高層建筑深基坑處理分析

林細(xì)克

(重慶市地勘局二O五地質(zhì)隊，重慶 402160）

前言

近年來，隨著建筑物的高度的不斷增加，地下室的層數(shù)越來越多，導(dǎo)致基坑深度越來越深。由于城市建設(shè)用地的局限性、周邊環(huán)境的嚴(yán)峻性以及深基坑工程在開挖和維護(hù)過程中所涉及問題的復(fù)雜性和不確定性，深基坑工程仍然是一個極具挑戰(zhàn)性、高風(fēng)險性、高難度的巖土工程技術(shù)課題。

1 工程概況及地質(zhì)水文情況

1.1 工程概況

某大廈地下室3層，基坑面積4583m2，開挖深度13.65m，電梯井開挖深度達(dá)17.50m。

基坑?xùn)|邊距排水溝最近2.2m，南邊距小區(qū)道路下排水溝最近2.5m，西邊距燃?xì)夤艿雷罱?.0m，東邊為規(guī)劃城市綠地(現(xiàn)為售樓部和現(xiàn)場辦公室)，該處有一排水箱涵。距基坑邊最小10.4m，北邊有電纜溝(圖1)。

圖l中。東側(cè)箱涵埋深為自然地面下3m，b×h=13m×3m；北側(cè)大廈地上28層，地下1層，為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；A3，A4兩建筑于2008年9月竣工，地上26層，地下1層，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；南側(cè)有一條4m寬通道，下有Φ600mm排水管，埋深3m，路外為活動工棚；西側(cè)有一條4m寬通道，地下1m處有一條天然氣管道(距地下室外墻1.95m左右)。

圖1 基坑平面示意

1.2 土質(zhì)水文情況

場地地下水有賦存于雜填土中的上層滯水和下部砂性土中的承壓水，兩者通過不透水的粘性土層阻隔。上層滯水受大氣降水、地表水和生產(chǎn)生活用水的補(bǔ)給?？辈炱陂g測得地下水混合水位-2.180～2.900m。場地內(nèi)-12.000～27.000m范圍內(nèi)兩土層均為互層.分別為⑥淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土及⑦粉砂、粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，即砂層、粘土層交替分布的土層.厚達(dá)12m。超厚互層雖能對下部砂層的承壓水起阻隔作用。但承壓水受長江水位影響，水量豐富且水壓較大。其中⑦層層頂埋深在地面下-14m左右，其飽和度為80%～100%，孔隙比大于0.85，滲透性各向異性明顯，水平滲透系數(shù)2.0～5.0m／d，垂直滲透系數(shù)0.1～O.6m／d。是上部相對隔水層與下部透水層的過渡層。該交互層可視為弱透水層，水量較小，且不易通過深井降水疏干。⑧l(xiāng)層粉砂夾粉土和⑧2層粉砂層為含水層組，厚度較小，僅3m左右，砂質(zhì)不純，且在場區(qū)呈透鏡狀分布，整個場區(qū)分布各向異性。

2 深基坑降水及防水

2.1 降水方案

本工程基坑開挖深度大，場地較狹窄，且地下管網(wǎng)較多，地質(zhì)條件差。采用T形鋼筋混凝土地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)方式。

本地區(qū)地下承壓水水頭較高，地下連續(xù)墻不僅作為擋土支護(hù)結(jié)構(gòu).同時也作為止水的有效手段。綜合考慮后決定墻底坐落在⑧2層，即26m深度墻體范圍的上層滯水和互層中微承壓水被阻隔在坑外?；滓韵垄迣訛橄鄬Ω羲畬?，由于⑧2層承壓水與坑外相通，⑦層與⑧1層為過渡微承壓水，且厚度較厚，該過渡層頂板標(biāo)高在-13.000m至-14.500m，而漢口I級階地承壓水水位常年標(biāo)高為18.500m至20.000m(相對標(biāo)高為-1.850m至-3.350m)，受長江水位影響一般變化在3～4m。即該過渡層均處于承壓水水位以下。因此，此承壓水壓力大而抽水量不大，單井抽水量小于10m3/h，其深井抽水影響范圍有限，抽水試驗也證明了這一點。另一方面，互層既是含水層，又是不均勻的相對隔水層，當(dāng)遇不可確定因素(如前期地質(zhì)勘探孔未做封閉處理或處理不到位、工程樁與周邊土體結(jié)合部位不密實)，承壓水將順勢而出，一旦形成管涌，其流量及壓力都較大。該現(xiàn)象在本地多處類似基坑均曾發(fā)生，故應(yīng)充分考慮互層的特殊性。

