濕陷性黃土地區(qū)復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工管理

梁 軍

（甘肅省長(zhǎng)城建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引 言

濕陷性黃土地區(qū)城市中心區(qū)域復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工管理，不僅須保證基坑自身的穩(wěn)定性與安全性，同時(shí)需考慮周邊一定范圍內(nèi)的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、施工條件等因素，高攀［1］以某毗鄰高層建筑的深基坑工程為例，結(jié)合場(chǎng)地勘察、場(chǎng)地地質(zhì)、水文條件及鄰近建筑物情況，對(duì)基坑開挖、支護(hù)及降水進(jìn)行合理的方案設(shè)計(jì)；安宏科［2］結(jié)合某濕陷性黃土場(chǎng)地大型深基坑預(yù)應(yīng)力錨桿與土釘聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)案例進(jìn)行分析，對(duì)黃土基坑工程設(shè)計(jì)和施工中的問題進(jìn)行了研究；梅源等［3］統(tǒng)計(jì)分析了西安地區(qū)濕陷性黃土地鐵車站深基坑開挖引起的地表豎向變形及基坑支護(hù)樁側(cè)向變形的特性；吳意謙等［4］以蘭州市地鐵 1 號(hào)線一期工程世紀(jì)大道車站深基坑工程為依托，分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍土體隨著基坑開挖深度和時(shí)間變化的位移規(guī)律。面對(duì)濕陷性黃土地區(qū)復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工管理，如何保證深基坑施工的工程質(zhì)量和鄰近建筑物、市政管線的安全是項(xiàng)目控制的重難點(diǎn)。本文以蘭州市城關(guān)區(qū)某深大基坑工程為例，分析濕陷性黃土地區(qū)復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工管理的重難點(diǎn)控制。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

長(zhǎng)城山海苑二期地下車庫位于蘭州市城關(guān)區(qū)，麥積山路南側(cè)，定西路北側(cè)，長(zhǎng)城山海苑小區(qū)院內(nèi)。地下車庫為地下 2 層，地下 1 層層高 4.0 m，地下 2 層層高 5.0 m，上部覆土厚度 1.7 m，占地面積 5 002 m2，總建筑面積 16 526 m2，開挖深度為自然地面下 11.30 m，屬于一級(jí)基坑。

1.2 周邊環(huán)境

工程周邊環(huán)境條件極復(fù)雜，基坑 A～B 段：北側(cè)為已建高層建筑 3 #、4 # 樓，高 33 層，地下 2 層，距基坑邊緣 6.0～11.70 m，筏板底標(biāo)高與車庫底面高差約 2 m，與基坑之間存在 2 道埋深 1.0 m 的天然氣管線。基坑C～D 段：東側(cè)為 2 棟 8 層建筑，樁基礎(chǔ)，建筑距離基坑邊緣 4.0～6.0 m。基坑 D～E 段：南側(cè)為 8 層淺基礎(chǔ)磚混樓房；距離基坑邊緣 9.2 m；樓與基坑之間存在 2 道天然氣管線，埋深約 1.0 m?；?E～F 段：西側(cè)為已建 2# 住宅樓，高 33 層，地下 1 層，距基坑邊緣 4.0～6.0 m，筏板底與車庫底面高差 5.1 m?；?G～A 段：西側(cè)為天然氣基站，距離基坑邊緣 1.0～2.0 m，基坑邊緣 2.0 m 處存在 2 道天然氣管線，埋深 1.0 m。基坑周邊環(huán)境如圖1 所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意圖（單位：m）

2 地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)《長(zhǎng)城山海苑二期地下車庫巖土工程勘察報(bào)告》場(chǎng)地地層揭示如表1 所示。

表1 場(chǎng)地地層情況

2.2 工程水文條件

地下水屬第四系孔隙潛水，含水層為卵石層，水隨季節(jié)性變化較大，水位變幅約為 0.5～1.5 m，穩(wěn)定水位埋深 8.1～9.3 m，水位標(biāo)高 1 508.52～1 508.82 m，卵石層滲透系數(shù)為 55 m/d。

3 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

3.1 工程特點(diǎn)

基坑開挖面積 5 522.6 m2，開挖深度 11.3 m，屬大型深基坑工程，周邊環(huán)境復(fù)雜，對(duì)支護(hù)體系的安全性要求高；基坑施工位于居民區(qū)內(nèi)，施工對(duì)環(huán)境影響較大；施工期間處于雨季，防排水工作要求高。

