大型深基坑管涌搶險施工技術(shù)

董 松 張津銓 朱帥帥 徐 亮 錢 晨

江蘇南通二建集團有限公司 江蘇 南通 226200

1 工程概況

蘇州中潤廣場工程為集辦公樓、商務(wù)辦公和商場于一體的綜合型建筑（圖1），總建筑面積218 800 m2，主樓高度為268 m?；映示匦?，滿設(shè)3層地下室，南北長約228 m，東西寬約96 m，地下室建筑面積約66 000 m2?；油谏睿?7.00～22.15 m，深坑部位最深處達(dá)－22.15 m。

圖1 蘇州中潤廣場工程

2 基坑管涌

基坑南區(qū)大面積第3層土方挖至基底標(biāo)高時，未出現(xiàn)異常狀態(tài)。但在坑中坑部位第4層土方開挖時，坑底突發(fā)管涌險情，主要在鉆孔灌注樁邊出現(xiàn)涌砂的管涌情況。地下承壓水壓力較大，水頭沖出基底高度4～5 m。我公司立即啟動應(yīng)急預(yù)案，采取袋裝水泥回填壓實的搶險措施，經(jīng)過3 t水泥壓實回填和原有基坑四周減壓井同時抽水后，管涌情況暫時得以控制。

但經(jīng)過24 h持續(xù)減壓抽水，發(fā)現(xiàn)水位不能降到深坑墊層部位，后續(xù)工作還是無法進行（圖2）。

圖2 涌水注滿深坑現(xiàn)場

3 原因分析及處理方案

3.1 原因分析

管涌部位位于工程樁邊，初步分析原因是，由于工程樁施工穿過不透水層，致使不透水層與工程樁之間出現(xiàn)縫隙，形成薄弱部位。待土方開挖至墊層標(biāo)高時，不透水層局部薄弱部位無法承受下層承壓水壓力，承壓水透過薄弱部位噴射而出，致使基坑發(fā)生管涌現(xiàn)象。

3.2 主要處理方案

1）將原有6臺減壓井抽水泵改為大功率潛水泵，加大減壓抽水力度，并準(zhǔn)備2臺大功率潛水泵備用。

2）準(zhǔn)備好打設(shè)3臺減壓井的φ273 mm鋼管，以防減壓不夠時可在深坑部位增加3口減壓降水井，打設(shè)時間視6口減壓降水井的降水效果而定。

3）通過監(jiān)測查看水位情況，進行深坑部位抽水，抽至基底后采用圓木樁打入涌水處，進行管涌口的封堵。

4）深坑部位墊層改為厚400 mm的C30抗?jié)B混凝土，內(nèi)配φ10 mm@150 mm單層雙向混凝土墊層。

5）坑中坑部位底板在鋼筋綁扎后先行澆筑1 600 mm厚，并沿水平施工縫部位增加一圈止水鋼板。

6）插入長1 000 mm的φ25 mm鋼筋，插入深度500 mm，縱橫向間距1 m、梅花形設(shè)置，作為施工縫部位的加固措施[1-3]。

4 具體方案實施

4.1 使用大功率潛水泵

將深坑四周原有6口減壓井抽水泵改為大功率潛水泵（功率4 kW，抽水量12.5 m3/h，揚程60 m），加大減壓抽水力度，并備用2臺大功率潛水泵。原有6口減壓井分別為：增1#、增2#、增3#、增4#、增5#、增6#，并將70#井作為減壓井觀測井（圖3）。

圖3 減壓井布置平面

4.2 增打3口減壓井

將原有降壓井更換為6臺大功率潛水泵后，經(jīng)24 h連續(xù)減壓抽水，發(fā)現(xiàn)水位不能下降到深坑墊層標(biāo)高以下。為此，新增3口減壓井，分別為新增1#、新增2#、新增3#。3口減壓井均用φ273 mm鋼管成井，深度為標(biāo)高－16.75 m往下約20 m。通過以上降水措施，成功地把水位降至墊層以下。