鑒于上述分析，本工程采用懸掛式豎向隔滲與坑內(nèi)管井降水結(jié)合的方案。管井降水針對基底以下不同含水土層采取深淺結(jié)合的地下水治理方法，即淺井(集水井)主要疏干互層間層間水，采用密布原則；深井(降水井)主要解決⑧2層承壓水，起減壓降水的作用。因電梯井挖深達(dá)17.5m，故在電梯井附近設(shè)10口 600mm集水井(管徑300mm)，井深23m，井底不穿透互層，并保留一定距離?；庸簿鶆虿贾?口500mm深井降水井 (管徑250mm)，井深32m。

2.2 降水施工技術(shù)

2.2.1 工藝流程

測放井位→安裝護(hù)筒→鉆孔打井→回填井底砂墊層→吊放井管→回填管壁間砂礫混料的過濾層→井管上部密封→安裝抽水設(shè)備→試抽→運(yùn)行。

2.2.2 主要參數(shù)

集水井直徑600mm，管徑300mm，深23m，其中0～17m為實管；17～23m為濾水管，側(cè)壁鉆孔，呈梅花狀交錯布置。濾管外纏40目尼龍網(wǎng)3層，反濾料填至-15m，粘土球填至地面。施工期間采用潛水泵隨時對管內(nèi)集水進(jìn)行抽排，保證層間水體的疏干排放。

降水井直徑500mm，管徑250mm，井深32m，其中0～22m為實管；22～32m為濾水管，側(cè)壁鉆孔，呈梅花狀交錯布置。濾管外纏40目尼龍網(wǎng)3層，反濾料填至-19.000m，粘土球填至底板標(biāo)高以上2m。施工期間采用深井泵抽水，達(dá)到降低承壓水水頭壓力的目的。降水井構(gòu)造如底圖2所示。抽水井在滿足設(shè)計抽水量的條件下抽水時，其含砂量在開泵后30min內(nèi)應(yīng)小于1/50000，長期運(yùn)行時含砂量應(yīng)小于1/100000。

圖2 降水井結(jié)構(gòu)圖

2.3 注意事項

2.3.1 打井及井管安裝應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求，安裝水泵前先進(jìn)行洗井，以清除井內(nèi)泥砂，避免過濾層淤塞。使井的出水量達(dá)到正常要求。洗井可采用小泵注水，稀釋泥漿，用污水泵將泥漿抽出。若水井泥砂量較大。可采用壓縮空氣洗井。

2.3.2 降水作業(yè)開始后，觀測井中地下水位變化和水泵抽水情況并詳細(xì)記錄。土方開挖前。每24h測1次水位深度。并隨時觀察水泵出水情況，每2d測1次井深。土方開挖完畢后，可逐漸減少觀測次數(shù)。

3 基坑管涌治理

3.1 漏水事故情況

基坑南側(cè)地下連續(xù)墻附近，南部電梯井開挖深度達(dá)17.5m，局部區(qū)域需挖至底板標(biāo)高以下，該處坑中坑采取放坡掛網(wǎng)開挖。挖至14m深時，發(fā)生較大的涌水事故?；觾?nèi)涌水量達(dá)40m3/h。緊靠涌水點側(cè)墻外路面下沉.當(dāng)日最大沉降量達(dá)40mm，造成7m外臨時建筑物墻體開裂。

3.2 管涌原因分析

沉降區(qū)域靜力觸探試驗表明，地下連續(xù)墻底部砂土流失嚴(yán)重。因墻底距強(qiáng)風(fēng)化巖體還有2～3m，并未深入巖體，故判斷為地下連續(xù)墻外地下水經(jīng)墻底繞流至坑內(nèi)，通過坑內(nèi)未完全封閉的勘探孔形成涌水通道；而基坑底以下為互層，是不均勻的相對隔水層，通過上述透水路徑，在承壓水作用下，形成了坑底管涌。經(jīng)核實，本項目曾有2家勘探單位先后進(jìn)行了3次勘探作業(yè)，共作業(yè)44個勘探孔，大部分孔深至巖層。有一定數(shù)量的鉆孔未有效封閉，易形成涌水通道。在本場區(qū)土方開挖作業(yè)中，對3個涌水點開挖時發(fā)現(xiàn)均為孔洞，位置與勘探點平面布置圖中勘探孔的位置相符。

