塊石淤泥地層深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工實(shí)踐

李云華

（中海油惠州石化有限公司 廣東 惠州 516086）

0 引言

石油化工項(xiàng)目因其對(duì)位置需求的特殊性，場地常布置在沿海沿江周邊，地基往往為填海造陸形成，由于填海過程中的土質(zhì)和分層回填難以保證，完工后的地基往往地層變化較大，土層性質(zhì)復(fù)雜，給工程建設(shè)帶來了巨大挑戰(zhàn)。常見的填海工程中以淤泥為主要填料，受工程管理方式及工期制約［1］，短期內(nèi)的處理方式往往有限［2］，固結(jié)沉降只能完成其中的一部分，基礎(chǔ)施工時(shí)部分淤泥層的性質(zhì)仍較差，特別是受擾動(dòng)時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)下降較快［3］。在淤泥層中進(jìn)行基坑支護(hù)和開挖，方式多樣，但受制于工期、環(huán)境限制，需要選擇符合項(xiàng)目需要的方案［4，5］，同時(shí)要考慮采用地基處理和基坑支護(hù)相結(jié)合的方式，提高邊坡穩(wěn)定性［6，7］。

本文中的項(xiàng)目位于沿海區(qū)域，場地原貌為灘涂，受當(dāng)?shù)赝练劫Y源限制，回填覆蓋層全部為塊石，且深度不一，相較于其它淤泥地層，本項(xiàng)目更為復(fù)雜，施工難度較大。本文以其中的雨水提升池施工為案例，介紹此種地層下基坑支護(hù)和開挖方法，供類似項(xiàng)目借鑒。

1 工程概況

項(xiàng)目場地面積約45 萬m2，原始地貌類型屬于淺海灘涂地貌，經(jīng)填海造地平整而成，場地巖土層自上而下分布5 個(gè)大層，即人工填土層、海相沉積層、海陸交互相沉積層、殘積層及粉砂巖風(fēng)化層，主要地層厚度及巖性如表1所示。

表1 地層特性Tab.1 Geotechnical Properties

場地地下水主要賦存于人工填土層塊石孔隙中，為上層滯水，地下水位平均埋深約2.92 m，水位受海水潮位影響而變化。

雨水提升池位于場地中部，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板尺寸34.8 m×36.8 m，平均埋深7.0 m，局部埋深9.0 m。根據(jù)勘察情況，基坑開挖范圍內(nèi)的地層分布情況：上部為塊石填土層（2.0～7.0 m），下部為淤泥層。設(shè)計(jì)要求對(duì)水池底部地層進(jìn)行水泥土攪拌樁加固處理，以滿足水池承載力需要。

2 基坑支護(hù)方式選擇

2.1 基坑支護(hù)難點(diǎn)

地層地下水系與大海相通，補(bǔ)給源充足，并且塊石填石層透水性極強(qiáng)，在基坑開挖前要做好基坑止水帷幕，阻止地下水向基坑大量涌入。常規(guī)的止水帷幕做法有2 種方式，即深層水泥攪拌樁和高壓旋噴止水樁，主要的難點(diǎn)有：

⑴深層水泥攪拌樁受其施工工藝的限制，若不采取特殊措施，在塊石填土層中無法施工。

⑵高壓旋噴止水樁，是利用高壓噴射純水泥漿破巖，形成水泥柱狀體從而形成止水帷幕。但由于該塊石填土層孔隙較大，會(huì)造成水泥漿的大量流失，很難形成水泥柱狀體，從而起不到形成止水帷幕的功效。

⑶因塊石層下即為淤泥地層，需要考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，由于淤泥為飽和流塑狀，錨索及土釘在該層的錨固力極其有限，所以常規(guī)的樁錨結(jié)構(gòu)、錨索結(jié)構(gòu)、土釘墻結(jié)構(gòu)等均不適用。

⑷若采用水泥擋土墻結(jié)構(gòu)需進(jìn)行深層水泥攪拌樁施工，難以穿越塊石填土層；而樁和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)及地下連續(xù)墻和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式，在支護(hù)樁施工中需采用沖孔灌注樁進(jìn)行成樁/槽。根據(jù)本項(xiàng)目前期樁基礎(chǔ)試驗(yàn)成果，沖孔灌注樁成孔困難，塌孔嚴(yán)重，工期較長，效率大大降低。

