復(fù)雜環(huán)境下深大基坑圍護(hù)變形控制技術(shù)

江志安

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700)

0 引言

地下連續(xù)墻被公認(rèn)為是深基坑工程中最佳的擋土結(jié)構(gòu)之一，具有剛度大、整體性好、抗?jié)B能力強(qiáng)等特點(diǎn)。根據(jù)文獻(xiàn)［1］［2］，對(duì)于深度較大的基坑，或是鄰近區(qū)域存在保護(hù)要求較高的建、構(gòu)筑物，或是采用逆作法施工時(shí)，首先選用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。錨索是特點(diǎn)比較鮮明的支護(hù)體系，用錨索代替鋼或鋼筋混凝土支撐，可以節(jié)省大量鋼材，減少土方開(kāi)挖量，尤其對(duì)于面積大、支撐困難的基坑更有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。錨索在非軟弱土地層中有很多成功的先例，在控制變形方面也有成功的經(jīng)驗(yàn)［3-5］。

1 工程概況

成都大慈寺文化商業(yè)綜合體項(xiàng)目基坑圍護(hù)面積68 000 m2，基坑深度13 m～16.8 m，支護(hù)軸線周長(zhǎng)2 400 m。本工程位于古建筑群內(nèi)，周邊環(huán)境非常復(fù)雜?；佑绊懛秶鷥?nèi)有筆帖室、章華里、馬家巷禪院、廣東會(huì)館、欣爐等五座古建筑，其中廣東會(huì)館位于基坑之內(nèi)將會(huì)挖成四面臨空的狀態(tài)，章華里、馬家巷禪院和欣爐將會(huì)被挖成三面臨空，上述建筑離基坑近，古建筑外墻皮距離擬建建筑外墻皮最近僅為5 m，對(duì)變形敏感度高，需要?jiǎng)偠却笳w性好的支護(hù)形式。同時(shí)大慈寺廟宇建筑(屬成都市重點(diǎn)文物保護(hù)單位)的東面和南面緊貼需要開(kāi)挖的基坑，最近距離僅為4.5 m，對(duì)變形敏感度更高。

影響范圍內(nèi)地層從上到下依次為:第四系全新統(tǒng)人工填土層 (Qml4)的雜填土、素填土，第四系全新統(tǒng)沖積層(Qal4)的細(xì)砂層、中砂層、卵石層。

①雜填土:色雜，主要由磚瓦碎片、卵石及少量粘土組成，結(jié)構(gòu)松散。

②雜填土:灰色，主要由粘性土、粉性土、砂土混少量磚瓦碎片組成，人工填土分布均勻，厚度2.8 m～4 m。

③細(xì)砂層:灰色，系長(zhǎng)石、石英、云母細(xì)片、巖屑組成，松散，呈透鏡體分布于卵石層頂部，最大厚度0.9 m。

④中砂層:灰色，系長(zhǎng)石、石英、云母細(xì)片、巖屑組成，松散，呈透鏡體分布于卵石層中，最大厚度3.6 m。

⑤卵石層:灰黃、灰色。一般粒徑3 cm～9 cm，部分粒徑大于15 cm，混少量漂石，根據(jù)《成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，可將其劃為松散卵石、稍密卵石、中密卵石和密實(shí)卵石四個(gè)亞層。

圖1為典型剖面的示意圖。

場(chǎng)地地下水為埋藏于第四系砂卵石層中的孔隙潛水，大氣降水和區(qū)域地下水為其主要補(bǔ)給源。砂、卵石層為主要含水層，具較強(qiáng)的滲透性。

圖1 地質(zhì)典型剖面示意圖

枯水期現(xiàn)場(chǎng)地地下水水位埋藏9.00 m～13.00 m，標(biāo)高為486.93 m～492.22 m。場(chǎng)地豐水期最高水位埋深約4.00 m，相應(yīng)標(biāo)高約為496.00 m。但由于場(chǎng)地周邊建筑工地很多，大量降水井不停的降水，施工期間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，水位一直在枯水水位高度。

2 設(shè)計(jì)控制措施

本工程主要問(wèn)題就是控制基坑變形，尤其是古建筑一側(cè)的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形?？紤]到地層的物理力學(xué)指標(biāo)很好(見(jiàn)表1)，基坑整體的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用排樁，在靠近古建筑及大慈寺一側(cè)采用地下連續(xù)墻。在支撐體系設(shè)計(jì)時(shí)，考慮基坑的形狀及面積，以預(yù)應(yīng)力錨索為主，在能用內(nèi)撐的地方選擇了鋼管撐。在不能做支撐也不能用錨索的地方，采用逆順結(jié)合的方法，預(yù)留部分土體提供反力并依次自上而下的進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工。

表1 主要地層力學(xué)指標(biāo)

