某工程深基坑施工技術(shù)探討

■張 洪 ■福建省麒麟建設(shè)工程集團(tuán)有限公司，福建 福州 350000

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

本文所舉案例工程中，地基土均屬第四系河口–濱海相、濱海–淺海相沉積層，主要是飽和粘性土以及粉性土和砂土等幾種土質(zhì)共同組成，但缺失第⑧層粉質(zhì)粘土，第⑥層土是不透隔水層，較為良好。自第⑥層以下埋藏有高水頭的承壓含水層，主要是本市中第I、II、Ⅲ承壓含水層連通區(qū)，承壓含水層的深度是26.77m，承壓水中水頭高差有18.18m，電梯井的開挖深度有25.88m，坑底已經(jīng)進(jìn)入了第⑥層土，距離承壓水層只有2.0m 上下的覆土。

1.2 基坑圍護(hù)簡介

塔樓區(qū)是在基坑中央部位，基坑是利用直徑為100m 圓形地下墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，面積7855m2，開挖可達(dá)18.35m 的深度，墻1.0m 的厚度，地下墻的深度為31.55m，電梯井鄰近的深坑處有33.55m，地下墻的入土系數(shù)是0.701～0.217，地下墻頂主要利用的是鋼筋混凝土頂圈梁，地下墻的內(nèi)側(cè)一般設(shè)有三道鋼筋混凝土環(huán)形圍檁，沒有設(shè)置支撐，坑底被動(dòng)區(qū)采用寬5.0m 深4.0m 格柵式高壓旋噴樁加固。電梯井深坑就當(dāng)做“坑中坑”，主要用12.0m 長φ800@900 鉆孔灌注樁圍護(hù)，其設(shè)置的鋼支撐的面積是2116m2，開挖達(dá)到25.89m 之深。圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面如圖1 所示。

圖1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面圖

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 超深地下墻施工

本案例中的工程地下墻施工與其他施工來比較，其地下墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)同心圓精度控制和成槽的深度都達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，對(duì)于地下墻的施工是非常重要的。

(1)基坑主要是正多邊形圓形圍護(hù)結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的，如果要保持其空間受力特點(diǎn)，地下墻同心圓精度控制是非常高的。要控制好導(dǎo)墻施工，并對(duì)其精度由較高的標(biāo)準(zhǔn)，才可保證地下墻在施工中的精度達(dá)到科學(xué)合理。對(duì)導(dǎo)墻施工放樣時(shí)，主要是建立以基坑圓心測量系統(tǒng)，還要使用紅外線全站儀，每隔1.0m 要設(shè)定圓弧控制，導(dǎo)墻內(nèi)圓半徑偏差要控制在合理的范圍內(nèi)，同時(shí)要為后面的地下墻同心圓控制打好基礎(chǔ)。

(2)在案例中的工程施工時(shí)，要按照其現(xiàn)場施工的地質(zhì)情況，地下墻穿越第⑥層到粉質(zhì)粘土，然后再對(duì)第⑦1 鐵板砂層，造成其成槽有較大的困難，同時(shí)在硬土層的成槽前，要用成槽機(jī)進(jìn)行深挖，可挖到25m左右，這樣使垂直度控制比較有利，然后再利用繩索式成槽機(jī)進(jìn)行開挖，并挖到規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)高。對(duì)于成槽機(jī)一般要在標(biāo)準(zhǔn)貫入度在100擊的弱風(fēng)化巖中成槽，使得具有很強(qiáng)的糾偏功能，同時(shí)在強(qiáng)力糾偏裝置下，對(duì)地下墻垂直度控制必須達(dá)到良好。

2.2 碰樁區(qū)地下墻施工

在碰樁區(qū)的地下墻施工中，通過6 根φ700 ×14 鋼管樁主要在地下連續(xù)墻設(shè)置槽段內(nèi)，再控制其標(biāo)高達(dá)到-10.5m，而目前的施工技術(shù)來看，還達(dá)不到把70m 鋼管樁成功拔出來的經(jīng)驗(yàn)和先例，而國內(nèi)普通的做法基本上都是如圖示2(a)、(b)，這種施工方法造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)不能為圓，表現(xiàn)不出圓結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及空間受力等特點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)中要求是在原位成墻。

圖2 碰樁區(qū)地下墻常規(guī)施工方法

對(duì)于碰樁區(qū)的地下墻施工過程中同時(shí)受到對(duì)鋼管樁作用，不能正常地進(jìn)行成槽取土，就必須利用機(jī)械設(shè)備如成槽機(jī)以及鉆孔機(jī)，或者是高壓水槍等混合的方式對(duì)其取土，從而達(dá)到砂石泵的清底工作。主要是按照鋼管樁所處的位置劃分槽段，再把鋼管樁分到四個(gè)槽段中。如果出現(xiàn)高壓水沖，就容易形成槽壁出現(xiàn)坍塌，這就需要對(duì)槽壁的兩側(cè)φ1000 護(hù)壁高壓旋噴樁作為加固的方法，使其深度在34.0m，并摻和一定量的水泥20%，保證其垂直度小于等于1/100，還要對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)要大于等于30 天，在現(xiàn)實(shí)的施工中對(duì)碰樁區(qū)地下墻施工養(yǎng)護(hù)通常大于45 天。

圖3，對(duì)其陰影中接縫處封閉旋噴樁，主要是對(duì)封閉地下墻與旋噴樁兩者接縫，使并形成封閉空間，可以有效防止高壓水沖塌槽壁，實(shí)際上在基坑開挖過程中起到很好的止水效果。

