基于砂層深基坑開挖與支護施工技術探討

劉志華

（清遠市建設工程綜合服務站 廣東清遠511510）

1 概述

近年來，由于建筑工程施工數(shù)量不斷增加，對深基坑開挖技術和支護技術要求越來越高，而深基坑開挖施工是建筑工程地下工程部分施工的關鍵［1］。為了確保建筑施工的安全性以及質(zhì)量，工作人員需要重視開挖技術與支護的技術的實施。因此，由圖1 可看到1 號風井其頂板覆蓋著約6.5 m 的土層。其右線由K27+780.850 起，到K32+166.000 止，在上述區(qū)間內(nèi)施工主要采用盾構法。包括4.58 m 的土釘支護段在內(nèi)，整體的底板埋深為35.92 m，所采用的土釘型號為110（C25）型，間距為1 100×1 100，坡度為1∶0.5，為了便于后期施工，需要在土釘墻與圍護樁間預留一個小平臺，其最小寬度要在1.5 m 以上，這里所涉及到的圍樁長度以及嵌入深度分別為39 m 和11 m。在對風井進行相關的施工操作時，當前所采用的方法為明挖法，其基于土釘支護再配合樁撐支護體系來完成主體的圍護，具體所采用的圍護樁型號為φ 1 000@1 300，兩樁間需要掛網(wǎng)噴厚度為70 mm 的C20 射混凝土支護。從整體來看風井的結(jié)構為地下5 層兩跨箱型框架結(jié)構。

圖1 風井規(guī)劃Fig.1 Windwell Plan

1.1 周邊環(huán)境及地質(zhì)情況

通過實際的地形勘察發(fā)現(xiàn)，在本工程東北側(cè)有一處跑馬場，其與河南岸之間的間隔不到900 m，其西南側(cè)主要為居民區(qū)［2］。本工程所處地段為滹沱河中下游，使得該區(qū)域有較厚的飽和沙質(zhì)粉土層沉積，同時在砂層中也會摻有一定比例的卵石、黃土狀粉質(zhì)黏土及礁石層?；谒ㄔO的建筑物為磚混型，結(jié)合上述區(qū)域的地質(zhì)特征，由此特繪制出地質(zhì)分層圖，如圖2所示。

1.2 水文地質(zhì)及地下水評價

對場地附近區(qū)域以最大鉆探深度不超過60 m 的標準進行了勘察鉆探，在實際測量中并沒能由此測得地下水位，但根據(jù)對周圍區(qū)域地下水位的相關資料進行深入分析研究后，假設石家莊地鐵1 號線二期北部分已有一層標高為20～23 m、埋深為40～43 m 的地下水（潛水型）存在，將其埋深與該工程結(jié)構底標（31.121 m）相互比較發(fā)現(xiàn)，降水措施不需要額外納入到施工考量范圍內(nèi)。

圖2 地質(zhì)分層Fig.2 Geological Stratigraphy

對于混凝土結(jié)構而言潛水會對其造成一定腐蝕，而對于鋼筋這類金屬材料而言，腐蝕效果將會被進一步加?。?］。而本工程最低標高為31.121 m，其與地下水之間的間距大概在11 m 左右，因此進一步佐證了不需要考慮降水措施這一方面的內(nèi)容。

2 基坑開挖支護方案

2.1 基坑圍護結(jié)構及支撐

本基坑采用圍護樁附加混凝土以及鋼支撐來進行支護，所用鋼支撐共6 道，混凝土支撐僅1 道，但其為第1道支撐。在挖基坑內(nèi)土方時不需要考慮降水措施，面層采用了厚度為7 cm 的掛網(wǎng)噴射C20 混凝土支護，具體的基坑支護形式如圖3所示。