在本工程中，大慈寺及廣東會(huì)館是最為關(guān)鍵和重要的建筑，以此處基坑支護(hù)為例進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明:大慈寺是本工程的重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象，地面下方嚴(yán)禁施工錨索，在大慈寺西側(cè)，基坑深度約5 m，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)考慮使用樁徑為1.0 m的懸臂樁支護(hù)方案;大慈寺南側(cè)東側(cè)基坑局部深度近17 m，其余為13 m，此處開(kāi)挖深度較大，又沒(méi)有足夠的空間放坡，懸臂樁或懸臂墻無(wú)法滿足工程穩(wěn)定與安全的要求，更無(wú)法保證對(duì)大慈寺的保護(hù)。結(jié)合結(jié)構(gòu)此處使用順逆結(jié)合法施工，此剖面采用逆作法(見(jiàn)圖2)，土石方開(kāi)挖至－4.5 m后，在離開(kāi)墻邊5 m外按1∶1的自然放坡開(kāi)挖到設(shè)計(jì)基底標(biāo)高，以預(yù)留土體作為支撐。結(jié)構(gòu)自上而下施工，土方自上而下的根據(jù)結(jié)構(gòu)板層分層開(kāi)挖，隨著開(kāi)挖深度變化，墻體外側(cè)土壓力和水壓力轉(zhuǎn)給結(jié)構(gòu)板層承擔(dān)。同時(shí)圍護(hù)體系有足夠的剛度，保證了古建筑的安全。

圖2 逆作剖面

區(qū)域內(nèi)除大慈寺外廣東會(huì)館最為重要，且施工是形成四面凌空的孤島。故在其東西兩側(cè)采用對(duì)拉錨索工藝。廣東會(huì)館南側(cè)因距離建筑最近，所以采用了混凝土支撐工藝。

本工程水位以下為密實(shí)的卵石層，施工降水不必考慮土體固結(jié)沉降帶來(lái)的變形，因此工程降水以坑外水井降水為主，結(jié)合坑內(nèi)疏干。

3 施工過(guò)程控制

基坑的變形控制絕不僅僅是設(shè)計(jì)方案所需要考慮的，在施工過(guò)程中更需要制定比較周密的施工方案，變形控制是種種具體措施的綜合體現(xiàn)［6，7］及優(yōu)化［8］。

3.1 地連墻施工

本工程靠近古建筑的一側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地連墻，因此地連墻的施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)工程的成敗。地連墻的主要參數(shù)如下，墻體厚度:600 mm;墻體深度:18 m～25 m;墻體嵌固深度:4 m～7 m;墻體混凝土:C35;分幅長(zhǎng)度:6 m～8 m;墻幅連接形式:拔管套接連接。

連續(xù)墻施工主要工藝流程為:導(dǎo)墻等臨建設(shè)施建造→抓槽→清孔→鋼筋籠制安及下設(shè)→澆筑導(dǎo)管下設(shè)(一期槽接頭管下設(shè))→澆筑混凝土(一期槽接頭管起拔)。

在整個(gè)施工過(guò)程中，抓槽、清孔與接頭施工最為關(guān)鍵。

1)抓槽:根據(jù)該項(xiàng)目地層特點(diǎn)，挖槽選用液壓抓斗。墻段分為兩序間隔跳挖，先挖一序墻幅，再挖二序墻幅。直線段部分分幅:三抓成槽，單幅墻段長(zhǎng)度5.0 m～8.0 m(典型長(zhǎng)度為7 m)。其中一序墻先抓兩邊再抓中間，二序墻先抓中間，再抓兩邊。轉(zhuǎn)角部位采用L形轉(zhuǎn)角槽。

2)清孔:此工序非常關(guān)鍵，尤其在逆作區(qū)，需要墻面有很高的平整度。采用ZX100泥漿凈化器［9］和10 m3空壓機(jī)組成的氣舉反循環(huán)清孔設(shè)備，同時(shí)采用膨潤(rùn)土泥漿固壁，要求使用的泥漿密度為1.03 g/cm3～1.05 g/cm3，馬氏漏斗粘度40 s～50 s。

3)接頭管下設(shè)及起拔:接頭管施工也是影響墻體質(zhì)量的關(guān)鍵。采用ZJ600卡鍵式拔管機(jī)［10］起拔接頭管。拔管法施工關(guān)鍵是要準(zhǔn)確掌握起拔時(shí)間，起拔時(shí)間過(guò)早，混凝土尚未達(dá)到一定的強(qiáng)度，就會(huì)出現(xiàn)接頭孔縮孔和垮塌;起拔時(shí)間過(guò)晚，接頭管表面與混凝土的粘結(jié)力使摩擦力增大，增加了起拔難度，甚至接頭管被鑄死拔不出來(lái)，造成重大事故。混凝土正常澆筑時(shí)，應(yīng)仔細(xì)的分析澆筑過(guò)程是否有意外，并隨時(shí)從澆筑柱狀圖上查看混凝土面上升速度的情況以及接頭管的埋深情況。

由于混凝土強(qiáng)度發(fā)展越快，與管壁的凝結(jié)力增長(zhǎng)越快，其起拔力增長(zhǎng)的也越快，因此，必須準(zhǔn)確的檢測(cè)并確定出混凝土的初終凝時(shí)間，盡量減小人為配料誤差。澆筑混凝土?xí)r，隨著混凝土面的不斷上升，分階段作混凝土試件，從而更精確的掌握混凝土的初、終凝時(shí)間。

