富水砂卵石層深基坑支護(hù)技術(shù)研究

摘要：富水卵石層是當(dāng)前地下工程建設(shè)過程中普遍面臨的問題，受制于富水卵石層實際特點，在相關(guān)地區(qū)進(jìn)行基坑開挖作業(yè)過程中極易出現(xiàn)較大程度的底層變形，這種情況會大幅降低基坑安全性，本文所提及的工程在富水卵石層進(jìn)行基坑挖掘作業(yè)中出現(xiàn)了涌砂和涌水現(xiàn)象，其對富水卵石層深基坑支護(hù)技術(shù)提出明確要求。因此本文以該工程為例，結(jié)合對富水卵石層深基坑施工特點研究與分析，提出其在實際工程中的應(yīng)用，如基坑的止水和降水設(shè)計、基坑開挖過程中的降水設(shè)計和富水砂土層和隔水層降止水有效措施等內(nèi)容，以供進(jìn)而為保障深基坑支護(hù)技術(shù)的施工質(zhì)量提升做出技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：富水卵石層;深基坑挖掘;支護(hù)技術(shù)

中圖分類號：U415.6

0引言

在當(dāng)前我國城市化發(fā)展進(jìn)程不斷深化背景下，各類地下工程數(shù)量逐年提升，各類基坑工程數(shù)量也隨之提升。其中最具代表性的工程為地下過街通道明挖深基坑工程，此類工程在實際作業(yè)過程中對周邊建筑、管線具有直接影響，一旦挖掘作業(yè)過程中出現(xiàn)事故極易導(dǎo)致施工地區(qū)出現(xiàn)大面積地面位移或沉降，不僅對深基坑安全性造成嚴(yán)重威脅，同時也會威脅周邊建筑安全性。這種威脅會在面對富水卵石層等特殊地層時愈發(fā)嚴(yán)重?？紤]到富水卵石層存在結(jié)構(gòu)松散、滲透性較強(qiáng)、粘聚力較低等特點，實際作業(yè)過程中受地下水滲的幾率較大，進(jìn)而引發(fā)突涌及地層坍塌問題，同時此類事故還會導(dǎo)致基坑邊緣出現(xiàn)地基下沉情況，可能導(dǎo)致周邊建筑坍塌或傾斜，威脅群眾生命財產(chǎn)安全。因此，加強(qiáng)對富水卵石層深基坑支護(hù)技術(shù)的研究具有重要現(xiàn)實意義。

1富水卵石層深基坑施工特點概述

1.1施工引發(fā)地表沉降

通過對當(dāng)前深基坑挖掘作業(yè)進(jìn)行分析可知，隨著基坑降水作業(yè)及開挖作業(yè)逐步開展，施工地點周邊地表逐漸出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。根據(jù)施工地周邊設(shè)置的監(jiān)測點所收集數(shù)據(jù)，可以總結(jié)出施工各階段結(jié)束后地表沉降結(jié)果。受富水砂卵石層低黏聚力、高滲透性等特點影響，在相關(guān)區(qū)域進(jìn)行作業(yè)引發(fā)的地表沉降值與影響范圍相對較大[1]。從實際情況分析沉降位置與圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離呈正比關(guān)系，距離越近沉降范圍越大，沉降曲線越陡，導(dǎo)致這種情況的主要原因在于砂卵石層黏聚力較低，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的摩擦力較小，直接導(dǎo)致制約土體下沉能力直線下降，因此可得出結(jié)論，與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離越近，土體沉降量越大。

1.2施工地區(qū)滲流場分布情況

隨著工程深基坑開挖作業(yè)與降水程序逐漸深入，坑外地下水位也隨之下降，進(jìn)而在施工地點周邊形成運(yùn)動滲流場，土體中的孔隙水壓力不斷降低，孔壓分布不均勻。地下水流動趨向可以通過滲流速度矢量分布顯示，考慮到坑內(nèi)外水頭差因素，基坑外速度矢量直線基坑內(nèi)部，在富水砂卵石層深基坑連續(xù)降水作業(yè)過程中，深基坑內(nèi)部土體會在滲透水流作用下出現(xiàn)沙粒在孔隙中移動情況，并在此過程中不斷被水流帶走，土體孔隙不斷擴(kuò)大，水流速度不斷提升，在滲透水流作用下土體中細(xì)顆粒在粗顆粒形成的突襲中不斷移動，最終導(dǎo)致基坑土體內(nèi)部形成空洞，該空洞的面積會不斷提升或流失，引發(fā)流土、管涌等滲透破壞，最終導(dǎo)致深基坑作業(yè)過程中出現(xiàn)地層坍塌、基坑坍塌等安全事故[2]。

