基坑圍護(hù)難點(diǎn)分析與安全圍護(hù)工藝

【摘要】上海地域以淤泥地質(zhì)分布為主，但在基坑開(kāi)挖時(shí)要熟知基坑周邊環(huán)境，并根據(jù)各種工況下部署相應(yīng)的圍護(hù)方案，使基坑得以順利開(kāi)挖，文章以上海交通大學(xué)船舶水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室工程為案例，在分析了工程難點(diǎn)和特點(diǎn)后，實(shí)施了打拉森板樁方案+槽鋼外拉支撐方案+井點(diǎn)降水的基坑圍護(hù)體系，通過(guò)驗(yàn)算論述了工程的穩(wěn)定性和安全性。

【關(guān)鍵詞】基坑圍護(hù)；基坑開(kāi)挖；降水；安全驗(yàn)算

1、工程概況

1.1工程背景分析

上海交通大學(xué)船舶水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室工程位于上海市交通大學(xué)閔行校區(qū)東北角21-4地塊，建筑物由正北方向向西偏轉(zhuǎn)21度，四周分別為蓮花路（東）、海洋深水實(shí)驗(yàn)池（南）、船艦學(xué)院（西）、緯八路（北），工程外廓距蓮花路為35.9m，距海洋深水實(shí)驗(yàn)池為31.5m，距船艦學(xué)院最近點(diǎn)為16.8m、最遠(yuǎn)點(diǎn)47.1 m，距緯八路為9.0m。工程分為北樓、南樓兩部分，總建筑面積為8243.4㎡，其中，北樓建筑面積6091.8㎡，南樓建筑面積2151.6㎡。防火分區(qū)為7個(gè)，其中北樓3個(gè)（每層一個(gè)），南樓4個(gè)（每層一個(gè)）。

1.2工程地質(zhì)分布

基坑開(kāi)挖地層土層描述：第①1層填土，表層為綠化耕土，下部以粘性土為主，但局部區(qū)域含大量碎磚、碎石等建筑垃圾雜物。第①2層濱填土，以粘性土為主，含黑色有機(jī)質(zhì)及腐殖物。 第②層褐黃～灰黃色粘土，含氧化鐵條紋及錳鐵質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)自上而下漸軟第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，含云母、有機(jī)質(zhì)，夾薄層粉砂，土質(zhì)不均。第④層淤泥質(zhì)粘土，呈流塑狀態(tài)，含云母、有機(jī)質(zhì)，夾少量薄層粉砂，土質(zhì)較均勻。第⑤層為粘性土，含云母、有機(jī)質(zhì)、腐殖物及鈣質(zhì)結(jié)核，局部以粉質(zhì)粘土為主，土質(zhì)尚均勻。

2、基坑特點(diǎn)和難點(diǎn)分析

2.1工程環(huán)境保護(hù)等級(jí)較低

本工程采用從原始地面卸土至周邊承臺(tái)底-1.95m，則北樓基坑實(shí)際開(kāi)挖深度為2.95m、南樓實(shí)際開(kāi)挖深度為2.65m，由于本工程環(huán)境保護(hù)等級(jí)較低，北樓基坑呈正方形各邊邊長(zhǎng)約8m，但南北兩側(cè)存在承臺(tái)（淺基礎(chǔ)），南樓基坑呈距形長(zhǎng)邊東西走向邊長(zhǎng)約17.5m，短邊南北走向邊長(zhǎng)約 12.7m，南兩側(cè)存在承臺(tái)（淺基礎(chǔ)），采用卸土后打拉森板樁方案+槽鋼外拉支撐方案+井點(diǎn)降水的基坑圍護(hù)方案。

2.2基坑地質(zhì)復(fù)雜

基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)土層依次為①填土、②粘土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，坑底位于第③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。本基坑開(kāi)挖內(nèi)第①填土，成分較復(fù)雜，圖紙松散，易造成坑壁；第②粘土土質(zhì)較好，透水性弱；第③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，夾多量粉土，土質(zhì)軟弱，透水性較好，考慮到本工程水聲水池及水下水池基坑開(kāi)挖深度約5.0m，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕邓椭顾胧?/p>