圖3 基坑支護形式Fig.3 Type of Pit Support

2.2 土方開挖

2.2.1 開挖原則

在實際的開挖環(huán)節(jié)需要嚴格遵照以下幾項規(guī)定來進行：①要分層、分段進行挖掘，即要確保上層作業(yè)面已完全完成錨桿注漿與噴射混凝土后，才可開始挖掘下一層作業(yè)面；②基于支護施工需要與開挖輪流進行，因此開挖深度不得超過1.2 m，且在遇到砂層時最大開挖深度要限定在1.0 m 以下，即需要根據(jù)具體的砂層穩(wěn)定性來靈活調(diào)整開挖深度；③為了便于后期施工（支護施工），需要進行削坡，此時需要借助小型機具或鏟鍬使坡面變得平穩(wěn)光滑；④為了保證開挖工作能夠在預定的時間內(nèi)按期完成，要在保證質(zhì)量的前提下加快開挖速度，盡可能減少邊坡土地在空氣中的裸露時間。

2.2.2 開挖方法

“橫向自西向東分區(qū)推進”是挖掘至冠梁以下時必須遵照的順序：①當前在進行土方挖掘時，常用大型反鏟挖掘機挖掘第1 層土方，由此產(chǎn)生的廢料直接由裝載車運出，如圖4?所示；②采用中間拉槽開挖的方式完成第2 層土方的挖掘，即挖掘機械被直接置于中槽內(nèi)，具體的技術參數(shù)為中槽深度3.3 m、槽底寬為5 m，中槽邊坡坡率為1∶0.75。

當挖掘進行至大約鋼支撐下部500 mm 時，出于施工安全方面的考量，需要采取一些如安裝鋼圍檁、設支撐之類的防墜落措施，具體如下：①第2、3層土方挖掘機需要相互配合進行翻土和轉(zhuǎn)土，以圖4?為例，第3層挖掘廢料將被置于第2層土方之上；②挖掘進行到第3道支撐以下0.5 m 時，需要縱向拉中槽并配套安裝鋼圍檁及鋼支撐，具體的施工參數(shù)第2層土方一致。隨后讓挖掘機在其內(nèi)作業(yè)，具體的挖掘過程如圖4?所示，即對該區(qū)域內(nèi)的土方同時使用2 臺挖掘機進行作業(yè)，挖出的物料借助于汽車吊進行運輸；③當挖掘深度至基坑底20 cm 以上時，清土工作主要由人工和小型挖機來共同配合完成。

圖4 土方開挖Fig.4 Earth Excavation

2.3 樁間網(wǎng)噴支護施工

樁間噴射強度為C20、厚度為80 mm的混凝土層。所采用的鋼筋網(wǎng)型號為準φ 8@150×150，其長度和豎向間距分別為1.0 m和1.2 m，其橫向間距與樁間間距相同，在φ 16 鋼筋釘?shù)妮o助作用下，其能夠被固定于土地內(nèi)。樁內(nèi)掛網(wǎng)鋼筋采用長度為250 mm、豎向間距為1.2 m的φ 14 植筋。鋼筋網(wǎng)與橫向拉筋可在鐵絲的作用下被連接，借助于單面焊接的方式可將橫向拉筋與掛網(wǎng)鋼筋連接在一起［4］。

3 基坑支護

3.1 滲透注漿支護

本工程選用C35 水下混凝土作為基坑圍護樁的材料，所采用的護樁直徑、兩護樁間的間隔以及各護樁的嵌入深度分別為1 100 mm、1 200 mm和11 m?；诮ㄔO區(qū)域位于滹沱河中下游段，因此有70%左右的土體粒徑在0.25～0.65 mm 間（粉細砂）。在開挖土方過程中，沙土內(nèi)的水分會隨著其在空氣中裸露時間的延長而發(fā)生遷移，因而會對整體土體的穩(wěn)定性造成一定的損傷，因此未來需保障土體的穩(wěn)定性，需要在混凝土噴射前預先進行一些可增加土體穩(wěn)定性的滲透注漿處理［5］。

