩層。基坑平面尺寸為83.65m×53.70m，開挖面積約為4500m2，大面積開挖深度為9.45m，中部樓電梯井剪力墻筒芯處承臺加深3.9m，形成“坑中坑”。支護(hù)體系設(shè)計上采用內(nèi)撐式排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)：支護(hù)樁為φ700鉆孔灌注樁，水平內(nèi)撐為兩層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，支護(hù)樁間采用φ500高壓旋噴樁做止水樁。

2.2 場地水文、工程地質(zhì)條件

本工程場地地勢較平坦，平整后標(biāo)高約為羅零6.60m，根據(jù)巖土工程勘察報告，場地土層由上往下分為：

①雜填土：厚度0.80～2.1Om；

②粉質(zhì)粘土：厚度一般0.80～2.70m：

③淤泥：厚度一般3.00～8.60m：

④中砂夾淤泥：厚度一般0.90～7.30m：

⑤淤泥夾中砂／中砂夾淤泥：層厚一般16.15～22.40m；

⑥礫砂：厚度1.50～6.70m。

基坑開挖范圍內(nèi)巖土層主要為①雜填土、② 粉質(zhì)粘土、③淤泥、④ 中砂夾淤泥，坑底土層主要為④ 中砂夾淤泥，局部為③淤泥。

場地地下水的穩(wěn)定水位為5.05～5.87m，對基坑開挖有影響的地下水主要賦存于第①雜填土中的上層滯水及第④ 中砂夾淤泥中的微承壓水，根據(jù)抽水試驗，④ 中砂夾淤泥層的滲透系數(shù)為3.7m/d，水位埋深6.8～8.Om。

3.基坑施工

深基坑工程施工的關(guān)鍵工序是土方開挖和降排水，必須慎重對待。由于基坑自土方開挖就處于動的狀態(tài)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、大小、位移變形都隨著開挖深度的增加而增加，而且由于軟土流變特性，隨著基坑暴露時間越久，基坑支護(hù)體系的位移變形越大，稍有不慎隨時都可能會發(fā)生事先估計不到的事故。因此軟土地區(qū)基坑開挖應(yīng)特別重視時空效應(yīng)問題，認(rèn)真做好施工組織設(shè)計及工期安排，盡量縮短基坑暴露的時間，減少時空效應(yīng)對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的不利影響。

3.1 施工順序

根據(jù)支護(hù)體系的設(shè)計特點及要求，結(jié)合場地和周邊環(huán)境的實際狀況，本工程土方共分三階段進(jìn)行開挖，施工順序如下：

平整場地→第一階段土方開挖→第一道支撐及東側(cè)斜撐施工→第一道支撐養(yǎng)護(hù)→第二階段土方開挖→第二道支撐施工→第二道支撐養(yǎng)護(hù)→第三階段土方開挖→封底墊層→地下室結(jié)構(gòu)施工。

3.2 開挖方法

由于支護(hù)體系內(nèi)支撐設(shè)計充分考慮到基坑挖運土機械化施工的需要，以圓拱形鋼筋混凝土環(huán)梁作為支護(hù)體系的內(nèi)支撐，充分利用混凝土的受壓特性，使得基坑平面內(nèi)無支撐區(qū)域達(dá)75％以上，為挖運土的機械化施工提供了良好的作業(yè)條件。另外基坑北側(cè)約7～8m為院內(nèi)道路，可在北向中間對撐兩側(cè)留設(shè)兩個挖運土坡道，以實現(xiàn)大規(guī)模、高度機械化的開挖，盡最大限度地減少基坑挖運土的時間，降低時空效應(yīng)對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的不利影響。

基坑開挖采用3臺CAT320型反鏟挖掘機和3臺小型挖掘機，由南向北逐步分段分層開挖，土方隨挖隨運。開挖以分層為主，東側(cè)與門診大樓地下室相鄰處可結(jié)合采用分段方法開挖；支護(hù)樁邊、格構(gòu)柱附近及支撐梁底和基底、地梁等無法進(jìn)行機械開挖部位的土方安排人工開挖、修整。

3.3 降排水方法

根據(jù)支護(hù)設(shè)計及場地水文地質(zhì)情況，在基坑開挖前期，以“集水明排”的措施為主，作好基坑及周邊的截水、疏水和排水工作；在基坑開挖后期，配合以坑底輕型井點降水措施，保證施工現(xiàn)場在基本無水狀況下施工。