3.2 工程難點(diǎn)

3.2.1 排樁及降水井施工

基坑管井施工工藝：測(cè)放井位→埋設(shè)護(hù)口管→鉆進(jìn)成孔→清孔換漿→下井管→回填濾料→措施洗井。

排樁施工工藝：測(cè)量放線、定樁位→鉆機(jī)就位→鉆孔（旋挖成孔）→壓入護(hù)筒→鉆孔→棄土外運(yùn)→質(zhì)量檢查→終孔測(cè)量→下鋼筋籠→下導(dǎo)管→澆筑混凝土→清洗導(dǎo)管→下一樁位。

3.2.2 排樁變更及天然氣管道保護(hù)

在排樁打設(shè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，打設(shè)區(qū)域內(nèi)有天燃?xì)夤艿罊M跨施工現(xiàn)場(chǎng)，排樁打設(shè)設(shè)備必須停在天燃?xì)夤艿郎?。由于天燃?xì)夤艿辣旧淼奈ｋU(xiǎn)性和排樁成孔機(jī)械的重量過重等，不能滿足天燃?xì)夤艿赖陌踩?，?jīng)過與建設(shè)單位協(xié)商，此部位混凝土排樁更改為鋼管樁。由于鋼管樁的打設(shè)機(jī)械體積小、重量輕、成孔工藝簡(jiǎn)單能滿足天燃?xì)夤艿赖陌踩裕┕挝贿€對(duì)管道進(jìn)行了加固，以滿足天燃?xì)夤艿赖陌踩?。天然氣管道防護(hù)如圖2、圖3 所示。

圖2 地面天然氣管道防護(hù)

圖3 基坑內(nèi)懸空天然氣管道防護(hù)

3.3 重大危險(xiǎn)源辨識(shí)

對(duì)施工中可能出現(xiàn)的坍塌事故、物體打擊事故、機(jī)械傷害、觸電事故、環(huán)境污染事件、高空墜落事故、火災(zāi)、暴雨洪流事故、施工中挖斷水、電、通信光纜、天然氣管道等進(jìn)行有效的辨識(shí)，確定危險(xiǎn)等級(jí)，制定有針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案（見表2）。

表2 重大危險(xiǎn)源辨識(shí)及等級(jí)劃分

4 降水支護(hù)方案

4.1 地下水控制

基坑降水依據(jù)設(shè)計(jì)方案采用管井降水與集水明排相結(jié)合的降水措施，對(duì)地下水進(jìn)行疏排，基坑范圍內(nèi)共設(shè)計(jì)降水井 22 眼，降水井深度 15.0～16.0 m，降水井間距 18.0～20.0 m，井管直徑為 300～350 mm，管井頂部 5.0 m 為實(shí)管，其下為包有濾網(wǎng)的濾水管，底部 2.5 m 為沉砂管，管底以不小于 10 mm 厚度的鋼板焊接封閉。

1）坑內(nèi)二次降水。在基坑底部設(shè)置寬度為 0.3 m，深度為 3.0 m 的明溝或采取溝內(nèi)填充 30～50 mm 干凈卵石的盲溝排水措施，排水明溝或盲溝排水坡度不小于 3 %，集水井間距 15～20.0 m，根據(jù)抽排情況調(diào)整。

2）排水管網(wǎng)。沿基坑周邊布置直徑不小于 200 mm 的鋼管主排水管，經(jīng)沉淀池三級(jí)沉淀后排入城市管網(wǎng)，沉淀池為鋼制品，長(zhǎng) 3.0 m，寬 1.2 m，高 2.0 m。

4.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

依據(jù)基坑周邊建（構(gòu)）筑物、基坑的相對(duì)關(guān)系，同時(shí)考慮周邊管線、施工空間、周邊建筑等因素，結(jié)合基坑工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，支護(hù)形式采用“懸臂樁”“樁錨結(jié)合”“冠梁上部設(shè)擋土墻”等方式進(jìn)行支護(hù)。

