初探基坑工程支護及阻水技術(shù)
——以廈門某工程為例

林松峰

東山縣梧龍硅砂礦（363400）

初探基坑工程支護及阻水技術(shù)
——以廈門某工程為例

林松峰

東山縣梧龍硅砂礦（363400）

結(jié)合廈門沿海地區(qū)較為復(fù)雜的工程地質(zhì)條件及海水影響，根據(jù)某工程實踐經(jīng)驗，闡述了基坑支護、阻水和開挖設(shè)計。希望能給同行參考借鑒。

基坑；沿海地區(qū)；支護；阻水；施工技術(shù)

1 工程和地質(zhì)概況

某廠房工程項目臨近于海邊，基坑長46 m、寬12.8 m、開挖深度12 m左右。

1）素填土主要由灰?guī)r碎石、角礫、塊石、黏性土組成。多以碎石為主，含量40%～60%，粒徑一般在20～200 mm；塊石含量5%～10%，最大直徑可達1 500 mm以上，厚度4～9.6 m。均為近期回填，空隙較大，滲透性較好，極易掉塊和坍孔。

2）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土軟塑～流塑狀態(tài)，含有機質(zhì)及生物貝殼，厚度0.3～4.5 m。

3）石灰?guī)r巖溶較發(fā)育，主要發(fā)育形態(tài)為溶洞、溶蝕裂隙、溶槽等，溶洞多充填紅黏土，軟塑～可塑狀態(tài)，局部含少量碎石和角礫，少數(shù)溶洞無充填物，溶槽內(nèi)多由紅黏土充填。場地巖性軟硬程度變化較大。

4）地下水位埋深約為2.5 m，與海水水位基本一致，連通性好，主要賦存于人工填土、石灰?guī)r裂隙及溶洞中，由海水側(cè)向及大氣降水補給，海水最大潮差約3.5 m，水位變幅主要受潮汐制約。基坑距海水邊線15 m左右，無法進行降水施工。

5）基坑周邊區(qū)域較小，地層中含有軟塑～流塑淤泥，環(huán)境因素不利，不具備大面積放坡條件。

6）基坑開挖深度11 m，平面呈規(guī)則的長方形，有利于內(nèi)支撐體系。

2 基坑支護、阻水及開挖方案

2.1 方案比選

基坑支護設(shè)計方案的主要目的是控制因基坑開挖引起的邊坡豎向及側(cè)向位移，阻止海水入侵。根據(jù)廠房的建筑布局、基礎(chǔ)埋深、場地巖土的物理力學性質(zhì)、周圍建筑基礎(chǔ)類型、與周圍建筑基礎(chǔ)之間的水平距離、基底標高等特點分析研究，確定基坑支護方案的形式。其設(shè)計原則:本基坑支護為臨時性支護工程，在安全可靠、技術(shù)可行的前提下，做到經(jīng)濟合理、施工方便快捷。

1）地下連續(xù)墻基坑支護方案采用機械挖槽或沖擊鉆成槽，泥漿護壁，下設(shè)鋼筋網(wǎng)，澆灌混凝土成墻的方法。在施工過程中，下部淤泥的流動性較強，造成上部大空隙素填碎石、塊石的塌陷，很難成槽，且底部為中、微風化灰?guī)r，其頂面起伏大，很難形成統(tǒng)一的平面，鋼筋網(wǎng)無法下入槽底，成墻特別困難。

2）SMW工法利用專門的多軸攪拌機就地鉆機切削土體，同時在鉆頭端部將水泥漿液注入土體，經(jīng)充分攪拌混合后，再將H型鋼插入攪拌樁體內(nèi)形成墻體直接作為擋土和止水結(jié)構(gòu)。本方法只適用于黏性土和砂性土地層。

3）搭接柱列式擋土墻和注漿相結(jié)合的方案在鋼筋混凝土鉆孔灌注樁之間加素混凝土樁形成一道擋土墻，其外部采用水泥漿注漿，阻擋海水的滲入。鉆孔灌注樁施工方法在廠房基礎(chǔ)施工中已成功得到證明，可以利用部分廠房基礎(chǔ)的鉆孔灌注樁作為支護結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)施工結(jié)束后，支撐鋼管可以回收，節(jié)約部分資金。其方案經(jīng)濟、合理、可行。

2.2 基坑支護設(shè)計計算參數(shù)及方法

1）注漿前后巖土物理力學參數(shù)如表1所示。

2）地面附加荷載取20 kPa。

3）基坑設(shè)計安全等級為一級，側(cè)壁重要性系數(shù)為1.1，整體穩(wěn)定安全系數(shù)1.4。

4）計算方法采用深基坑支護軟件進行計算分析。結(jié)合《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ 120-99的要求進行設(shè)計計算。計算采用注漿后巖土物理力學參數(shù)。

