城中歷史街區(qū)巖石地層條件下的基坑支護施工技術

王祺國 李明華 李 駿

上海建工二建集團有限公司 上海 200080

1 工程概況

1.1 基坑概況

萬壽宮歷史文化街區(qū)建設項目位于江西省南昌市，基坑總面積約30 000 m2，支護周長1 463 m，開挖深度為14 m，最深處達17 m。本工程地下室共2層，采用混凝土框架結構，后期作為商業(yè)運營停車場之用。

1.2 地質(zhì)、水文概況

南昌市萬壽宮歷史文化街區(qū)建筑工程場地的四周起伏較小，東側翠花街的標高約23.0 m，西南側船山路場地標高約24.0 m，中山路場地標高約24.3 m；場地中央修繕建筑場地標高22.5～24.0 m。

場地地下水按其含水介質(zhì)和埋藏條件，可劃分為上層滯水、第四系松散巖類孔隙性潛水。根據(jù)勘察報告，上層滯水主要賦存于第四系全新統(tǒng)雜填土層中，水位埋深1.6～4.3 m，標高為19.97～20.48 m。主要受地表水排泄及大氣降水影響。根據(jù)鉆探揭露，第四系孔隙性潛水主要賦存于第四系全新統(tǒng)沖積砂礫層中。水量豐富，穩(wěn)定水位埋深3.5～6.6 m，標高為17.74～18.38 m，年變化幅度3～5 m。擬建場地距離贛江約900 m，主要受贛江河水側向徑流排泄及補給影響。

2 工程難、特點分析

2.1 施工環(huán)境復雜

基坑周邊有多棟2～3層待修繕的民房，磚結構、木結構，淺基礎。地下室邊線到民房的最近距離僅為3 m。管線距離地下邊線3～10 m，管線埋深小于2.5 m。

2.2 坑外水位高

本項目地處南昌市，緊鄰贛江邊，坑外水位常年處于一個相對較高的平面，且坑外地表水及地下補水也相對豐富，給后期錨索施工帶來不小的困難。

2.3 原有建筑基礎（障礙物）較多

本項目前身為歷史文化街區(qū)，場地內(nèi)有較多的古建筑及原有老建筑，且建筑密集度也比較高，而據(jù)現(xiàn)場實地觀察，原有建筑的基礎也基本存在于現(xiàn)場內(nèi)，給灌注樁及止水帷幕的施工也帶來了一定的阻礙。

2.4 基坑支護結構形式復雜、施工質(zhì)量難以保證

根據(jù)基坑自身條件及周邊環(huán)境特點，原始場地內(nèi)各形式建筑眾多，包括木、磚、混凝土結構等建筑。建筑基礎形式多樣，其中樁、磚石基礎對現(xiàn)場樁基施工有較大影響。同時場地內(nèi)高密度的既有建筑很大程度限制了三軸攪拌樁及鉆孔灌注樁施工設備就位所需的空間，對現(xiàn)場施工造成了一定的困難。另外，場地西側距離贛江支流撫河約200 m，距贛江約900 m，與贛江水系存在直接的水力聯(lián)系，受贛江補排影響較大，故場地外的高水位及相對豐富的地下水，給錨索的施工也帶來了非常不利的影響?？拥字酗L化的巖層地質(zhì)堅硬，常規(guī)設備亦無法滿足施工需要，施工質(zhì)量更加難以保證[1-2]。

3 施工關鍵技術及施工方案

3.1 錨索施工方案

3.1.1 原施工方案實施效果

項目現(xiàn)場在施工第1道錨索時，大量不明水流從錨索孔涌入基坑內(nèi)，錨索下錨后連續(xù)灌漿10 t左右仍無法灌滿（常規(guī)灌漿1 t左右即可灌滿）。第1道錨索孔開孔長度為20 m，在開孔至8～10 m時，錨索孔開始涌水（圖1），判斷鉆孔至8～10 m時進入富含水雜填土層，且水位較高，造成涌水。故而常規(guī)的錨索施工工藝無法運用。