基坑 A～B 段采用 1.0 m 直徑支護(hù)樁，樁間距 2.0 m，嵌固段長(zhǎng)度 8.0 m；基坑 C～D 段采用 0.8 m 直徑支護(hù)樁，樁間距 2.0 m，嵌固段長(zhǎng)度 5.0 m，樁頂下4.0 m 設(shè)置一道 3 束直徑 15.24 mm 的預(yù)應(yīng)力錨索。基坑 D～E 段采用 0.8 m 直徑支護(hù)樁，樁間距 2.0 m。嵌固段長(zhǎng)度 5.0 m。樁頂下 3.5 m 處設(shè)置一道 3 束直徑 15.24 mm 的預(yù)應(yīng)力錨索?；?E～F 段采用 1.0 m 直徑支護(hù)樁，樁間距 2.0 m。嵌固段長(zhǎng)度 6.5 m。樁頂下 4.0 m 處設(shè)置一道 3 束直徑 15.24 mm 的預(yù)應(yīng)力錨索?；?G～A 段采用 0.8 m 直徑支護(hù)樁，樁間距 2.0 m。嵌固段長(zhǎng)度 5.0 m。樁頂下 3.5 m 設(shè)置一道 3 束直徑15.24 mm 的預(yù)應(yīng)力錨索。

基坑共布置支護(hù)樁 173 根，排樁樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C 30，鋼筋保護(hù)層厚度 50 mm；樁身主筋采用分段均勻配筋，主筋型號(hào)為 HRB 400φ22/25 mm；樁身箍筋采用不等間距配筋，箍筋型號(hào)為 HPB 300φ10@ 150/200 mm；樁身每隔 2.00 m 設(shè)置一道內(nèi)箍加強(qiáng)箍筋，鋼筋型號(hào)為 HRB400φ16，樁頂起吊位置應(yīng)加強(qiáng)。樁頂設(shè)置冠梁，截面尺寸為 1 000（800）mm×600 mm（寬×高），混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C 30，鋼筋保護(hù)層厚度 50 mm，冠梁主筋均采用 HRB400φ16mm，箍筋采用等間距設(shè)置，型號(hào)為 HPB300φ8@200/400 mm。冠梁頂部為掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片預(yù)埋 HPB300φ6@250 的鋼筋。樁間掛設(shè)φ6@250 mm×250 mm 的鋼筋網(wǎng)片，并噴射 60 mm 厚C 20 混凝土。

4.3 冠梁上護(hù)坡磚擋墻施工

為了給周邊管溝留出足夠的設(shè)置位置，設(shè)計(jì)將排樁高度降低 1.2 m，在冠梁上部砌 400 mm 厚擋土墻及200 mm×200 mm 強(qiáng)度等級(jí)為 C 20 防滑移擋梁，以滿足在排樁變形過大時(shí)防止護(hù)坡墻滑移，保證安全施工。

5 施工管理

5.1 施工部署及控制要素

5.1.1 施工準(zhǔn)備

審核、批準(zhǔn)施工方案并進(jìn)行專家論證，進(jìn)行有效的技術(shù)、安全技術(shù)交底，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)測(cè)放樁位。

5.1.2 施工段的劃分

項(xiàng)目部將施工現(xiàn)場(chǎng)劃分為 5 個(gè)施工段進(jìn)行施工，對(duì)土方開挖和基坑施工方案進(jìn)行了優(yōu)化，先進(jìn)行一、二施工段施工；在一、二施工段二層封頂后，施工結(jié)構(gòu)對(duì) 2# 樓東側(cè)土體側(cè)壓力有一定的抵消；再大量挖除三、四、五施工段的土方。

5.1.3 施工計(jì)劃安排

施工前以工程計(jì)劃投入的人力、物力、機(jī)械設(shè)備等為依據(jù)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)，統(tǒng)籌兼顧，在確保工期、質(zhì)量、安全的前提下，優(yōu)化資源配置，挖掘機(jī)械、設(shè)備的潛力。

5.2 其他遇到的問題及解決方案

5.2.1 排樁、降水井施工時(shí)遇到局部塌孔

在排樁和降水井打設(shè)時(shí)，局部出現(xiàn)了塌孔和空洞，經(jīng)檢查是由于原有 2# 樓施工時(shí)基坑周邊回填采用了素土和砂夾石。由于濕陷性黃土本身的性質(zhì)導(dǎo)致了塌孔，局部地下有防空洞，經(jīng)過研究采用了排樁樁口和樁身加設(shè)永久性套筒和臨時(shí)性套筒的辦法解決排樁、降水井的施工。