3、基坑開(kāi)挖安全控制措施

挖至基坑底時(shí)必須嚴(yán)格控制。為防止超挖、深挖，開(kāi)挖至離基坑底100-200mm時(shí)，采用人工鏟土至基坑底標(biāo)高。為防止基底土層暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，開(kāi)挖一段后由監(jiān)理對(duì)土質(zhì)情況進(jìn)行驗(yàn)收，隨后開(kāi)始澆筑墊層混凝土?？拥淄练介_(kāi)挖若有超深時(shí)，必須采用碎石填平，嚴(yán)禁采用松土回填。當(dāng)開(kāi)挖深度范圍內(nèi)遇有地下水時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)資料采取措施降低地下水位，一般應(yīng)降至開(kāi)挖面以下0.5m，然后才能進(jìn)行土方開(kāi)挖，基坑計(jì)算考慮地面超載20kPa，q=20。開(kāi)挖工況如圖1。

3.1降水施工

臨近建筑物的地下管線的減壓井的抽水時(shí)間盡量縮短：在降水運(yùn)行過(guò)程中隨開(kāi)挖深度逐步降低水頭，通過(guò)信息化系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)處理，合理指導(dǎo)降水與土方開(kāi)挖施工。

坑底加固區(qū)以上土體須滿足挖土要求，坑底加固區(qū)以外范圍要求降水后水位距離坑底為0.5～1.0m（含落深區(qū)）。在降水開(kāi)始前應(yīng)做好井點(diǎn)和管路清洗和檢查工作，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，防止“死井現(xiàn)象”的發(fā)生。在降水過(guò)程中施工單位應(yīng)加強(qiáng)管理，確保管路暢通和井點(diǎn)正常工作?；又?chē)喜繎?yīng)做好排水工作，防止雨水流入基坑。

3.2 拉森鋼板樁基坑支護(hù)

滿足基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度，穩(wěn)定性以及變形的要求，確保周?chē)h(huán)境的安全。

采用板樁作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁長(zhǎng)為9m，樁頂標(biāo)高為-1.95m。

3.2.1鋼板樁插打

應(yīng)用專用機(jī)械進(jìn)行鋼板樁插打作業(yè)，首先，利用樁機(jī)前臂將鋼板樁吊起，將樁頭以樁機(jī)夾板夾住，升起樁機(jī)使鋼板樁垂直于地面，慢慢移動(dòng)樁機(jī)至設(shè)計(jì)位置后插入鋼板樁，然后利用液壓振動(dòng)錘將鋼板樁錘打至設(shè)計(jì)深度。其次，在第一根鋼板樁順利插入后，按照相同方法沿前一根鋼板樁扣槽依次插入第二根、第三根、第四根等剩余鋼板樁至設(shè)計(jì)深度，直至將鋼板樁全部插入，形成一個(gè)良好的、封閉的鋼板樁基坑圍護(hù)體系。在鋼板樁插打施工時(shí)，注意要將每根鋼板樁偏差嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)，即鋼板樁垂直度允許偏差為1%，軸線允許偏差為±100mm，樁頂標(biāo)高允許偏差為±100mm，施工過(guò)程中，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)偏差是否在允許范圍內(nèi)，若超出規(guī)定偏差值，則要及時(shí)糾正，以免造成嚴(yán)重影響。再次，基坑回填完畢后進(jìn)行鋼板樁的拔除，以便于鋼板樁的循環(huán)利用。在鋼板樁拔除前，施工人員先要充分了解拔樁順序與陳樁時(shí)間，同時(shí)通過(guò)灌水、灌砂的方式做好對(duì)樁孔的處理，以保證拔樁的順利性與安全性，避免因拔樁不當(dāng)、帶土過(guò)多所引起的地面位移、沉降等問(wèn)題。

3.2.2鋼板樁拔樁

（1）鋼板樁拔樁方法：本次工程中，采用振動(dòng)錘、起吊樁機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行鋼板樁拔樁施工。利用振動(dòng)錘所產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)使土質(zhì)被擾動(dòng)，將鋼板樁周?chē)临|(zhì)的粘聚力與拔樁阻力有效消除。接著，利用樁機(jī)將拔起的鋼板樁吊住，通過(guò)吊力作用將其徹底拔出。

