飽水砂層深基坑中懸臂式雙排樁支護(hù)及地下水處理方法

閆貴海，吳旭君，楊志銀，杜甫志，王憲章

(中國(guó)京冶工程技術(shù)有限公司深圳分公司，廣東 深圳518054)

1 概述

基坑滲漏、透水是影響基坑安全的重要因素，尤其在飽水砂層條件下，滲透系數(shù)大、水頭高，基坑支護(hù)及止水方案的選擇至關(guān)重要。支護(hù)形式的選擇要結(jié)合土層特性、水文條件、周邊環(huán)境、經(jīng)濟(jì)因素等多方面的考慮，常用的有土釘墻、樁錨支護(hù)、樁撐支護(hù)、地下連續(xù)墻等形式［1］。方案選擇時(shí)要充分考慮各工法的特點(diǎn)，如土釘墻開(kāi)挖過(guò)程易滲水;樁錨支護(hù)在復(fù)雜地層下錨索成孔困難且對(duì)周邊影響范圍大、易超出用地紅線(xiàn);樁撐支護(hù)對(duì)基礎(chǔ)工程樁施工有影響且在換撐拆撐等施工環(huán)節(jié)技術(shù)要求較高［2］;地下連續(xù)墻可以兼顧支護(hù)和止水，但工期長(zhǎng)、造價(jià)高等等。相應(yīng)的止水方案多為支護(hù)樁間的旋噴或攪拌止水帷幕［3］。旋噴樁具有適用范圍廣、施工簡(jiǎn)便、加固體尺寸可調(diào)等優(yōu)點(diǎn);攪拌樁具有加固范圍固定、加固體水灰比低等優(yōu)點(diǎn)。二者形成的水泥加固體滲透系數(shù)低(10－6～10－7m/s)，是良好的止水材料，但受施工水平及地質(zhì)條件限制，能否形成封閉完整的止水帷幕是影響止水效果的關(guān)鍵。本文結(jié)合珠海某工地實(shí)例，介紹了在飽水砂層中采用的懸臂式雙排樁+旋噴樁的深基坑支護(hù)方案。

2 工程概況

本工程位于珠海市，擬建28層酒店，3層地下室，場(chǎng)地地面絕對(duì)標(biāo)高為+4.00 m，基坑底絕對(duì)標(biāo)高為－7.40 m，開(kāi)挖深度為11.40 m。基坑底邊線(xiàn)總長(zhǎng)433.11 m，底面積19551.6 m2。

2.1 土層特性

據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告揭露，場(chǎng)地內(nèi)與基坑開(kāi)挖有關(guān)的地層自上而下依次為:

①1雜填土:黑灰色，由花崗巖風(fēng)化土、礫砂、建筑塊碎石及生活垃圾組成，稍濕，稍壓實(shí)，層厚0.40～5.20 m，平均1.88 m。

②礫砂:土黃、灰白色，成分主要為石英，次棱角狀，分選性一般，飽和，稍密，局部中密。厚度0.50～12.50 m，平均4.22 m。

③礫質(zhì)粘性土:局部有砂質(zhì)粘性土以及有輝綠巖、輝長(zhǎng)巖風(fēng)化形成的粘性土，為棕黃色夾灰白色，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，很濕～飽和，硬塑狀態(tài)，局部可塑。厚度0.75～25.90 m，平均7.59 m。

全風(fēng)化花崗巖:褐黃色夾灰白色，長(zhǎng)石風(fēng)化成粉狀，云母風(fēng)化成片狀，很濕，堅(jiān)硬。厚度0.50～22.90 m，平均6.89 m。

⑤強(qiáng)風(fēng)化花崗巖:黃褐、棕黃色夾灰白色，長(zhǎng)石殘晶呈角礫狀，易碎;暗色礦物風(fēng)化成粉狀、土狀。揭露厚度0.50～38.2 m，平均13.10 m。

與基坑支護(hù)有關(guān)的各土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)