圖1 現(xiàn)場實際情況

3.1.2 類漿囊袋錨索施工方案

漿囊袋錨索（圖2）是一種采用注漿工藝擴大錨桿直徑、具有較高抗拔力、特別適用于軟弱土層的錨桿施工工藝。常規(guī)的錨索注漿工藝對漿液的擴散無法進行控制，采用漿囊袋后，水泥漿注入漿囊袋內(nèi)，漿液的擴散受漿囊袋制約，從而保證漿液在可控范圍內(nèi)擴散。由于漿囊袋錨索為特別適用于軟弱土層的施工工藝，現(xiàn)場實際施工土層為富含水雜填土層，且建筑垃圾較多，故現(xiàn)有漿囊袋錨索施工工藝并不完全適用該現(xiàn)場情況。我們對現(xiàn)有的漿囊袋錨索工藝進行了細節(jié)上的改進，取消了囊袋中間間隔性的收束，只收束了首端和尾端，既簡化了工藝流程，又更適用于目前的雜填土層的環(huán)境?，F(xiàn)場具體施工流程為：在現(xiàn)場錨索制作完成后，將土工布制成的囊袋套入錨索；在鉆孔完畢后，將漿囊袋錨索下錨，并將孔口堵實以止住流水；進行注漿工作，在水泥漿溢出孔口時停止注漿（圖3）。

圖2 漿囊袋錨索示意

圖3 漿囊袋錨索現(xiàn)場施工

3.1.3 錨索施工效果分析

相較于常規(guī)工藝，類漿囊袋錨索在材料上僅增加了少量的囊袋材料費用，在工序上僅增加了一道套囊袋的工藝，且施工較為便捷，沒有影響工期；在材料用量上，與常規(guī)工藝的水泥漿用量基本持平。

后期試驗結果也表明，類漿囊袋錨索施工工藝在水泥漿及相關構件達到設計的強度之后，抗拔力檢測數(shù)值能達到440 kN，滿足設計要求的426 kN的最大值。

3.2 灌注樁施工清障

施工前場地內(nèi)主要為木、磚、混凝土結構等建筑且數(shù)量密集。拆遷完畢后經(jīng)開槽探挖，木、磚建筑基礎主要為磚砌或石砌淺基礎，混凝土建筑基礎主要為樁基礎，樁與柱相連，樁間設梁進行連接，此類基礎對圍護施工和開挖施工影響較大。另外，本項目北側緊鄰地鐵1號線，圍護樁施工范圍內(nèi)存有大量地鐵主體施工階段的臨設基礎、龍門吊基礎梁、施工便道等混凝土結構，施工前對上述障礙物均需予以處理。

3.2.1 深度小于5 m的淺層障礙物

對深度小于5 m的淺層地下構筑物或樁基礎，直接利用DH225-9挖機和鎬頭機配合進行處理。先用挖機在構筑物邊進行探挖，確定構筑物大致深度。然后采用明挖放坡形式將障礙物4 m范圍內(nèi)作為開挖邊線逐步進行破除、清理、裝車。

本工程地下水位較高，原地面下2 m左右開始有淺層滯水，坑內(nèi)在標高低處設置1個集水井，開挖時四周設臨時坡度將水匯入集水井，利用水泵進行抽排。

3.2.2 深度大于5 m的深層障礙物

1）圍護樁受障礙物影響處的處理。影響圍護樁施工的障礙物深度超過5 m時，在紅線范圍內(nèi)圍護樁向外平移1.2 m，每側在相鄰樁處增加1根角樁。

2）工程樁受障礙物影響處的處理。按照設計圖紙放樣出工程樁位置，為不影響工程進度，先將工程樁樁側2 m影響范圍內(nèi)障礙物用反鏟挖機進行探挖、清除，清除深度2 m左右，然后回填至原地面。當影響工程樁施工的障礙物深度超過5 m時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在影響范圍兩側20 m左右間距設置2個管井進行降水，降水井直徑0.4 m，上端采用黏土層進行封堵，濾水層厚度0.2 m，采用3～15 mm單級配礫石過濾層。管井為 400 mm的PVC加筋管，底節(jié)作濾管，濾管壁周圍鉆取直徑約10 mm的梅花形孔，井深12～13 m，管底進入強風化不小于0.5 m，降水井結構如圖4所示。障礙物開挖前先進行降水，降水深度在開挖面以下1 m，然后采用明挖放坡形式將障礙物4 m范圍內(nèi)作為開挖邊線逐步進行破除、清理、裝車。

3.3 止水帷幕的施工質(zhì)量保證

3.3.1 冷縫處理

圖4 降水井結構示意

在圍護施工過程中，受現(xiàn)場建筑物、地下管線、原建筑拆除和地下障礙物影響，三軸攪拌樁止水帷幕在相應區(qū)域無法進行連續(xù)施工從而形成冷縫。冷縫處易引起樁間滲漏、涌水、涌沙等險情，為保證后續(xù)基坑開挖安全，三軸攪拌樁施工完成后需對冷縫處進行處理。