2.3 搭接柱列式擋土墻和注漿的方案設(shè)計

1）采用直徑1.2 m鋼筋混凝土鉆孔灌注樁(間距1.5 m)，樁長14.3 m，超深底板厚3.3 m，支護樁間設(shè)直徑0.8 m素混凝土封堵帷幕樁，樁長12 m?；觾?nèi)壁掛鋼板網(wǎng)，噴50～80 mm厚的C20混凝土。樁計算結(jié)果如圖1所示。

表1 注漿前后巖土物理力學參數(shù)

2）支護樁樁身混凝土強度C30，鋼筋籠主筋28Φ28，加強筋Φ18@2 000，箍筋Φ10@100，素混凝土封堵帷幕樁強度C20，冠梁混凝土強度C30。

3）設(shè)立頂圈梁及內(nèi)支撐，頂圈梁寬1.0 m，高度0.8 m。內(nèi)支撐共設(shè)置10根，采用外徑273 mm鋼管，壁厚28 mm。

4）為改善基坑巖土物理力學參數(shù),減少或截斷。

圖1 樁的計算結(jié)果

海水與基坑的通道，在支護樁中心軸線外側(cè)四周2.5 m處設(shè)置96個注漿孔，孔距1.5 m，孔深12.0 m，采用套管護壁全封閉注漿方法注漿，形成帷幕止水墻。

2.4 降水方案

基坑邊開挖邊排出坑內(nèi)地下水,挖至基底后，在環(huán)基坑四周設(shè)置1道排水盲溝，盲溝的規(guī)格為400 mm×500 mm,內(nèi)填20～40 mm碎石，坡度1%～2%，在盲溝內(nèi)間隔20～30 m設(shè)置集水井,集水井深度1 m，井徑400 mm，以排泄基坑底部及側(cè)壁流入少量水。

2.5 土方開挖方案

1）土方開挖分二層進行，第一層挖深4 m時進行冠梁施工，混凝土達到設(shè)計強度后進行內(nèi)支撐施工，最后第二層開挖到設(shè)計坑底。

2）巖石采用淺眼松動爆破，超挖部分用C25混凝土找平。

3 施工監(jiān)測

根據(jù)理論計算及工程經(jīng)驗，基坑邊坡是安全穩(wěn)定的，但在基坑施工過程中，人為和自然因素對基坑邊坡穩(wěn)定性影響較大，因此必須對基坑邊坡穩(wěn)定性進行監(jiān)測。

1）在支護冠梁上設(shè)置8個觀測點(主要設(shè)置在各區(qū)段中部)，監(jiān)測基坑邊坡和豎向、側(cè)向位移。

2）基坑開挖至坑底、工程交付使用前每天觀測1次;交付使用后兩個月內(nèi)每3 d觀測1次。

4 關(guān)鍵技術(shù)質(zhì)量控制及防治措施

4.1 帷幕注漿

1）注漿原則當注入的漿液為有效注漿時，可不限制注漿量大小;當注入的漿液為無效注漿時，則應(yīng)通過調(diào)整壓力、漿液濃度及其他措施來限流。

2）當注漿壓力保持不變，注漿量持續(xù)減少時，或注漿量不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變漿液濃度。當某一級漿液的注漿量已達300 L以上或灌注時間已達1 h，而注漿壓力和注漿量均無改變或改變不顯著時，應(yīng)改濃一級漿液。

3）注漿及加壓過程中，嚴密觀察注漿孔周圍情況及注漿壓力。若注漿壓力出現(xiàn)突然下降現(xiàn)象或漏漿異常嚴重，立即停注，查明原因后恢復(fù)注漿。

4）注漿過程中地面出現(xiàn)冒漿或地鼓時，采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇注漿的方法。

5）注漿參數(shù):①注漿最高壓力為3 MPa，注漿時應(yīng)在確定無跑漿和地鼓的情況下，緩慢加壓，達到最大壓力后，保持穩(wěn)定;②注漿材料采用P·O32.5水泥加水玻璃雙液漿，最后漿液水灰比為1∶1；③注漿泵采用50 L/min，水泥用量按平均500 kg/m。

4.2 鉆孔灌注樁

4.2.1 塌陷

1）護筒周圍用黏土搗實，防止成孔時護筒外側(cè)竄水坍塌，孔內(nèi)保持一定的靜水壓力，護筒內(nèi)水位始終高于海水水位2.0 m以上。

2）合理的泥漿配制是保證成孔質(zhì)量、防止塌孔和樁身徑縮的關(guān)鍵，在松散易坍塌素填土地層中，鉆進時泥漿的相對密度為1.3～1.5，在淤泥、粉質(zhì)黏土混碎石地層鉆進時相對密度應(yīng)控制在1.1～1.25。