1.3滲流壓力分析

根據(jù)實際工程建設(shè)情況分析，滲流壓力與水力坡度成正比關(guān)系，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在不同開發(fā)深度會處于不同情況?？紤]到季節(jié)性降水對地下水的影響，微承壓性會存在一定差異，而此變化會導(dǎo)致深基坑建設(shè)過程中出現(xiàn)滲透破壞的可能性大幅提升。隨著降水作業(yè)及開挖進(jìn)程不斷推進(jìn)，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的水力坡降增大，滲流力最大值分布在連續(xù)墻嵌固深度范圍內(nèi)偏下處，基坑開挖深度愈大，滲流力越大，這也與流速矢量分布一致。除此以外，隨著基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度不斷提升，地下水滲流路徑也隨之提升，水頭損失也不斷增大，滲流速度不斷減少，滲流壓力也隨之減小[3]。

2富水卵石層深基坑支護(hù)技術(shù)在工程中的具體應(yīng)用

2.1工程概況

本工程為某下過街通道工程，整個通道呈現(xiàn)反“丁”字型布置，南北兩側(cè)共設(shè)置3處出入口，其中北側(cè)有兩處出入口，南側(cè)有一處出入口。過街通道總長約204.1m，其中主通道長約67.4m，北側(cè)出入口總長（含部分工作井）82.6m，南側(cè)出入口總長（含部分工作井）54.1m。而過主街道全長為58.5m，采取矩形的頂管施工作業(yè)，埋深一般在9.08m。其圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要以土體加固法為主，以鉆孔灌注樁為輔。

在本工程內(nèi)部設(shè)計的土層包含①-1、①-2、②-1b2-3、②-1d3-4、②-2b4、②-2d3-4。其中在工程場地內(nèi)部的地下水分布情況為：孔隙潛水部分主要分布在①層和②-2b4層，而僅3-5年的最高地下水位埋深大約在0.5m，微承壓水主要在②-2b41-2和②-5d1層的粉細(xì)砂中，水體排泄的方式主要是以側(cè)向滲流為主。結(jié)合道路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相關(guān)要求，水文地址資料所標(biāo)注該工程微承壓水位埋深2-3m，標(biāo)高為+4m-+5m之間。其具體的地層情況如表1所示。

2.2基坑降水止水設(shè)計

在本工程的通道基坑中，1#、2#位置采取SMW、 850@600mm的工法樁作為主要的支護(hù)樁，并且其兼具止水帷幕的作用，整體樁體長度為6-21m，坑內(nèi)采取該型號的三軸泥攪拌樁為主要的加固部件，整體樁體長度為3m，另外設(shè)計端封墻措施，采取該型號的三軸深攪樁，樁體長度為6m。

3#通道的圍護(hù)采取 1000@1200mm的鉆孔灌注樁體加上SMW、 850@600mm的工法樁進(jìn)行支護(hù)設(shè)計，在坑體內(nèi)部采取三軸水泥土攪拌樁滿堂地基加固形式，在鉆孔的樁體外部采取三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行止水作業(yè)。同時下井管采用鉆機(jī)的卷揚(yáng)裝置，采用井托法逐節(jié)吊放，井管的連接采取竹片，利用8號鉛絲綁緊，綁扎間距為1m。需要保障井管的順直，在井孔內(nèi)部居中。濾料需要從管井的周圍均勻填入，避免將井管擠扁。利用鋼絲網(wǎng)將井管包好，包扎至-2.0m為宜。

2.3基坑開挖過程中的降水設(shè)計

本工程在1#、2#通道設(shè)置降水井和回灌井，在3#通道處設(shè)置接收井和降水將，并且井深均為原來地面到基底以下6m。同時為了滿足施工工期要求，需要先采用規(guī)格為20-80T揚(yáng)程的30m深井潛水泵，其布置方式需要結(jié)合現(xiàn)場實際地下水位進(jìn)行調(diào)整。隨后結(jié)合降水井的設(shè)計要求，擬選擇YQ型潛水泵，流量為60-80t/h，揚(yáng)程高于30m，降水泵功率前4個月采取5.0kW型號，在后8個月采取3.5kW型號。如果在施工期間遇到降水，則需要24小時值班作業(yè)，分布情況為每天3臺班或者每天6人。

2.4富水砂土層和隔水層降止水有效措施分析

（1）1#通道墊層管涌降水措施。在基坑的北側(cè)設(shè)置3口30m深度的降水井，并以涌砂和涌水點進(jìn)行中心布置，將降水井下降到地面②-4d1-2層中11m。其中降水井孔徑為1m，管徑為60cm。隨后將3口降水井一同啟動，將地下水位降到基坑下部的1m左右位置。

（2）2#通道涌砂涌水止水措施。沿著2#通道的12m長度SMW工法樁內(nèi)側(cè)向東1m位置，南北橫向打出一排拉森鋼板樁，并且其與工法樁體的間隙位置各施打3根高壓旋噴樁，進(jìn)行搭接位置的要和，將通道進(jìn)行閉水封閉設(shè)置。當(dāng)2#通道的基坑被再次開挖后，可以有效的控制涌砂涌水問題，并注意開挖期間需要利用注漿方式來對其輕微的漏點進(jìn)行封堵，避免高壓旋噴樁出現(xiàn)事故和問題。