3.4 質(zhì)量控制

在基坑開挖之前，(公司組織項目部技術(shù)人員，)詳細(xì)調(diào)查了近年來已施工的類似深基坑工程,并對其監(jiān)測數(shù)據(jù)中表明的不足與缺陷進(jìn)行統(tǒng)計：已往施工的類似深基坑工程中基坑坡頂水平位移存在不足與缺陷所占的比例最高,為72.50％。究其因由,主要是地面超載及基坑降排水不當(dāng)造成的,與土方開挖順序不合理、開挖速度過快及支撐混凝土養(yǎng)護(hù)時間不足也存在一定的相關(guān)關(guān)系。針對上述調(diào)查結(jié)果,結(jié)合本工程實際及施工場地較為狹小的情況，在基坑開挖期間對不同的工序采取對應(yīng)的施工預(yù)防措施：

3.4.1 土方開挖措施

(1)借用場外飛地作為臨時工程材料堆場及加工廠、土方隨挖隨運,以實現(xiàn)基坑四周的零堆載,同時基坑周邊嚴(yán)禁停滯大型機械。

(2)基坑開挖采用分段、分層相結(jié)合并以分層為主的開挖方法,分層開挖厚度嚴(yán)格控制在2m之內(nèi);開挖至水平支撐位置后，及時跟進(jìn)支撐系統(tǒng)鋼筋混凝土的施工,以盡快形成水平支撐體系;在支撐系統(tǒng)混凝土未達(dá)到設(shè)計強度等級前,嚴(yán)禁進(jìn)行下一道土方的開挖。

(3)土方開挖必須嚴(yán)格按施工方案的順序均衡推進(jìn),嚴(yán)禁亂挖以保證支護(hù)體系均勻受力。施工中配備專職人員進(jìn)行測量控制,及時將基槽開挖下口線測放到槽底,以控制開挖標(biāo)高,避免超挖。

(4)每一階段基坑土方開挖，在支護(hù)結(jié)構(gòu)前均留置適量的被動土，待基坑內(nèi)側(cè)土方開挖完畢后再挖除此部分土體，以減少基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和荷載的積累。

(5)坑底標(biāo)高以上200～300mm留作保護(hù)層,采用人工開挖,以保持坑底土體的原狀結(jié)構(gòu)、避免坑底超挖。開挖保護(hù)層時集中勞動力和配套設(shè)備,開挖一片,鋪設(shè)一片墊層,以避免人為及自然因素造成擾動,減少坑底土的暴露時間,及時在坑底形成“水平支撐”,避免發(fā)生支護(hù)樁“踢腳”及坑底土體隆起等現(xiàn)象-確保基坑的整體穩(wěn)定。

3.4.2降排水措施

(1)對于地表水,采取“集水明排”的辦法：在第一道支撐梁施工及養(yǎng)護(hù)結(jié)束后,沿基坑支護(hù)樁冠梁邊做環(huán)形排水明溝,以防地表水倒流入基坑。

(2)對于坑壁滲水,設(shè)計上雖采取止水措施,但止水樁位置因施工工藝的局限不可能準(zhǔn)確無誤,坑壁滲水在所難免,預(yù)防上采取“堵”和“疏”結(jié)合的辦法：在第二道支撐粱上沿基坑四周設(shè)置扁槽混凝土排水溝,并于坑底四周及后澆帶位置設(shè)置卵石鋪設(shè)的盲溝、盲井,當(dāng)坑壁滲水量較小時,用干海綿和導(dǎo)流管進(jìn)行疏導(dǎo),有組織地排到集水坑;當(dāng)坑壁的滲水量較大時,將該處土體適當(dāng)暫時保留并壓實,以平衡基坑內(nèi)外水頭壓力,再通過注漿措施將滲水堵死。

(3)由于基坑底部大都位于含有微承壓水的④ 中砂夾淤泥層，水位較高,滲透性大,采取輕型井點輔助降水措施,在施工第二道支撐梁時即進(jìn)行管井降水，初期出水量約3600～4200m3／d.同時加強對周邊建筑物、道路等的監(jiān)測,密切注意降水對周邊的影響。

3.4.3 監(jiān)測措施

(1)土方開挖前，對鄰近建筑物的資料進(jìn)行收集、分析，對已有的裂縫等問題事先設(shè)置標(biāo)記并備案,施工過程中定時觀測其變形的發(fā)展情況,發(fā)現(xiàn)問題及時采取補救措施。

(2)在基坑開挖過程中,加強對支護(hù)結(jié)構(gòu)體系和基坑穩(wěn)定性監(jiān)測，作到每一深挖土步驟就要進(jìn)行監(jiān)測，然后對監(jiān)測值(樁頂位移、樁側(cè)斜、沉降)進(jìn)行分析并及時反饋，若監(jiān)測值發(fā)生突變，說明基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)承受過大的壓力,需要放慢挖土速度或立即停止挖土,待基坑變形穩(wěn)定后,方可繼續(xù)進(jìn)行施工。