⑸該地塊具備足夠的放坡空間，但淤泥地層的抗滑移穩(wěn)定性不夠，不能單獨(dú)采用放坡結(jié)構(gòu)形式。

2.2 基坑支護(hù)形式選擇

在綜合分析基坑支護(hù)的重難點(diǎn)后，結(jié)合現(xiàn)場施工需要，在基坑開挖的同時(shí)需要給出周邊的其它施工作業(yè)面，以及防止周邊地面下沉影響周圍已建設(shè)施，采用放坡和支護(hù)樁相結(jié)合的方式，上部填石層采用水泥砂漿樁形成止水帷幕，坡底增設(shè)抗滑樁確?；拥目够品€(wěn)定性，同時(shí)在基坑開挖的過程中增設(shè)水平向及垂直向注漿錨管，通過向地層內(nèi)注入水泥漿改善地層的力學(xué)參數(shù)，確保基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)勘察報(bào)告中此處鉆孔的情況，選取確定的土層力學(xué)參數(shù)，具體如表2所示。

表2 基坑邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.2 Design Parameters of the Retaining and Protection Structure

基坑開挖深度約為7.0 m，局部為9.0 m?；拥壮叽鐬?8.0 m×40.0 m，基坑頂尺寸為62.0 m×63.0 m?；釉谔钍瘜影?∶1.3 放坡，留設(shè)1.5 m 寬平臺(tái)，在淤泥段按1∶1.5 放坡，設(shè)置水平錨桿及豎向錨桿進(jìn)行分層支護(hù)，坡腳設(shè)置格柵式攪拌樁，止水帷幕采用φ400@600 壓密砂樁。典型的坡面設(shè)計(jì)如圖1所示。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：

⑴錨桿：采用φ48 鋼管，用壓力注漿法注入水泥漿。一次常壓注漿，注漿壓力約0.5～0.8 MPa；

⑵面層：坡面掛φ8 鋼筋網(wǎng)@200 mm×200 mm，與錨桿端部采用鋼筋焊接連接，噴射混凝土面層，面層混凝土強(qiáng)度C20，厚150 mm。

⑶水泥攪拌樁：樁徑φ800 mm，間距650 mm，樁間搭接距離為150 mm，水泥摻入比15%，水灰比0.4～0.5。

圖1 基坑支護(hù)典型坡面設(shè)計(jì)Fig.1 Typical Slope Design of the Excavation

3 基坑支護(hù)施工與開挖

為解決上部填石層的止水問題，采用水泥砂漿止水樁止水，施工時(shí)沿基坑四周對(duì)塊石層進(jìn)行帶狀換填，土方就地采用挖出的淤泥土，換填時(shí)須分段進(jìn)行，防止下部淤泥上涌，換填完成后進(jìn)行水泥砂漿止水樁施工，達(dá)到齡期后開始開挖基坑內(nèi)土方。

基坑土方開挖遵守分區(qū)、分層、分段、對(duì)稱、均衡、適時(shí)的原則。整個(gè)基坑可分為兩大區(qū)域，即“周邊區(qū)”（支護(hù)工作區(qū)，按支護(hù)底邊線向坑內(nèi)約8 m 范圍）及“中心區(qū)”（相對(duì)自由開挖區(qū)），由“周邊區(qū)”向“中心區(qū)”方向退挖，出土通道留在中心區(qū)并通過預(yù)留出土口，出土口處最后開挖支護(hù)。

土方開挖時(shí)，每層錨桿分一層，每層高度與錨桿垂直間距相一致，開挖一層支護(hù)一層，且每層分段開挖，分段長度10～15 m。允許跳挖，每次開挖多段，各段之間間隔5 m 以上，但絕不允許超挖，并設(shè)專人規(guī)劃和指揮。

基坑開挖至-3.5 m 平臺(tái)時(shí)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)攪拌樁和水池底部攪拌站同時(shí)施工，達(dá)到整個(gè)基坑范圍內(nèi)土體同時(shí)加固的目的，局部軟弱地層及覆蓋有填石的區(qū)域進(jìn)行換填，滿足機(jī)械行走要求；攪拌站采用“四噴四攪”工藝，噴漿法施工。

基坑開挖過程中對(duì)基坑頂部位移進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果滿足規(guī)范要求。開挖后基坑的整體穩(wěn)定性較好，填石層的止水帷幕發(fā)揮了良好的作用，基坑內(nèi)無地下水匯聚。

4 結(jié)論

塊石和淤泥相結(jié)合的地層中，對(duì)填石及其賦存的地下水的處理是基坑設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵，本文提出了采用帶狀換填、循序推進(jìn)的方式進(jìn)行上部止水帷幕的施工，在淤泥層中打入注漿花管提高邊坡的穩(wěn)定性，底部采用水泥土攪拌站加固土體防止滑移，同時(shí)采用格柵式布置，相較于其它支護(hù)方式既確保了基坑穩(wěn)定，又節(jié)約了大量成本，對(duì)類似的地層基坑開挖工程具有較好的推廣價(jià)值。