2.5富水卵石層支護(hù)技術(shù)分析

基于本工程實際需求，選擇土體加固法作為其支護(hù)技術(shù)進(jìn)行施工圍護(hù)，保障施工安全。首先在地下工程建設(shè)過程中需要對基坑進(jìn)行加固，尤其是在富水卵石層基坑開挖作業(yè)中，如果缺失相應(yīng)的加固措施，施工過程中基坑外部地下水會向基坑內(nèi)部滲透，并在基坑底部形成降水漏斗，尤其是在坑角位置相關(guān)表現(xiàn)更為明顯。在此情況下，基坑坑壁穩(wěn)定性會大幅下降，同時也會引發(fā)基坑周邊區(qū)域出現(xiàn)地基沉降問題[4]。因此，通常情況下施工團(tuán)隊在實際作業(yè)過程中需要采用注漿工藝對土體進(jìn)行加固，通過將以水泥基為主體的漿液材料注入施工區(qū)域地層中，利用漿液凝固硬化形成的加固層及止水層形成支護(hù)效果。

在相關(guān)試驗結(jié)果分析中指出，加固后基坑坑壁土體滲透系數(shù)會隨著注漿孔距的增加而增加，加固效果也會隨之下降，根據(jù)實際研究發(fā)現(xiàn)，采用單液漿與雙液漿進(jìn)行加固同樣受此效果影響。同時，在試驗研究過程中還對注漿作業(yè)過程中的各種參數(shù)對最終加固效果的影響進(jìn)行研究，并得出結(jié)論，超細(xì)水泥漿與砂卵石層的結(jié)合性較好，可以有效提升夾力注漿效果，同時注漿半徑也得到有效提升[5]。當(dāng)前階段，應(yīng)用最為廣泛的基坑支護(hù)方式為注漿加固，并衍生出wss工藝、tss管注漿工藝等多種工藝種類，并通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計算分析，對注漿壓力、半徑等方面進(jìn)行深入研究，并得出支護(hù)技術(shù)實際效果受工藝影響。

3結(jié)語

綜上所述，在富水卵石層進(jìn)行基坑開挖作業(yè)過程中，受富水卵石層結(jié)構(gòu)松散、滲透性較強(qiáng)、粘聚力較低等特殊的物理特性影響，如果在是實際施工過程中未能做好相應(yīng)支護(hù)措施，會大幅降低基坑施工安全性。通過對當(dāng)前常見的支護(hù)措施可以得出以下結(jié)論：第一，土體加固及設(shè)置止水帷幔法是當(dāng)前比較常見的支護(hù)輔助措施，多數(shù)富水砂卵石深基坑施工作業(yè)主要采用上述兩種技術(shù)實現(xiàn)止水、加固目的，提升施工安全性;第二，考慮到施工區(qū)域的差異性，難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此施工單位在實際開始作業(yè)之前需要針對實際情況進(jìn)行數(shù)值模擬計算于分析，由于數(shù)值具有針對性，因此施工單位在實際采用土體加固的注漿工藝過程中尚需要進(jìn)行探索;第三，當(dāng)前階段，我國在富水砂卵石層基坑支護(hù)技術(shù)及相關(guān)施工工藝尚存在較大優(yōu)化空間，從實際發(fā)展情況分析施工單位在施工前期進(jìn)行數(shù)值模擬計算時所取數(shù)據(jù)往往與實際情況存在一定差異性，因此施工單位應(yīng)注意模擬計算中存在的誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]何蕃民、彭濤、鄧安、李耀家、楊華斌、楊連枝.臨河富水砂卵石層深基坑降水方案分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2020，537（32）：307-314.

[2]戴志仁，王俊，李小強(qiáng)，等.富水砂卵石地層礦山法隧道若干關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2019，319（12）：97-103.

[3]趙風(fēng)樓.富水砂卵石地層地鐵暗挖施工地下水防治技術(shù)[J].天津建設(shè)科技，2019，029（002）：27-31.

[4]戴志仁，任建，王俊，等.砂卵石地層礦山法隧道近距離穿越既有線關(guān)鍵技術(shù)研究[J].北京交通大學(xué)學(xué)報，2019，43（04）.

[5]潘世強(qiáng)，鄧俊.富水砂卵石層深基坑近接建筑物安全施工控制技術(shù)研究[J].公路工程，2018，43（3）：173-178.

[6]龐建勇，姚韋靖.松散富水砂卵石層注漿模擬試驗及其工程應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報，2019，15（4）：1156-1163.

作者簡介：賀誠（1990-），男，甘肅定西人，漢族，工程師，本科學(xué)歷，土木工程專業(yè)，主要從事結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計工作。