2.2 地下水條件

場(chǎng)地含水層主要為沖積礫砂層，滲透性強(qiáng)，賦水性好，所含地下水為孔隙潛水，其上為填土覆蓋，隔水底板為花崗巖風(fēng)化殘積土。風(fēng)化花崗巖裂隙發(fā)育，期間賦存網(wǎng)格狀裂隙水。礫質(zhì)粘性土和全風(fēng)化花崗巖透水性較差，均為弱透水層，為相對(duì)隔水層。地下水主要接受大氣降水及周邊含水層的越流補(bǔ)給。場(chǎng)地地下水位深度為0.00～1.30 m，相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高為2.70～4.00 m之間。地下水對(duì)混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無(wú)腐蝕性。

2.3 周邊環(huán)境

基坑?xùn)|側(cè)為主干市政道路，距離地下室外墻約25 m，路邊分布排污管涵等市政管線(xiàn)，埋深約1.5 m;南側(cè)為某高層住宅樓小區(qū)，距離地下室外墻約20 m;北側(cè)及西北側(cè)緊鄰在建高層住宅區(qū)，相隔10～25 m。平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 場(chǎng)地平面布置圖

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 支護(hù)方案

支護(hù)方案的選擇要綜合考慮場(chǎng)地地質(zhì)條件、開(kāi)挖深度、周邊環(huán)境、基坑安全、經(jīng)濟(jì)、施工效率等諸因素，結(jié)合勘察資料對(duì)常用的基坑支護(hù)類(lèi)型進(jìn)行比選。

(1)土釘墻支護(hù)。土釘墻具有造價(jià)低、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但放坡需要占用一定場(chǎng)地，開(kāi)挖容易形成滲流，所適用基坑深度小，可以結(jié)合場(chǎng)地條件作為上部填土層的支護(hù)形式。

(2)樁錨支護(hù)。樁錨支護(hù)在本地區(qū)應(yīng)用廣泛，施工技術(shù)成熟，但本基坑邊線(xiàn)與周邊道路管線(xiàn)及北側(cè)高層住宅樓施工的管樁相距較近，錨索成孔施工易造成管線(xiàn)破損、管樁擊穿等問(wèn)題;同時(shí)路面下飽水砂層易沿著孔洞形成滲流，造成路面沉降;另一方面本工程工期較緊，而錨索張拉需要間隔一定的時(shí)間。

(3)樁撐支護(hù)。樁撐支護(hù)可以避免對(duì)周邊設(shè)施的影響，但由于支撐梁的影響，靜壓樁基在基坑底部難以施工;拆撐換撐工序復(fù)雜，無(wú)法滿(mǎn)足工期要求。

(4)地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻具有整體性好、剛度大、變形小、止水效果好等優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)承擔(dān)支護(hù)和止水的作用，也常兼做地下室外墻;但地下連續(xù)墻施工工期長(zhǎng)、造價(jià)高、技術(shù)復(fù)雜，且常需與支撐或錨索聯(lián)合作用，不經(jīng)濟(jì)。

經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為，本工程在場(chǎng)地外可利用的空間不大，因此考慮采用懸臂式支護(hù)形式，具有不需設(shè)置支撐、施工快速、基坑內(nèi)為開(kāi)放式大空間等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)從安全角度出發(fā)，雙排樁比單排樁整體剛度較大、支擋性能好、側(cè)向變形?。?］。

通過(guò)開(kāi)挖工況下的內(nèi)力分析發(fā)現(xiàn)，在懸臂式雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)中，前后排樁通過(guò)剛性連梁連接形成一個(gè)空間超靜定結(jié)構(gòu)來(lái)支擋土體。計(jì)算模型及內(nèi)力包絡(luò)圖見(jiàn)圖2(上排括號(hào)內(nèi)為前排樁數(shù)據(jù)，下排括號(hào)內(nèi)為后排樁數(shù)據(jù))。其中前排樁承受彎矩最大，約為后排樁最大彎矩的4倍;而前排樁最大彎矩出現(xiàn)在基坑內(nèi)側(cè)，約為外側(cè)的1.5倍;后排樁最大彎矩出現(xiàn)在基坑外側(cè)，約為內(nèi)側(cè)的22倍;基坑抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為1.37，滿(mǎn)足規(guī)范要求。分析可見(jiàn)，懸臂式雙排樁可以滿(mǎn)足本基坑的支護(hù)要求，同時(shí)前排樁主要承擔(dān)土壓力，后排樁兼起支擋和拉錨的雙重作用，二者在樁徑選擇和鋼筋配置上可以根據(jù)作用的不同有所側(cè)重。1200 mm和1000 mm的鉆孔樁可以滿(mǎn)足前后排樁的配筋要求(具體配筋參見(jiàn)圖3)。