3.2 錨索施工

在錨索施工過(guò)程中，以下幾點(diǎn)是平時(shí)施工容易忽略的地方，需引起足夠的注意:

1)鉆孔孔壁平直，尤其對(duì)于對(duì)拉錨索，對(duì)鉆孔采用全站儀進(jìn)行校對(duì)。防止錨索的高低參差不齊和相互交錯(cuò)。

2)自由段有兩個(gè)作用:錨索伸縮及不影響錨固力的傳遞，因此在自由段和錨固段的砂漿之間用柔性止?jié){帶分離，同時(shí)將自由段用波紋管包裹。

3)注漿時(shí)宜邊灌漿邊拔出注漿管。管口需始終處于漿面以下，注漿時(shí)應(yīng)隨時(shí)活動(dòng)注漿管，待漿液溢出孔口時(shí)全部拔出。

3.3 降水及土方開(kāi)挖

本工程采用管井降水，在施工過(guò)程中保證管井的質(zhì)量，并及時(shí)做好水位觀測(cè)?；觾?nèi)明排水溝及集水井不設(shè)置于基坑周邊，距離圍護(hù)體大于8 m。

挖土的原則概括為“盆式、分層、分段、對(duì)稱”幾個(gè)字，需嚴(yán)格遵守。運(yùn)土通道要遠(yuǎn)離古建筑，在非內(nèi)撐區(qū)運(yùn)土通道一側(cè)加密監(jiān)測(cè)錨索內(nèi)力及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形。

通過(guò)施工過(guò)程的嚴(yán)格控制，基坑工程整體的質(zhì)量得到很好的保證，尤其是地連墻及錨索等關(guān)鍵技術(shù)的把控，使得工程非常圓滿，見(jiàn)圖3及圖4。

圖3 基坑開(kāi)挖一角

圖4 地連墻接縫處抽芯

4 基坑變形

主體結(jié)構(gòu)施工到±0.00時(shí)，監(jiān)測(cè)資料反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形極小，完全在設(shè)計(jì)允許的范圍之內(nèi)。以圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移為例，章華里和馬家禪院一側(cè)地下連續(xù)墻共33個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)，最大累計(jì)值為6.29 mm;筆貼室一側(cè)共9個(gè)點(diǎn)，最大值為5.04 mm;大慈寺共70個(gè)點(diǎn)，最大值為11.07 mm。各個(gè)古建筑地面及墻體未發(fā)現(xiàn)裂紋。

5 結(jié)語(yǔ)

1)該項(xiàng)目是成都地區(qū)首例地下連續(xù)墻工程，為以后地連墻在該地區(qū)的應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)，具有極強(qiáng)的參考意義。

2)地連墻在控制變形方面有其他結(jié)構(gòu)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，尤其是當(dāng)周邊環(huán)境對(duì)變形比較敏感時(shí)，地連墻的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

3)地連墻與預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)體系在控制變形方面有自身的優(yōu)勢(shì)，具體要根據(jù)地質(zhì)條件來(lái)評(píng)價(jià)和確定。

4)本項(xiàng)目基坑較深、周?chē)鷹l件較為復(fù)雜，基坑圍護(hù)方案采用了多種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式。根據(jù)周邊的環(huán)境采取靈活多變的結(jié)構(gòu)形式，不但能節(jié)省投資，更能體現(xiàn)設(shè)計(jì)的價(jià)值和藝術(shù)。

［1］劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)土力學(xué)及巖土工程分會(huì).深基坑支護(hù)技術(shù)指南［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［3］秦艷萍，陳春梅，王俊華.預(yù)應(yīng)力錨索在基坑支護(hù)中的應(yīng)用［J］.四川建筑科學(xué)研究，2008，34(3):133-135.

［4］姚勁松，曹 平，明守成.預(yù)應(yīng)力錨索在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2005，105(4):45-46.

［5］趙 輝.預(yù)應(yīng)力錨索在基坑超深開(kāi)挖中的應(yīng)用及分析［J］.建筑科學(xué)，2010，26(7):102-104.

［6］范建軍，陳國(guó)云，于會(huì)永，等.砂性土地質(zhì)條件下超大、超深基坑圍護(hù)變形控制綜合技術(shù)［J］.建筑施工，2013，35(3):177-180.

［7］陸 巍.復(fù)雜環(huán)境下的超深基坑綜合施工技術(shù)［J］.建筑施工，2013，35(11):959-961.

［8］李書(shū)信，夏峰海，李文明，等.復(fù)雜環(huán)境下的深基坑施工優(yōu)化［J］.建筑施工，2013，35(7):582-584.

［9］中國(guó)水利水電基礎(chǔ)工程局科研所.泥漿凈化機(jī)［P］.中國(guó)專利:ZL02235356.9，2003-10-08.

［10］中國(guó)水利水電基礎(chǔ)工程局科研所.卡鍵直頂式拔管機(jī)［P］.中國(guó)專利:ZL02243684.7，2003-07-30.