5.2.2 降水井抽水含砂率過高的處理

在土方開挖前 20 天左右開始降水，在降水期間，發(fā)現(xiàn) 3#、4# 降水井含砂率過大，不滿足規(guī)范要求，與監(jiān)理、建設(shè)和設(shè)計(jì)單位及時(shí)溝通，停止對(duì) 3#、4# 降水井的降水，在土方開挖至基坑底后該部位采用集水明排的方法降水。

5.2.3 基礎(chǔ)強(qiáng)風(fēng)化砂巖層換填

土方開挖深度已接近筏板底標(biāo)高時(shí)局部出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)化砂巖層，由于紅砂巖遇水強(qiáng)風(fēng)化的特性致使此部位基坑基層承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，與設(shè)計(jì)院聯(lián)系用 C20 素混凝土換填，滿足地基承載力設(shè)計(jì)要求；強(qiáng)風(fēng)化砂巖挖除如圖4 所示。

圖4 強(qiáng)風(fēng)化砂巖層挖除

5.2.4 與原有車庫連接處防水處理

在施工至 5# 樓地下車庫相接的部位時(shí)，與原有車庫相接部位，從施工質(zhì)量和永久性考慮，與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)院共同研究決定采用兩道防水，地下 2 層接口在水位線以下和接縫后期處理困難，勢(shì)必形成冷縫，在接口坡道處做一集水井，定期抽水。

5.3 基坑及周邊環(huán)境變形監(jiān)測(cè)

本工程基坑為一級(jí)基坑，按規(guī)范要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況由建設(shè)單位委托第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)制定監(jiān)測(cè)方案并審批。監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容為支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移及周邊既有建（構(gòu)）筑物沉降變形及周圍道路的沉降變形、周邊地表裂縫的變形觀測(cè)。采用精密水準(zhǔn)測(cè)量水平和垂直位移（對(duì)傾斜、開裂等跡象進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄、攝影），經(jīng)緯儀測(cè)量?jī)A斜。以經(jīng)緯儀監(jiān)測(cè)為主，監(jiān)測(cè)精度應(yīng)符合要求。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)周期為從基坑降水開始至地下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工至±0.000 結(jié)束。以現(xiàn)場(chǎng) 2# 樓監(jiān)測(cè)點(diǎn) S29 和基坑邊監(jiān)測(cè)點(diǎn) A2 為例，2#樓點(diǎn) S29 累計(jì)沉降量 10 mm；通過對(duì)邊坡位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn) A2 最大水平位移為 12 mm，最大豎向位移為 12 mm。S29 累計(jì)沉降量如圖5 所示，A2（X、Y 軸）累計(jì)位移量如圖6 所示。

根據(jù) GB 50497－2009《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中 8.0.4 要求，一級(jí)基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)報(bào)警值為 10～20 mm，豎向位移監(jiān)測(cè)報(bào)警值為 10～20 mm；對(duì)比監(jiān)測(cè)結(jié)果，基坑周邊建筑物累計(jì)沉降量、基坑邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移和豎向位移均在監(jiān)測(cè)報(bào)警值范圍內(nèi)，基坑處于受控狀態(tài)。

圖5 S 29 累計(jì)沉降量

圖6 A2（X、Y 軸）累計(jì)沉降量

6 結(jié) 語

根據(jù)周邊復(fù)雜環(huán)境條件，本工程分別采用了懸臂樁、樁錨結(jié)合、冠梁上部設(shè)擋土墻、鋼管樁等支護(hù)形式的聯(lián)合支護(hù)措施，有效地解決了濕陷性黃土地區(qū)周邊高層建筑物基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)外墻距離過小造成的結(jié)構(gòu)施工與深基坑支護(hù)的矛盾。實(shí)踐證明，這種綜合支護(hù)措施能在確保安全的前提下，有效地降低工程造價(jià)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，保證了結(jié)構(gòu)工程的順利實(shí)施，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但此方法在施工中對(duì)不同的施工環(huán)境、場(chǎng)地和地層的復(fù)雜多變，具體的支護(hù)形式選用仍需進(jìn)一步研究。由本工程實(shí)例，采用多種支護(hù)形式的聯(lián)合支護(hù)方案，可以充分發(fā)揮各種支護(hù)形式的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到方案可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工安全的目的，可為類似工程提供參考。