談某建筑工程深基坑支護(hù)和降水施工方案

沙克非

(山西建工(集團(tuán))總公司，山西 太原 030002)

1 工程概況

太原市某小商品批發(fā)市場改造一期工程A2區(qū)建筑場地，北起健身中心與商貿(mào)市場交界處的規(guī)劃路，南至澗河搶險(xiǎn)路，東起解放北路，西至規(guī)劃路。擬建建筑物以商業(yè)批發(fā)為主，地上9層，地下2層，基坑開挖深度約為自然地坪下8.35 m。

2 環(huán)境條件

因周邊環(huán)境較為復(fù)雜，基坑開挖深度較大，土質(zhì)差，且地下水位較高，為保證基坑在施工過程中的穩(wěn)定安全，需對該基坑進(jìn)行支護(hù)和降水工作。

3 水文地質(zhì)條件

3.1 水文條件

根據(jù)建設(shè)單位提供的該場地建筑巖土工程勘察報(bào)告中對地下水的描述，該場地地下水靜止水位埋深為5.20 m～7.00 m，屬潛水。年水位變幅為0.5 m。

3.2 土質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的場地巖土情況，結(jié)合本次支護(hù)設(shè)計(jì)，可重點(diǎn)利用以下4層:

第①層:填土。該層據(jù)填土成分還可進(jìn)一步分為雜填土和素填土兩個(gè)亞層。

第①1層:雜填土。雜色，結(jié)構(gòu)松散，該層主要為建筑垃圾和混凝土舊基礎(chǔ)，含煤屑、碎石、混凝土塊及水泥路面等。靜力觸探試驗(yàn)錐尖阻力qc平均值為5.9 MPa，側(cè)壁阻力fs平均值為42.01 kPa。層厚1.3 m ～5.5 m，平均厚度3.5 m。

第①2層:素填土。褐黃色，稍濕～濕，稍密～中密。該層以粉土為主，存在濕陷性，含少量煤屑、碎石，物理力學(xué)性質(zhì)不均。局部存在舊基礎(chǔ)。含水量介于14.0% ～24.1%之間，平均含水率為19.6%。屬中壓縮性土。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)經(jīng)修正后擊數(shù)介于1.9～6.0之間，平均3.8。靜力觸探試驗(yàn)錐尖阻力qc平均值為2.75 MPa。層厚0.50 m ～4.10 m，平均厚度2.04 m。

第②層:粉土。褐黃色，濕，稍密～中密。含菌絲、云母、氧化鐵，土質(zhì)均勻。局部含中粗砂、圓礫夾層。無光澤，韌性低，干強(qiáng)度低，搖振反應(yīng)迅速。含水量介于19.5% ～24.7%之間，平均含水率為22.2%。屬中等壓縮性土。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)經(jīng)修正后擊數(shù)介于2.5～6.7之間，平均4.0。靜力觸探試驗(yàn)錐尖阻力qc平均值為 2.68 MPa，側(cè)壁阻力 fs平均值為 22.63 kPa。層厚 0.50 m ～9.40 m，平均厚度 3.57 m;

第③層:卵石。雜色，稍密～中密，成分以灰?guī)r為主，充填物為粉細(xì)砂、中粗砂、礫砂。重型圓錐動力觸探試驗(yàn)經(jīng)修正后擊數(shù)介于4.8 ～16.8 之間，平均10.5。層厚0.50 m ～10.20 m，平均厚度5.41 m。

第④層:粗礫砂。褐黃色，稍密，成分為長石、云母、石英等，局部夾有少量粉砂、粉土。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)經(jīng)修正后擊數(shù)介于7.3～28.8 之間，平均 22.9。層厚0.50 m ～6.50 m，平均厚度3.40 m。

4 降水支護(hù)設(shè)計(jì)方案

該建筑場地周邊比較寬闊，相鄰建筑物均為待拆遷的1層平房，基坑安全等級為2級，但有部分平房已作為施工用臨建房，且相鄰道路均用作施工臨時(shí)道路，故仍需對基坑邊坡進(jìn)行慎重處理。而本工程場地地下水位仍處于基坑底以上，存在2 m～3.5 m的水頭差，必須采取降水措施，以保證基礎(chǔ)施工順利進(jìn)行。

4.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)方案概述

本工程采用土釘墻支護(hù)，局部相鄰道路處采用土釘墻加預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)?；娱_挖坡度為1∶0.3，采用Φ22鋼筋作為土釘。水泥注漿與噴射混凝土均采用42.5普通硅酸鹽水泥，注漿等級為M15，用φ8鋼筋編網(wǎng)，并以Φ16鋼筋作為加強(qiáng)筋與土釘連接;面層采用C20細(xì)石混凝土噴射而成，土釘傾角5°～15°;基坑邊沿做寬1.0 m壓頂。

