黃河灘區(qū)組合式基坑支護及降水施工技術研究

馮立雷，馬 露

FENG Li-lei, MA Lu

（中建二局第二建筑工程有限公司，河南 鄭州 450000）

1 問題分析

鄭州中心城區(qū)地下綜合管廊金水科教園區(qū)位于鄭州市區(qū)北部，緊鄰黃河，為原黃河漁場區(qū)，屬黃河灘區(qū)。其地質(zhì)條件為第四紀沖洪積成因的黏性土、粉土及砂土。其地下水為上層滯水和潛水，水位高。場地土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散、均勻性差，部分土層土的粘聚力和剪切力為0。常規(guī)單一的支護方式和降水防水不能滿足基坑安全和施工的需要，本文針對黃河灘區(qū)特有的地質(zhì)條件進行技術研究。

1）原降水方案 原設計方案為明溝降水，該方案降水效果差，場地地下上層滯水以大氣降水為補給方式，以蒸發(fā)為排泄方式；地下潛水以大氣降水和地下徑流為主要補給方式，以越流和地下徑流為排泄方式，方案忽視了土質(zhì)的保水性能和粘聚力差的因素，方案實施中易形成土體失水坍塌，造成邊溝預埋排水溝道堵塞等問題的發(fā)生，同時土體表面干結(jié)，內(nèi)部水為排出，土質(zhì)軟弱不能滿足碎石的施工條件。該方案不可行。

2）原支護方案 原設計方案為土釘墻支護，該方案忽略了部分土層土的粘聚力和剪切力為0的情況，施工中易造成土釘孔頻繁塌孔，施工進度和質(zhì)量不可控制。方案不可行。

3）方案優(yōu)化 綜合地質(zhì)條件的分析和研究，對原設計方案進行優(yōu)化：降水方案采用輕型井點和管井組合的降水方式；支護結(jié)構(gòu)采用拉森鋼板樁和土釘墻組合的支護結(jié)構(gòu)。

2 方案思路

拉森鋼板樁作為一種新型建材，在臨時溝渠開挖時，作擋土、擋水、擋沙墻時發(fā)揮重要作用。拉森鋼板樁做圍堰不僅綠色環(huán)保、施工速度快、施工費用低，而且具有很好的防水功能，是快速解決土體粘聚力差、抗剪能力差的有效方法。由于基坑深度為6～12m不等，全深范圍內(nèi)采用拉森鋼板樁易造成鋼板樁上口位移的問題，因此，提出與土釘墻組合支護技術。組合支護有效地提高了土體的整體剛度，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用、土體自身結(jié)構(gòu)強度潛力得到充分發(fā)揮，改變了邊坡變形和破壞的性能，顯著提高了整體穩(wěn)定性，土釘墻延遲了塑性變形發(fā)展階段，受荷載過程中不會發(fā)生突發(fā)性塌滑。

方案采用管井與輕型井點組合技術，使地下水位降落到基坑底以下，施工作業(yè)范圍內(nèi)土質(zhì)保持相對干燥，改善工作條件，防止流砂發(fā)生;土方邊坡也可適當變陡，減少挖方工作量，避免基底被水浸泡后導致地基承載力下降。

3 方案實施

3.1 拉森鋼板樁施工方案

1）如圖1所示，在拉森鋼板施工前，先定位放線施工，挖導槽，再進行導梁安裝，采用打拔機施打拉森鋼板樁，對拉森鋼板樁逐根進行鎖口連接施工。當屏風墻兩端板樁保持垂直狀況時，可采用往復順序施打；當板樁墻長度很長時，可用復合順序施打。

圖1 止水帷幕（拉森鋼板樁）立面示意圖

2）基坑兩側(cè)5m范圍內(nèi)禁止堆積荷載及活荷載施工，在基坑10m位置施加20kN活荷載作為機械施工荷載加以計算（圖2）?？紤]基坑過深，采用三級放坡施工，一、二級采用自然放坡，有效減少基坑側(cè)壓力，三級采用拉森鋼板樁作為護壁樁，增加基坑支護剛度，有效保證基坑安全。對基坑土體的位移和沉降進行計算分析，結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖2 基坑受力分析圖

3.2 土釘墻支護布置

根據(jù)管廊基坑雜填土、黏土層、砂層厚度，土釘錨桿采用全長粘結(jié)型（圖5）。土釘錨桿根據(jù)各土層的穩(wěn)定性，對長度、桿體的鋼筋直徑間距、孔徑進行調(diào)節(jié)；二級邊坡采用拉森鋼板樁進行基坑封閉施工，從而有效地阻止地下水向基坑內(nèi)部滲流?；又ёo采用分層分次進行土釘施工，土釘施工完畢后跟押筋進行連接施工，使其連成整體（圖6）。

圖3 土體位移包絡圖

圖4 土體沉降圖

圖5 土釘示意圖

圖6 土釘支架圖

該基坑支護方式減小了基坑開挖深度，未發(fā)生土體坍塌和破壞，基坑位移符合設計規(guī)范要求，施工進度受控。

3.3 真空井點降水布置

在拉森鋼板樁進行封閉基坑范圍內(nèi)，采用輕型井點降水措施抽取或引滲基坑開挖范圍內(nèi)的現(xiàn)存地下水，施工中先進行真空井點管的制作，對真空井點位置放線定位，采用水鉆進行井點孔洞的施工，安裝真空井點，采用主水管將真空井點連成整體，安裝排水管道，安裝抽水設備進行試抽與檢測，正式投入降水程序，如圖7所示。

圖7 封閉基坑范圍內(nèi)輕型井點降水立面示意圖

封閉基坑范圍內(nèi)的降水量結(jié)合止水樁內(nèi)土體的給水量計算，同時全封閉降水并不需要把止水帷幕范圍內(nèi)的水全部疏干，只需要疏干基坑內(nèi)一定深度以上的靜態(tài)水。一般降水將水位降低到基坑坑底以下0.5～1m。

3.4 大口井降水布置

項目施工范圍內(nèi)，局部區(qū)域施工前為魚塘，上層滯水嚴重，需進行基坑外截流施工，同時場地四周無其他建筑物，項目采用井徑300mm，充填濾料后井徑達到600mm（圖8），有效的截止層間滯水，加深井深可加快進程。

輕型井點和大口井降水進行組合降水施工，基坑內(nèi)干燥不影響后續(xù)工序展開施工，無發(fā)生坍塌、流沙等問題，減小了基坑開挖寬度，工期受控。

圖8 封閉基坑范圍內(nèi)輕型井點降水立面詳圖

4 結(jié) 語

1）采用拉森鋼板樁和土釘進行復合土釘墻技術施工，有效地將基坑外的穩(wěn)定補給水源進行隔絕，從而使基底能夠有效降水，保證基底的干燥和承載力。

2）采用大口井和輕型井點組合的降水方式，有效的阻截基坑外淤泥層的穩(wěn)定水源，將大量的層間滯水進行有效的排除，同時抽取淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、粉土中含有的水分，防止基底因含水率過高，造成基底成橡皮土，保持基底承載力。

組合式基坑支護及降水施工技術的應用，解決了黃河灘區(qū)不良地質(zhì)條件下深基坑施工的難題，為類似工程提供了經(jīng)驗借鑒。