同時，部分區(qū)段的三軸攪拌樁由于距離紅線外建筑物安全距離不足、受地鐵建筑和市政供水管影響等原因無法施工。

針對以上施工難點，現(xiàn)場采用φ700 mm@450 mm高壓旋噴樁進行冷縫處理，處理范圍為冷縫左右各3 m。三軸攪拌樁斷開處采用φ700 mm@450 mm高壓旋噴樁，三軸攪拌樁外側與高壓旋噴樁重合處按照冷縫處理，處理范圍約3 m。

無三軸攪拌樁處鉆孔灌注樁止水采用φ 700 mm@450 mm高壓旋噴樁在樁間設一根、外側設一排進行咬合，深度均進入強風化巖不小于500 mm（圖5）。

圖5 三軸攪拌樁斷開處止水處理

3.3.2 入風化巖層深度保證措施

本工程止水帷幕根據(jù)設計要求，需入風化巖層不少于500 mm，常規(guī)設備及技術較難滿足這一要求。為滿足設計需求，項目現(xiàn)場采用GJ-200（YJ）型地質(zhì)鉆孔機對入巖部分先進行取孔作業(yè)，待取孔完成后再進行高壓旋噴，最終完成止水帷幕的施工。

4 開挖過程中的搶險措施

4.1 坑外降水井的設置

考慮到本工程周邊的地質(zhì)環(huán)境特點和地下水豐富的特性，在基坑開挖過程中，為盡量減少因支護滲水而產(chǎn)生的基坑安全風險，同時考慮到支護結構往往在轉角處為最薄弱點，故在坑外支護結構轉角處設置了坑外降水井，降水井管徑為600 mm，井深度為不小于入巖深度500 mm。通過坑外的降水，從而降低坑外水位，以確?；娱_挖的順利進行。

4.2 高壓注漿

本工程在開挖過程中，出現(xiàn)幾次樁縫涌沙的現(xiàn)象，主要集中在三軸攪拌樁無法施工的區(qū)域（現(xiàn)場既有建筑導致設備無法就位，后期改為高壓旋噴樁）。從現(xiàn)場實際情況進行分析，原因有如下幾點：現(xiàn)場地表存在老城墻基礎及填筑的建筑垃圾，高壓旋噴樁存在偏孔和斜孔的可能性；高壓旋噴樁在礫石砂層中成樁效果較差，場地內(nèi)礫石砂層厚度在8～12 m不等，局部存在不成樁的可能性；過多的回填砂，可能在地下形成了一個過水通道和地下暗塘。

針對現(xiàn)場漏水的樁縫，在樁間冠梁頂以引孔機引孔（底部進入強風化巖1 m），再以單重管高壓旋噴鉆機從底至頂進行噴漿。

待高壓旋噴注漿完成后，立即插入鍍鋅注漿管，進行雙液注漿填充。

5 施工效果

本工程深基坑目前已完成地下室主體結構施工。施工監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：冠梁頂豎向沉降最大變形值為14.1 mm（報警值為20 mm）；冠梁頂水平位移最大變形值為18.5 mm（報警值為20 mm）；周邊道路及建筑物沉降最大變形值為20.0 mm（報警值為30 mm）。

通過觀察發(fā)現(xiàn)，所有產(chǎn)生最大變形值的點位均處于基坑西南側靠船山路處。經(jīng)分析，船山路下管線較多、道路狹窄且大型車輛較多、船山路路邊均為淺基礎老舊民房等是造成此段區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)變形值較大的主要原因。但所有監(jiān)測值均未報警，基坑施工工作在保證安全的前提下順利完成。

6 結語

伴隨經(jīng)濟的發(fā)展和中部地區(qū)的開發(fā)，南昌地區(qū)正在進行含地下空間開發(fā)的綜合改造，面臨著大型地下空間開發(fā)、周邊環(huán)境保護、大型生命管線保護、沿江地下障礙物密集地層圍護結構施工和復雜交通組織等難題，任何關鍵節(jié)點均具有極強的社會影響性。在城中歷史街區(qū)施工環(huán)境較為復雜的情況下，通過有效的前期（支護選型、灌注樁施工清障）中期（錨索施工工藝優(yōu)化等）、后期（止水帷幕封閉）措施，順利、安全地完成了城中歷史街區(qū)圍護結構的施工，為今后類似工程提供了有效的參考經(jīng)驗。