（2）鋼板樁施工常見(jiàn)問(wèn)題及處理：鋼板樁在施工中常遇到的問(wèn)題主要有扭轉(zhuǎn)、傾斜、共連等。其中，扭轉(zhuǎn)多是因?yàn)椴捎勉q式連接的鎖口而造成的，可通過(guò)在打樁行進(jìn)方向鎖住板樁前鎖口，或是在鋼板樁之間空隙設(shè)置滑輪支架以制止板樁轉(zhuǎn)動(dòng)，再或是應(yīng)用墊鐵等將板樁鎖口搭扣處兩邊填實(shí)等方法來(lái)處理。通過(guò)監(jiān)測(cè)儀器發(fā)生鋼板樁傾斜后，需及時(shí)對(duì)傾斜進(jìn)行糾正，例如應(yīng)用鋼絲繩將鋼板樁樁身拉住，通過(guò)邊拉邊打慢慢糾正。若鋼板樁傾斜彎曲，導(dǎo)致槽口阻力過(guò)便會(huì)造成共連，對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題，需及時(shí)糾正鋼板樁傾斜，并通過(guò)將相鄰已打好鋼板樁用電焊臨時(shí)固定的方式來(lái)處理。

3.2.3鋼板樁土孔處理

對(duì)拔樁后留下的樁孔，必須及時(shí)回填處理。回填的方法采用填入法，填入法所用材料為石屑或中粗砂。

3.3基坑邊坡縱向失穩(wěn)滑坡

對(duì)基坑工程而言，基坑邊坡縱向滑坡導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞，一旦發(fā)生此類(lèi)惡性事故，應(yīng)立即組織回填基坑塌方處，并組織周?chē)藛T撤離，防止事態(tài)進(jìn)一步惡化。

3.3.1坑底隆起

一旦發(fā)現(xiàn)坑底隆起跡象，應(yīng)立即停止開(kāi)挖，并應(yīng)立即加設(shè)基坑外沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，迅速回填土，直至基坑外沉降趨勢(shì)收斂方可停止回灌和回填。然后會(huì)同設(shè)計(jì)一起分析原因，制定下一部對(duì)策?？拥卓孤∑痱?yàn)算K=2.29，如圖2。

3.3.2圍護(hù)墻體位移過(guò)大

當(dāng)挖深較大后，如發(fā)生圍護(hù)墻下段位移較大，往往會(huì)造成墻后土體的沉陷，主要應(yīng)設(shè)法控制支護(hù)嵌入部分的位移，著重加固坑底部位，具體措施有：

增設(shè)坑內(nèi)降水設(shè)備，降低地下水，條件許可，可在坑外降水；進(jìn)行坑底加固，如采用注漿、高壓噴射注漿等提高被動(dòng)區(qū)抗力；墊層隨挖隨澆，對(duì)基坑挖土合理分段，每段土方開(kāi)挖到底后及時(shí)澆筑墊層?？箖A覆驗(yàn)算（水土合算），抗管涌驗(yàn)算：

按砂土，安全系數(shù)K=2.063；按粘土，安全系數(shù)K=2.756。如圖3。

3.4監(jiān)測(cè)

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，測(cè)得初讀數(shù)。在基坑開(kāi)挖期間，做到一日一測(cè)。通過(guò)上述對(duì)基坑的圍護(hù)技術(shù)的實(shí)施，基坑報(bào)警界限水平、垂直位移均小于10mm/日或累計(jì)大于50mm，基坑是穩(wěn)定的、安全的。

結(jié)語(yǔ)：

本實(shí)驗(yàn)室基坑工程因環(huán)境保護(hù)等級(jí)較低、基坑地質(zhì)復(fù)雜等特點(diǎn)和難點(diǎn)，在基坑開(kāi)挖安全控制措施上嚴(yán)格控制降水施工，并把握好了拉森鋼板樁基坑支護(hù)工藝與質(zhì)量，通過(guò)對(duì)基坑邊坡縱向失穩(wěn)滑坡、圍護(hù)墻體位移過(guò)大、坑底隆起采取了一系列解決措施，在進(jìn)行驗(yàn)算、監(jiān)測(cè)后的數(shù)據(jù)顯示基坑工程是安全的、可靠的。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙科華.關(guān)于建筑工程基坑圍護(hù)施工工藝的案例分析[J].建筑知識(shí)：學(xué)術(shù)刊，2013：325-325.

[2]周海軍.基坑支護(hù)工程的施工管理技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2015（s1）.

[3]陳安生，黃國(guó)良.復(fù)雜地質(zhì)和地形環(huán)境下的基坑支護(hù)技術(shù)[J].工業(yè)建筑，2011，41（7）：138-142.