3.3 搶險方案

3.3.1 在墻體外鉆孔至巖層，進(jìn)行C-S雙液注漿，與墻體形成完整的止水帷幕，阻斷水流路徑。同時在基坑內(nèi)涌水點周邊修筑圍堰，先清理周圍涌出的砂土，再在原狀土上緊密地堆積土袋于涌水點周圍。形成臨時圍堰。圍堰周身打入Φ48鋼管，用粗鐵絲連接各鋼管穩(wěn)固圍堰，以免因涌水、涌砂沖毀圍堰。

在圍堰內(nèi)填入透水材料進(jìn)行反濾壓重保護(hù)。使透水層不再被破壞，防止涌水?dāng)y帶泥砂影響基底以下土體穩(wěn)定，同時也可降低滲水壓力。

反濾層由下向上分別為粗砂、小石子和大石子，其中小石子采用豆粒石，粒徑5～20mm。盡快加高圍堰，以減小水頭差。

3.3.2 在基坑內(nèi)涌水點與墻體間插注漿管注漿，以平衡坑內(nèi)外側(cè)壓力并填充因透水?dāng)y帶泥砂而形成的孔洞(圖3，4)。

圖3 注漿管布置圖

圖4 管涌治理現(xiàn)場

采取雙液注漿，結(jié)合勘察報告分析涌水點周邊土質(zhì)，調(diào)整注漿管布置形式及插入深度。注漿過程中，應(yīng)根據(jù)涌水量及水體攜帶泥砂情況，隨時調(diào)整漿液配比，保證在不堵塞注漿軟管的情況下，達(dá)到最佳凝固時間。在水頭處輔以填砂反壓，減慢涌水流速，使?jié){液在互層有效固化以阻斷涌水。

地下連續(xù)墻外側(cè)注漿21個孔，內(nèi)側(cè)注漿15個孔，共使用水泥80t，水玻璃50t，經(jīng)5d時間，止住了這次較大的管涌。

4 結(jié)語

本基坑于2009年6月完成封底，整個降防水工程取得了預(yù)期效果，基坑及周邊建、構(gòu)筑物等變形均在設(shè)計范圍以內(nèi)。工程實踐說明，對類似于漢口地區(qū)一、二階地過渡帶的水文地質(zhì)條件，單純采用某種降防水措旖既不經(jīng)濟(jì)，效果也不佳。只有針對不同地層的含水情況及土層性質(zhì)，采取綜合降防水方法，才能達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又有效的結(jié)果。

4.1 若基坑底面以下有承壓水層或坑底面與下臥承壓水間存在不透水層和受壓透水層互層的過渡性土層，坑底不透水層有被承壓水頂破產(chǎn)生突涌的可能。

4.2 當(dāng)基底存在過渡性互層，即砂中有土，土中有砂，即是含水層又是不均勻的相對隔水層，其下為深度不大的承壓水層時，若單純采用深井降含水層中的水，由于出水量小，影響范圍有限，降水難度較大，須采取深淺結(jié)合的降水方法，即針對承壓水層采用深井降水。針對互層水采用淺井密布抽水或噴射井點疏干降水。

4.3 即使在深基坑中采用降水排水措施，仍有可能因地質(zhì)情況復(fù)雜、自然環(huán)境變化、施工方法不當(dāng)?shù)仍虍a(chǎn)生滲漏、突涌、流沙等險情。因此對深度超過10m的超深基坑及特別重要的基坑，還需采取必要的隔滲措施。

4.4 深井井管構(gòu)造應(yīng)適應(yīng)該地層的水文地質(zhì)條件，成井及濾料質(zhì)量須滿足設(shè)計和規(guī)范要求，并做抽水試驗，以防發(fā)生井管中水量過小而井管壁外水位高出井管內(nèi)水位的不正?，F(xiàn)象。

4.5 深基坑工程開工前，要掌握影響基坑安全的因素，如地質(zhì)勘探孔布置和封堵情況；坑邊的公共排水設(shè)施及坑內(nèi)工程樁在互層土中對其下承壓水的引導(dǎo)作用。應(yīng)事前做好應(yīng)急預(yù)案，防息于未然。

4.6 降水期間應(yīng)觀測水位情況，監(jiān)測基坑及周邊建筑物的變形，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即采取措施。

[1]莫志城.高層建筑深基坑支護(hù)施工管理分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009-03-15.

[2]盧梅珠.高層建筑深基坑支護(hù)施工控制[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010-03-10.