4.3 H型鋼鋼板棧橋及塔吊配合吊土

待水抽完后，必須對基坑底部的土方、水泥等進行清理，因此小挖機須進入深坑內(nèi)挖土。通過搭設(shè)臨時H型鋼鋼板棧橋來保證小挖機有足夠的操作面。

臨時H型鋼鋼板棧橋采用4根長6 m的H700 mm×300 mm型鋼，上鋪3塊厚20 mm的4 m×2 m鋼板。由于深坑內(nèi)涌砂、側(cè)壁坍塌等導(dǎo)致坑底有大量泥漿，故采用塔吊、2個吊斗配合小挖機循環(huán)吊運泥漿，直至墊層底標(biāo)高。

4.4 管涌口封堵

土方和前期扔入的水泥清理完畢后，挖至深坑底部標(biāo)高時，仍有管涌口向外冒水，且摻雜著泥漿涌出，雖然壓力大大減小，但對基坑仍然有危險。因此，我們立即將準(zhǔn)備好的長木樁打入涌水處，采用小挖機配合敲入，對管涌口進行封堵，控制涌水、涌砂的現(xiàn)象。

4.5 墊層澆筑

深坑部位塔吊配合吊土及人工清土?xí)r，為防止基坑出現(xiàn)管涌險情，盡量將墊層澆筑厚度加厚，可增加到300～400 mm，注意墊層底標(biāo)高控制。墊層混凝土更改為≥C30抗?jié)B混凝土墊層，內(nèi)配φ10 mm@150 mm單層雙向鋼筋網(wǎng)片。澆筑范圍為深坑底尺寸向外擴500～800 mm，便于后續(xù)擋墻砌筑。

4.6 深坑斜坡砌筑擋墻并澆筑混凝土

由于現(xiàn)場深坑斜側(cè)壁已坍塌，故采用逐層砌擋墻且分層澆筑混凝土的方法進行斜坡施工。組織泥工班組30人進行4個斜坡面的砌筑搶工。當(dāng)深坑部位為斜坡時，鉆孔灌注樁部位采用磚砌擋墻，確保樁側(cè)邊與基坑邊坡的設(shè)計距離要求。當(dāng)深坑部位為垂直坑體時，則直接采用磚砌擋墻進行施工，砌筑完成的擋土墻外側(cè)應(yīng)回填密實，且深坑部位的擋墻應(yīng)采用型鋼進行對撐加固，防止二次坍塌（圖4）。

圖4 深坑斜坡砌筑及混凝土填充剖面

4.7 鋼筋綁扎

因現(xiàn)場砌筑斜面的斜率與設(shè)計圖紙中的尺寸往往有所不同，因此在砌筑過程中即進行了斜率的控制，并根據(jù)現(xiàn)場預(yù)定的斜率尺寸進行了設(shè)計復(fù)核，提前進行鋼筋翻樣與成型。

深坑四周斜面擋墻及混凝土澆筑完畢后，立即進行深坑部位底層鋼筋網(wǎng)綁扎施工。首先綁扎斜坡鉆孔灌注樁樁頭部位的加固鋼筋，然后是基坑底部的底層鋼筋。

4.8 止水鋼板焊接、固定

待深坑部位板底底層鋼筋網(wǎng)綁扎完畢后，以我們施工完成的項目為例：先行澆筑混凝土厚度為1.6 m，此部位水平施工縫沿深坑四周環(huán)狀設(shè)置寬300 mm、厚4 mm的鋼板止水帶。止水鋼板的壓邊朝向基坑外側(cè)，必須環(huán)形封閉設(shè)置。大型深基坑施工周期長，坑中坑部位又是整個深基坑施工中的重中之重，坑底暴露時間越長，給整個基坑帶來的施工風(fēng)險越大，此深坑基礎(chǔ)二次澆筑技術(shù)可有效縮短坑中坑部位的基底暴露時間（圖5）。

圖5 止水鋼板焊接

4.9 頂部鋼筋網(wǎng)片支架預(yù)埋

根據(jù)坑中坑部位底板的總厚度，鋼筋支架豎向材料的選用需通過計算確定，采用18#槽鋼作為豎向受力構(gòu)件，并在混凝土澆筑前進行預(yù)埋固定。

深坑部位的底板混凝土總厚度是整個工程中最大的，可達(dá)到4 m甚至更大，面層鋼筋網(wǎng)綁扎支架因高度高，且底部只能焊接在底層鋼筋網(wǎng)上而缺乏足夠的穩(wěn)定性。