1)施工步驟。

開挖→清理邊坡→孔位布點(diǎn)→成孔→安設(shè)土釘桿件→注漿→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土面層→開挖下一步。

2)成孔。

根據(jù)現(xiàn)場條件，選擇采用人工洛陽鏟(鉆機(jī))成孔或機(jī)械打入式鋼管進(jìn)行成孔，傾角5°～15°。

3)設(shè)釘。

考慮到自上而下3.5 m范圍內(nèi)土層以建筑垃圾和混凝土舊基礎(chǔ)為主，第一步和第二步的土釘或錨索成孔必須采用潛孔鉆機(jī)進(jìn)行成孔。根據(jù)成孔方式的不同，將Φ22螺紋鋼或φ48鋼管作為土釘，在鋼筋上設(shè)置定位架，保證鋼筋處于孔中心部位，支架沿釘長的間距為2 m～3 m左右。采用φ48鋼管作為土釘時(shí)，應(yīng)在鋼管上等間距螺旋形焊接角鋼∠25作為倒刺，間距約300 mm，長度約40 mm。角鋼下設(shè)置出漿孔，孔徑約10 mm。

4)注漿。

成孔后應(yīng)及時(shí)將土釘鋼筋置入孔中，可采用重力、低壓(0.4 MPa～0.6 MPa)或高壓(1 MPa～2 MPa)方法按配比將水泥漿或砂漿注入孔內(nèi)。重力注漿以滿孔為止，但需1次～2次補(bǔ)漿;壓力注漿采用二次注漿法。

5)編網(wǎng)。

采用 φ8 mm的圓鋼編制單層雙向網(wǎng)片，網(wǎng)眼規(guī)格為200 mm×200 mm，允許偏差為±10 mm，并用Φ16螺紋鋼筋作為加強(qiáng)筋在鋼筋網(wǎng)外與土釘頭焊接錨固。

6)噴射混凝土面層。

噴射混凝土強(qiáng)度等級為C20，噴射平均厚度100 mm。

7)預(yù)應(yīng)力施工。

錨索采用3φ15.21860級預(yù)應(yīng)力鋼絞線，以22號槽鋼作為聯(lián)系梁，錨具與混凝土面層的間隙用細(xì)石混凝土填充，錨索采用二次注漿工藝，二次高壓注漿宜使用水灰比為0.45～0.55的水泥漿，二次高壓注漿壓力宜控制在2.5 MPa～5.0 MPa，待注漿體強(qiáng)度和混凝土面層強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%以上時(shí)施加預(yù)應(yīng)力120 kN(100 kN)。

4.2 降水方案概述

由于場地地質(zhì)條件的影響，基坑四周無法進(jìn)行深層攪拌樁帷幕的施工，且出于經(jīng)濟(jì)性考慮，高壓旋噴樁造價(jià)過高，不宜采用，故本基坑采取開放式降水施工，不做帷幕樁。

本方案共設(shè)置降水井約100口，井底要深入基坑底9 m，沿基坑四周邊線，最外排井間距為9 m～10 m，內(nèi)部井間距可放大至15 m，回灌井及觀測井?dāng)?shù)量根據(jù)現(xiàn)場情況而定，井底深入基坑底至少3 m。

1)降水井、回灌井及觀測井成孔直徑700 mm，用400 mm無砂水泥濾水井管，濾水管外包40目紗網(wǎng)，在濾水管與孔壁的環(huán)形空間內(nèi)填2 mm～5 mm碎石過濾層。定井位同時(shí)要錯(cuò)開建筑物的樁基、臺、梁及承重墻位置。填完濾料后要及時(shí)下泵抽水洗井，直至將井內(nèi)泥漿抽清方可停止。

2)降水開始之前，需在基坑邊建好沉淀排水系統(tǒng)，基坑內(nèi)各井抽出的水先匯集到沉淀池內(nèi)澄清后，再通過排水管道排入市政管道或其他排水口。

3)降水開始后，先測量各降水井、觀測井及回灌井的自然水位，要每日早晚各測一次水位、流量，并作好記錄。

4)基坑開挖時(shí)降水管理人員要24 h不離現(xiàn)場，保護(hù)降水系統(tǒng)不受損壞，同時(shí)對基坑四周的變形及沉降及時(shí)觀測，如基坑變形明顯并有發(fā)展趨勢，要立即停止開挖，待采取處理措施后再繼續(xù)開挖。