3）鉆進中遇到大孤石、探頭石時，會出現(xiàn)彎孔，在彎孔以上1.0～1.5 m范圍內(nèi)回填塊石、片石，低沖程糾偏。

4）采取“跳打法”，以避免相互干擾造成塌孔、徑縮、位移或混凝土離析。

5）當孔壁坍塌十分嚴重時，下袋裝水泥固孔，必要時跟管鉆進。

4.2.2 頸縮

頸縮主要由于孔周圍土體膨脹造成的。解決措施:①采用優(yōu)質(zhì)泥漿，降低失水量，加快成孔速度，孔壁迅速形成泥皮，則孔壁不易滲水、膨脹；②在鉆進淤泥地層時加入少量碎石；③可采用上下反復(fù)掃孔的辦法，以擴大孔徑。

4.2.3 漏漿

受填土地層、潮汐、溶洞影響發(fā)生漏漿時，應(yīng)采取下列防治措施:①及時加入黏土造漿，或回灌已排出孔外的泥漿加大泥漿比重，或回填片石和碎石反復(fù)沖擊增強護壁；②采取壓入水泥漿方法,水泥漿從鐵管中灌入，在靜壓作用下會流入漏漿處，硬化后可堵漏，壓入水泥漿24 h后方可重新鉆進；③如仍達不到要求，下入袋裝水泥固孔，必要時下護壁管。

4.2.4 偏巖

發(fā)現(xiàn)偏巖后，應(yīng)回填碎石、塊石，再次沖擊成孔。如果仍達不到要求，向孔底投入早強水泥的混凝土，達到設(shè)計強度后，重新成孔。

4.2.5 溶洞

1）遇有溶洞時增加樁長穿過溶洞。成孔時采用筒式鉆頭與實心鉆頭相結(jié)合的方法，實心鉆頭質(zhì)量在4.0 t以上。

2）已經(jīng)勘察有溶洞的孔，鉆至溶洞頂板時，應(yīng)輕打并加大泥漿比重，要特別注意鉆頭突然下落造成鋼絲斷裂，發(fā)生掉鉆事故，并經(jīng)常竄動鉆頭防止卡鉆。

3）如遇有厚度＜3.0 m溶洞時，采取加入黏土、塊石及袋裝水泥固孔方法處理，如遇有厚度＞3.0 m空溶洞時，成孔下入全護筒。

4）澆灌混凝土時,一般混凝土埋管量＞8.0 m時,最小埋管量≥4.0 m，以防止混凝土突然下沉、流失，灌注結(jié)束后，導管停置孔內(nèi)30 min后才可拔出，拔出導管后每間隔10 min觀測一次混凝土面，觀測時間為2 h，防止混凝土面突然下沉。

4.2.6 沉渣

1）清孔采用抽筒掏渣法，清孔時用新泥漿不斷置換孔內(nèi)泥漿以降低孔內(nèi)泥漿比重,清除孔底沉渣，成孔后及時澆筑混凝土。

2）下鋼筋籠防止碰撞孔壁，造成孔壁的泥土坍落;利用導管進行二次清孔，利用空吸泵、空壓機與導管連接進行空氣升液排渣法或空吸泵反循環(huán)法排渣。

3）灌注樁后注漿在鋼筋籠上預(yù)埋注漿管和注漿閥，成樁后一定時間內(nèi)實施樁底后注漿，清除沉渣，提高單樁承載力，減小沉降。

5 基坑支護施工質(zhì)量評述

1）由于海水面與地下水位基本一致，無法進行大面積降水，柱列式擋土墻支護和混凝土注漿方案不需要大面積降水及放坡，達到了預(yù)期的設(shè)想及質(zhì)量要求。

2）搭接柱列式擋土墻支護工程施工基本上成功，支護設(shè)計、計算均正確無誤。

3）基坑底板進行人工清理，并對巖溶溶洞進行水泥漿注漿，基坑內(nèi)設(shè)置排水盲溝及集水井，采用泵抽明排，基坑底板平整、干燥無水。

4）按照設(shè)計監(jiān)測方案進行監(jiān)測，擋土墻垂向和側(cè)向位移均滿足設(shè)計和規(guī)范要求。圖2為基坑東岸中心點側(cè)向及豎向沉降監(jiān)測資料。

圖2 檢測結(jié)果

5）在注漿止水帷幕及鉆孔灌注樁施工中，由于上部地層中含有大量碎石、塊石，造成水泥漿連接不好，部分地段有滲水現(xiàn)象。在軟土與碎石接觸帶鉆孔孔徑局部擴大，鋼筋混凝土鉆孔灌注樁與素混凝土樁之間夾泥，產(chǎn)生豎向施工縫，造成局部擋土墻滲水?；娱_挖以后，采用水灰比0.70，水泥加水玻璃雙液注漿，最后掛網(wǎng)噴射混凝土后，均無滲水現(xiàn)象。

6 結(jié)語

該基坑深度較大,地質(zhì)條件和周邊環(huán)境復(fù)雜，采用了柱列式擋土墻、注漿及內(nèi)支撐聯(lián)合支護方法,保證了周邊環(huán)境無不良影響,位移在允許范圍內(nèi)。因此采用多種支護結(jié)構(gòu)形式及全方位監(jiān)測，實行信息化施工，是基坑工程安全、經(jīng)濟、可靠的保證。