通過上述措施，基本上實現(xiàn)基坑周邊無堆載，坑壁無重大滲漏現(xiàn)象發(fā)生。隨后的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：基坑坡頂水平位移及土體深層位移的增長非常緩慢,完全控制在設(shè)計許可的范圍之內(nèi)。

4.施工中出現(xiàn)的問題及對策

4.1地面沉降

當(dāng)基坑開挖到底,準(zhǔn)備進(jìn)行大面積澆搗坑底混凝土墊層時,路面及教學(xué)樓E開始出現(xiàn)裂縫,為了摸清本工程基坑在土方開挖過程中的實況，(我司再次組織項目部技術(shù)人員)對現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析,對監(jiān)測數(shù)據(jù)中表明的不足與缺陷進(jìn)行統(tǒng)計,基坑坡頂水平位移存在不足的問題已得到有效控制,而坡頂、周邊建筑物、道路的沉降問題比較明顯,究其因由，主要是基坑初期大規(guī)模降水造成的,根據(jù)這種情況,為消除降水的不利影響,決定采取以下措施：

(1)在基坑北側(cè)靠近住院部附近增設(shè)5口回灌井,將坑底抽排上來的地下水經(jīng)沉淀過濾后回灌入地層,以平衡地下水位。

(2)嚴(yán)密監(jiān)測降水井出水量及地下水位變化,在不超過預(yù)警水位的前提下逐步降低整個基坑抽水系統(tǒng)的工作強度,盡量減少抽水量或降低抽水頻率;同時根據(jù)各降水井的出水量,有組織有針對性地進(jìn)行抽水,確保整個基坑的地下水位處于相對均勻穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

通過上述措施,在整個基坑施工過程中,路面及教學(xué)樓E的裂縫發(fā)展得到較為有效地控制,效果明顯,基坑穩(wěn)定與安全得到有效地保障。

4.2 地下水

當(dāng)開挖中間大承臺位置的坑中坑時,按設(shè)計要求,地下水位至少應(yīng)降至承臺墊層以下0.5m,但實際開挖后卻發(fā)現(xiàn)坑中坑內(nèi)水位尚未達(dá)到設(shè)計要求,在外周邊增加輕型降水井點也不解決問題。認(rèn)真觀測后發(fā)現(xiàn)：雖然坑中坑內(nèi)水位較高,但其外圍的地下水位已降至設(shè)計要求的標(biāo)高之下。根據(jù)現(xiàn)場開挖后揭露的地質(zhì)情況并結(jié)合先前的開挖經(jīng)驗,分析后認(rèn)為：由于坑底土層位于④中砂夾淤泥層或⑤淤泥與中砂交互層,該土層因淤泥夾層的隔水作用，其豎向透水性較水平向透水性小得多;且坑中坑周圍設(shè)計上采用水泥攪拌樁帷幕進(jìn)行圍護(hù)止水,坑內(nèi)又無降水井點,因此在坑內(nèi)的土層中形成積水,這些積水實際上是淤泥與中砂交互層中的滯水,其水位難以隨外圍地下水位的降低而下降,需要在坑中坑內(nèi)局部開挖坑井,采用明抽排水配合進(jìn)行解決?，F(xiàn)場施工后效果明顯,坑中坑內(nèi)水位很快就降至設(shè)計要求的標(biāo)高,土方開挖得以順利進(jìn)行。

5.監(jiān)測結(jié)果

整個基坑的施工經(jīng)歷了近4個月,最后的監(jiān)測結(jié)果如下：支護(hù)樁頂最大水平位移累計值為17mm,最大豎向沉降累計為10.3mm;支護(hù)樁最大深層位移累計值為15.38mm,表明支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，基坑處于相對安全的狀態(tài)。而周邊道路、建筑最大豎向沉降累計值分別為42.6mm及64.6mm，相對較大，表明基坑降水對周邊環(huán)境有一定的不良影響。

6.結(jié)語

(1)本工程一開始就十分重視土方開挖和地下水問題，備有應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)對復(fù)雜問題，由于各項措施有效，基坑施工取得成功。

(2) 本工程支護(hù)結(jié)構(gòu)本身變形不大，但由于基坑降水措施，對周邊產(chǎn)生較大影響，采用坑外回灌措施后，周邊環(huán)境變形得到一定控制。

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作者單位：湖南華雁建設(shè)有限公司