在進行相關的滲透注漿加固處理前，需要在淺基坑四周（距離基坑圍護樁約3 m 范圍）設置32 個孔深以及孔徑分別為35.92 cm 和4.50 cm 的注漿孔，其應當均勻散布在基坑四周，且需注意相鄰兩注漿孔之間保持3.3 cm左右的間距［6］。漿液在一定壓力下經(jīng)由注漿孔滲透入土體并逐漸凝固，原土地中孔隙內(nèi)的自由水以及氣體將會被擠壓出去，土體穩(wěn)定性將大大提高［7］。雖然在上述過程中土體會承受一定的壓力，但這部分壓力對于土體穩(wěn)定性所造成的影響基本可以忽略。隨后為了了解滲透注漿后累計沉降值的變化，在基坑周邊設置了一些地表沉降觀測點。原本土層中的空隙經(jīng)由注漿得到填充，實踐表明，在經(jīng)過注漿后，土體的地表累計沉降值減小，塑性得到提高。注漿口分布如圖5所示，注漿口剖面如圖6所示。

圖5 注漿口分布Fig.5 Slurry Port Layout

圖6 注漿口剖面Fig.6 Profile of the Injection Port

3.2 樁間網(wǎng)噴支護

本工程所選用的樁間噴射支護原材料為C20 混凝土，支護所采用的鋼筋為準φ 8@150×150，樁立面上鋪設鋼筋網(wǎng)片，兩網(wǎng)片之間的間距為150 mm，采用的固定材料為水平筋和豎向鋼筋。

在噴射過程中表面砂土層由于裸露在空氣中與剛噴射上的混凝土一同發(fā)生脫落，同時混凝土與土體的黏貼也會受到一定影響，使得噴錨面無法及時閉合［8］。尤其是在陰雨天氣，受到雨水作用面層砂土將會被沖刷，由此降低基坑穩(wěn)定性。此外，噴射混凝土時面層脫落還會造成一系列的其他問題，其中較為頻發(fā)的就是流沙現(xiàn)象。

結(jié)合實際的施工情況，為了避免粉細砂土坍塌現(xiàn)象，同時盡量提高混凝土與鋼絲網(wǎng)的粘結(jié)性，將一層規(guī)格為0.5 mm×0.5 mm 的鋼絲網(wǎng)鋪設在網(wǎng)片內(nèi)部，鋼絲網(wǎng)填充操作如圖7所示。

圖7 填充鋼絲網(wǎng)Fig.7 Filled Wire Mesh

各層土方完成開挖后均需要進行相應的樁間加固操作：①對焊接水平筋進行加固，具體操作為將2根40 cm 長的C16 短鋼筋分別植入到圍護樁兩側(cè)；②將鋼絲網(wǎng)置于鋼絲鋼筋的內(nèi)側(cè)［9］；③將準φ 8@150×150鋼筋網(wǎng)片置于鋼筋外側(cè)；④嚴格按照預定的設計方案，將噴頭置于離圍護樁面1.0～1.2 m 處，將風壓調(diào)整至0.3～0.5 MPa 之間，噴頭以近螺旋型的軌跡對面層噴射混凝土，噴射軌跡近似于“S”形。

噴射共分2 次進行，待第一次噴射后混凝土層終凝完成后，開始第二次噴射，第一次噴射厚度控制在3～5 cm，第二次需達到預定的厚度8 cm。

實踐結(jié)果表明，混凝土噴射時粘結(jié)力隨著鐵絲網(wǎng)的增設得到了明顯的提升，混凝土以及面砂的脫落情況有了明顯的改善。

4 結(jié)語

本文研究的基坑位于滹沱河中下游地段，因此土層中含有較多水分，且多為粉細砂土，這使得土體在穩(wěn)定性方面表現(xiàn)欠佳，導致基坑開挖速度緩慢，同時也給基坑支護結(jié)構的施工效果帶來一定的負面影響。為了緩解面層粉細砂脫落現(xiàn)象，提出了將鋼絲網(wǎng)置入網(wǎng)片內(nèi)部再配合基坑四周滲透注漿這一方式［10］，實踐結(jié)果表明其在提升整個土體結(jié)構的穩(wěn)定性方面發(fā)揮出了十分積極的作用，同時上述方式還有效提高了噴錨面的施工質(zhì)量?？傮w來看該方法具有較強的可行性以及實用性。