圖2 計(jì)算模型及內(nèi)力包絡(luò)圖

綜合分析后具體支護(hù)形式如下:在基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)、西側(cè)采用懸臂式雙排樁+高壓旋噴止水樁支護(hù)形式;東北側(cè)與相鄰在建基坑貫通。前排支護(hù)樁采用1200@1600，樁端嵌入坑底12.0 m;后排支護(hù)樁采用1000@2000，樁端嵌入基坑底12.0 m;雙排樁排距為3.8 m，采用1000×800@3200連梁連接，與樁間土體共同構(gòu)成支護(hù)體系。支護(hù)剖面見(jiàn)圖3。

圖3 支護(hù)剖面及雙排樁配筋圖

3.2 止水方案

結(jié)合土質(zhì)條件對(duì)如下3種止水方案進(jìn)行比較分析。

(1)深層攪拌樁。飽和砂性土利于深層攪拌樁水泥水化固結(jié)，但礫砂層對(duì)攪拌施工不利，局部難以鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)位置，影響成樁質(zhì)量及止水效果。

(2)高壓擺噴止水墻。高壓噴射在砂性土中噴射效果良好，但擺噴形成止水墻易造成墻體厚薄不均，在鉆孔附近區(qū)域易形成薄弱墻體，一旦滲漏補(bǔ)救困難。

(3)樁間高壓旋噴止水帷幕。高壓旋噴土層適應(yīng)性好，施工技術(shù)成熟，成樁質(zhì)量有一定保證，與支護(hù)樁可以相互配合形成完整封閉的止水帷幕，在局部地質(zhì)條件復(fù)雜地段出現(xiàn)滲漏也便于修補(bǔ)。

經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比，采用三重管高壓旋噴注漿法進(jìn)行基坑止水。前排支護(hù)樁間采用11200三重管旋噴樁形成止水帷幕，樁端進(jìn)入基坑底以下2.0 m。平面布置見(jiàn)圖4。主要參數(shù)如下:

高壓清水射流:噴嘴直徑2.2 mm，壓力≥30 MPa，流量60～70 L/min;

環(huán)狀壓縮空氣:壓力0.5～0.7 MPa，流量2～3 m3/min;

中低壓水泥漿:壓力≥1.0 MPa，流量80～100 L/min，噴嘴提升速度8～10 cm/min，回轉(zhuǎn)速度8～10 r/min。

圖4 旋噴樁平面布置示意圖

4 樁間漏水處理

4.1 問(wèn)題分析

在施工開(kāi)挖過(guò)程中，整體支護(hù)及止水效果良好，但在局部區(qū)域出現(xiàn)漏水漏沙(見(jiàn)圖5、圖6)。經(jīng)過(guò)分析及現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)主要是由于鉆孔護(hù)坡樁局部塌孔樁徑擴(kuò)大，造成止水樁導(dǎo)孔偏位，進(jìn)而影響旋噴效果。

圖5 墻體滲漏

圖6 樁間孔洞

4.2 解決措施

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，根據(jù)滲流大小及位置采用不同處理方式。滲流較小時(shí)，采用封堵法，及時(shí)噴注發(fā)泡劑，利用快速膨脹凝固的特性，將滲流通道封堵，見(jiàn)圖7;當(dāng)滲流較大時(shí)采用疏堵結(jié)合方式，在滲水區(qū)域根據(jù)流量大小插入不同數(shù)量和直徑的引流管，同時(shí)用袋裝水泥封堵漏洞(圖8)，漏洞較大時(shí)，外圍豎插鋼管支護(hù)并灌注水泥漿，待漏洞封堵成功后，外圍掛網(wǎng)噴砼，再封閉引流管(圖9)，形成閉合止水帷幕［5］。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)處理，排除了滲漏險(xiǎn)情，封閉了止水帷幕，保證了基坑及周邊建筑的安全。