碰樁區(qū)地下墻施工非常艱難，四幅地下墻施工時(shí)間占整個(gè)地下墻施工時(shí)間的1/3。但是，基坑開挖后，接縫處混凝土密實(shí)，墻面平整。為基坑的安全開挖創(chuàng)造了有利條件，碰樁區(qū)地下墻常施工步驟如圖3圖示。

圖3 碰樁區(qū)地下墻常規(guī)施工步驟

2.3 碰樁區(qū)地下墻局部補(bǔ)強(qiáng)措施

碰樁區(qū)地下墻通過采取各種措施，完成了地下墻混凝土的澆灌，圍護(hù)體形成一封閉圓，但是地下工程看不到摸不著，地下墻施工有不可預(yù)見性風(fēng)險(xiǎn)，是否存在夾泥或混凝土不密實(shí)不連續(xù)等現(xiàn)象都難以預(yù)料。

為確?；拥陌踩?，在碰樁區(qū)的外圍護(hù)壁旋噴樁內(nèi)套打一排φ1000@1200 鉆孔排樁，深度34m;坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)土體加固由4.0m 加寬到9.0m，深度由5.0m 加深到13.0m，壓頂圈梁加寬到4.3m，將鉆孔排樁與地下墻連成整體，其目的是彌補(bǔ)地下墻缺陷，提高基坑的穩(wěn)定性。

2.4 深井減壓降水施工技術(shù)

從地質(zhì)剖面圖可以看到第⑥層土是一層很好的不透隔水層，自第⑥層以下埋藏有高水頭的承壓含水層，為第I、II 承壓含水層的連通區(qū)，承壓含水層埋深為27.88m，承壓水的水頭高差達(dá)到18.8m。電梯井開挖深度達(dá)25.89m，坑底已經(jīng)進(jìn)入了第⑥層土，距離承壓水層只有2m 左右的覆土，基坑坑底抗承壓水穩(wěn)定安全系數(shù)Ky=0.194，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的1.05。

2.5 對(duì)稱、均衡、分層開挖技術(shù)

為控制基坑變形以及圓形基坑均勻受力，工程土方采用分層、分塊、對(duì)稱、均衡開挖，基坑從立面分7 層12 次(第11、12 次由后續(xù)單位施工)開挖，第③、⑤、⑦、⑨層土方開挖分別在第②、④、⑥、⑧層土方開挖后連續(xù)進(jìn)行，在加強(qiáng)墊層強(qiáng)度達(dá)到80%后連續(xù)進(jìn)行⑩第11 次土方開挖，待深坑頂圈梁和鋼支撐安裝后進(jìn)行第12 開挖，隨挖隨澆筑墊層，挖土工況見圖4。

圖4 挖土工況圖

每層開挖時(shí)對(duì)稱、分層開挖基坑周邊土方，為使基坑受力均衡，要求離地下墻15.0m 范圍內(nèi)土方高差不得大于1.5m，其它控制在2.0m左右，再對(duì)稱澆筑混凝土環(huán)梁，基坑中心島土堤待混凝土環(huán)箍封閉后強(qiáng)度達(dá)到80%后再開挖。

基坑周邊土體開挖時(shí)(可看作為環(huán)形溝槽)，分四區(qū)兩次對(duì)稱開挖，環(huán)梁混凝土澆筑分四段兩次對(duì)稱澆筑，即1 區(qū)和3 區(qū)同時(shí)挖土同時(shí)澆筑環(huán)梁混凝土，2 區(qū)和4 區(qū)同時(shí)挖土同時(shí)澆筑環(huán)梁混凝土。

為考慮大型基坑開挖和施工要求，坑內(nèi)設(shè)置四個(gè)獨(dú)立的挖土棧橋，(見平面圖5)，棧橋長20m，寬6.5m，棧橋由鋼筋砼橋面、橋身、橋樁組成，橋面通過格構(gòu)柱+鉆孔灌注樁作為支撐架，與地下墻完全脫離，減小對(duì)圍護(hù)結(jié)減小對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。

由于整個(gè)圓形基坑開挖基本遵循了設(shè)計(jì)要求的“對(duì)稱、均衡、分層”原則，因此各測點(diǎn)的變形比較協(xié)調(diào)，變化規(guī)律基本一致。實(shí)際變形值接近預(yù)測變形值(預(yù)測報(bào)警值30mm)，至基坑開挖結(jié)束時(shí)，無論垂直方向還是水平方向變形數(shù)據(jù)均比較接近，離散性小，在一定程度上保證了整個(gè)圓形基坑的均衡受力。

3 結(jié)語

(1)深井減壓降水是結(jié)構(gòu)安全封底進(jìn)展順利的前提和保證，基坑采用深井降水降低承壓水水頭進(jìn)行坑底卸壓，既保證了基坑開挖和安全封底，也有效地控制了降水引起的地面沉降。

(2)平面分塊、分段、對(duì)稱均勻開挖，立面分層分次、先四周后中間，并有棧橋出土的方法使圓形圍護(hù)結(jié)構(gòu)均勻承受土壓力。

(3)圓形圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有整體剛度大和徑向變形小的特點(diǎn)，相對(duì)變形在0.12H%左右，為常規(guī)深基坑中變形最小的(常規(guī)為0.7H%)，是一種較為經(jīng)濟(jì)合理的地下空間結(jié)構(gòu)型式。

［1］關(guān)海峰，馬明軍.房建工程深基坑施工常見問題及施工技術(shù)［J］.中華民居(下旬刊)，2013(8):38 -39.

［2］王東旭.建筑工程中深基坑施工技術(shù)的應(yīng)用［J］.門窗，2014(12):74 -75.