采用坑中坑底部先澆施工方法，有效減小了鋼筋支架的總高度，且支架型鋼的生根點在先澆筑的混凝土基礎(chǔ)上，或?qū)⑸蠈愉摻罹W(wǎng)片的支架底部直接預(yù)埋在先澆混凝土內(nèi)，支架的穩(wěn)定性大大提升。同時型鋼支架也起到了施工縫處的抗剪加固措施的作用。

4.10 混凝土澆筑、加固鋼筋設(shè)置

混凝土澆筑完成后終凝前插入長1000mm的φ25mm鋼筋，插入深度500mm，縱橫向間距1m、梅花形設(shè)置，或在鋼筋綁扎過程中提前定位焊接豎向短鋼筋，作為施工縫處的抗剪加固措施。

4.11 后續(xù)底板施工

坑中坑底板先澆部分完成后，后續(xù)進行整體大底板的施工，因深坑部位底板底部已經(jīng)澆筑了一部分，所以電梯基坑的支模更方便、穩(wěn)固。局部先澆工法減小了底板的一次澆筑厚度，使電梯井部位的支?？垢∫蠼档停阌谥５募庸谭€(wěn)定（圖6）。

圖6 后續(xù)底板施工

5 社會、經(jīng)濟效益分析

5.1 社會效益

坑中坑基礎(chǔ)底部二次澆筑技術(shù)的使用，大大縮短了基坑最深處基底暴露時間，有效控制了基底管涌、側(cè)壁坍塌等險情的發(fā)生，為工人的生命財產(chǎn)安全提供了保證。此施工縫方法雖增加了一道工序，但對整個深坑基礎(chǔ)搶險施工的進度主線并無影響，且為后期的鋼筋支架制作、電梯井支模提供了便利。

5.2 經(jīng)濟效益

深坑部位二次澆筑施工技術(shù)，增加1道止水鋼板，總長度40～50 m（根據(jù)坑中坑部位的大小而定），材料價格約38元/m，一個坑中坑增加費用約1 900元。增加1 m長φ25 mm短鋼筋，鋼筋價格約4 300元/t，增加根數(shù)根據(jù)坑中坑先澆筑部位大小而定，一般增加30～40根，增加費用約662.2元。再加上增加人工及輔材費用，一個坑中坑所增加的總費用合計約為3 000元。

一旦基坑出現(xiàn)管涌或坍塌，需增加減壓井、堵漏、降排水、邊坡加固等搶險費用為150～200萬元。需經(jīng)過專家論證、現(xiàn)場實施情況勘察、甚至二次方案的變更等繁瑣的實施過程，施工進度將嚴(yán)重滯后，至少需要20 d時間，而我們大型深基坑項目的機械成本、管理成本、財務(wù)成本、措施費等每天約耗費5萬元，整個進度的滯后會給我們帶來將近100萬元的損失。因此，損失合計為250～300萬元。

綜上所述，從經(jīng)濟效益對比分析來看，采用坑中坑基礎(chǔ)底部二次澆筑施工技術(shù)所增加的費用基本可忽略不計，從整個深基坑工程的施工全局來講，建議采用二次澆筑施工方法來有效避免大型深基坑的施工風(fēng)險。

6 結(jié)語

本次管涌事故發(fā)生后，通過及時采取上述的有效措施，控制了管涌險情，防止因管涌事故進一步擴大而造成更大的損失。通過本次搶險，總結(jié)出坑中坑基礎(chǔ)底部二次澆筑施工技術(shù)，在基坑部位形成了水平封堵，對管涌有很好的處理效果及預(yù)防作用，為后續(xù)施工的進行提供了條件。同時，先行澆筑的混凝土對基坑側(cè)壁有一定的支撐作用，可以提高基坑安全系數(shù)，對工程進度、質(zhì)量、安全、成本均有促進和控制作用，可推廣使用。