5 基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖7 噴注發(fā)泡劑

圖8 疏堵結(jié)合

圖9 封閉引流管

本工程采用信息化施工，在雙排樁支護(hù)周邊布設(shè)13個(gè)位移及沉降觀測(cè)點(diǎn)、8個(gè)深層位移觀測(cè)點(diǎn)、15個(gè)周邊建筑沉降觀測(cè)點(diǎn)和3個(gè)地下水位觀測(cè)點(diǎn)。基坑水平位移變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖10，基坑沉降變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖11。根據(jù)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，基坑西側(cè)水平位移較大，最大達(dá)到29.8 mm，西側(cè)的沉降也達(dá)到最大的21.4 mm，分析原因是由于坑外道路作為周邊工地施工道路，往來(lái)機(jī)械車(chē)輛超載所致，但整體位移仍在報(bào)警值范圍內(nèi)，滿(mǎn)足預(yù)期變形控制目標(biāo)。

圖10 基坑支護(hù)頂部位移監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)

圖11 基坑支護(hù)頂部沉降監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)

基坑開(kāi)挖至坑底后，支護(hù)結(jié)構(gòu)位移及沉降觀測(cè)曲線(xiàn)逐漸趨于平穩(wěn)。周邊建筑最大沉降為1.8 mm，位于基坑南側(cè)高層住宅小區(qū)處，分析原因是由于止水帷幕滲漏較大，及時(shí)封堵后，沉降趨于平穩(wěn)。周邊主干道路及管線(xiàn)沒(méi)有出現(xiàn)沉降、裂縫、斷裂等問(wèn)題，證明支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，止水帷幕閉合，基坑支護(hù)效果良好?；娱_(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖12。

圖12 基坑開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)圖

6 結(jié)語(yǔ)

懸臂式雙排樁在珠海地區(qū)的基坑支護(hù)應(yīng)用中尚屬首例，本工程在保證質(zhì)量和工期的同時(shí)，減少了對(duì)周邊環(huán)境的影響，取得了良好的支護(hù)效果，對(duì)該工法在周邊地區(qū)的推廣應(yīng)用具有較好的借鑒作用。

(1)懸臂式雙排樁基坑支護(hù)形式施工方便、快速，不需設(shè)置支撐，既能節(jié)省場(chǎng)地內(nèi)空間，也可以減少對(duì)周邊環(huán)境的影響，適用于施工范圍狹窄的場(chǎng)地條件，結(jié)合合理的止水方案，對(duì)飽水砂層深基坑的支護(hù)效果十分理想。

(2)在雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)中，前排樁主要承擔(dān)土壓力;后排樁兼起支擋和拉錨的雙重作用;二者通過(guò)剛性連梁連接形成一個(gè)空間超靜定結(jié)構(gòu)，并形成交變內(nèi)力，能自動(dòng)調(diào)整內(nèi)力來(lái)適應(yīng)開(kāi)挖過(guò)程的荷載變化;實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)前后排樁的受力特點(diǎn)，合理調(diào)整樁徑、樁距及配筋。

(3)旋噴樁在飽和砂土環(huán)境中的止水效果良好，但成樁質(zhì)量受施工水平和地質(zhì)條件影響較大，在開(kāi)挖過(guò)程中常出現(xiàn)局部的漏水漏沙現(xiàn)象，要結(jié)合實(shí)際，做到有漏必堵、疏堵結(jié)合，確保止水帷幕的完整閉合。

［1］劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

［2］陳沖.大型基坑內(nèi)支撐體系爆破拆除技術(shù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(2).

［3］劉永紅，姚愛(ài)軍，周龍翔.地基處理［M］.北京:科學(xué)出版社，2005.

［4］林鵬，王艷峰，范志雄，等.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在軟土基坑工程中的應(yīng)用分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32(S1):331 －333.

［5］蔡文盛.基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏的堵漏技術(shù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(S1).