5)降水期間，水泵位置應(yīng)根據(jù)基坑開挖的深度而定，以控制降水水位為主，能滿足基坑開挖的要求即可，盡量減少抽水量以減小對周邊環(huán)境的影響。如基坑外圍水位下降過快時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回灌。

5 方案分析

1)由于場地地質(zhì)條件的影響以及對經(jīng)濟(jì)造價(jià)的考慮，基坑四周無法進(jìn)行帷幕樁的施工，且基底以下也無可靠的隔水土層，故本方案并未采用傳統(tǒng)的封閉基坑降水工藝。

2)如果不進(jìn)行降水，不僅僅是基礎(chǔ)施工無法開展，就連土方開挖也無法進(jìn)行，基坑的穩(wěn)定都難以保證，在不降水不封閉的基坑中，任何支護(hù)形式都不可能不存在安全隱患。

3)本方案中基坑施工的關(guān)鍵在于降水工程是否成功，由于基坑水位以下土體基本上以粉土、卵石和粗礫砂層為主，都是高滲透系數(shù)的透水層，只要降水井?dāng)?shù)量深度足夠，將水位降至基底以下1 m應(yīng)該是沒有問題，但要確保不過度抽水導(dǎo)致周圍地表下沉，就需采取一定措施，雖然該基坑周邊建筑物較少，但東西南三個(gè)方向都有市政道路，抽水過度降水不當(dāng)會直接影響道路的使用，更有甚者會出現(xiàn)“天坑”現(xiàn)象。所以降水工程的成功關(guān)鍵在于如何進(jìn)行基坑降水的同時(shí)防止四周地下水水位迅速下降。

4)基坑周邊回灌井的設(shè)置是必不可少的，這是降水工程中防止周邊水位迅速下降的有效措施和常規(guī)做法，同時(shí)由于主體施工周期較長，基坑無法在短期內(nèi)回填，導(dǎo)致降水周期過長，抽水量累計(jì)加大也是重要影響因素之一，所以在基坑開挖后應(yīng)迅速進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的施工，盡快將基礎(chǔ)部分完成并回填，從而結(jié)束降水工程。

5)本方案中還采取了一種特殊的降水井布置方法，也有效的縮短了降水周期，減少了抽水總量。在上述降水方案中可以看到，本方案對基坑最外排降水井進(jìn)行了加密，實(shí)際上是形成了一種水帷幕。眾所周知，任何一個(gè)基坑范圍的地下水量都是有限的，是可以在短時(shí)間內(nèi)抽掉的，但降水工程之所以周期過長，是由于周邊地下水不停的補(bǔ)給，導(dǎo)致基坑內(nèi)水位不能迅速下降到基坑底以下而造成的。將有限的水抽掉，防止四周地下水的迅速補(bǔ)給，這才是縮短降水工期的關(guān)鍵，才能有效的減少總的抽水量。例如利用地層中的不透水土層或人工制造隔水層與帷幕樁形成抽“杯中水”的方式就是一種常用的辦法。由于本方案中地層條件的約束，無法達(dá)到抽“杯中水”的效果，那么利用降水井形成“水帷幕”，同樣也減緩了外界地下水補(bǔ)給的速度，當(dāng)坑內(nèi)水位下降時(shí)，外界水位向坑內(nèi)補(bǔ)給，在遇到最外排的降水井時(shí)就被及時(shí)抽走，坑內(nèi)抽水速度大大的大于補(bǔ)水速度，就會在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最滿意的降水效果。

6)降水效果好，基坑支護(hù)工程自然容易了許多，本方案中采用的土釘墻支護(hù)從設(shè)計(jì)到施工都很好的滿足了建設(shè)單位的要求，經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)不占用施工工期，也直接為縮短降水時(shí)間提供了有效的支持。

6 結(jié)語

在地質(zhì)條件惡劣，周邊環(huán)境復(fù)雜的建筑工程中，基坑支護(hù)及降水是最為復(fù)雜的施工難點(diǎn)，影響其施工的不確定因素很多且難以預(yù)料，這就要求設(shè)計(jì)施工人員要在方案的確定和執(zhí)行上嚴(yán)格縝密，把握好每一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，并做好應(yīng)急預(yù)案;同時(shí)，在確定方案時(shí)要靈活運(yùn)用各種施工工藝，相互配合，不要拘泥于單一模式，拓展思路，這樣在一些特殊條件的工程中，往往可以起到意想不到的效果。

[1] 楊曉強(qiáng).某基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].山西建筑，2012，38(3):71-72.