富水粉砂地層異形深基坑施工安全控制技術(shù)研究

孟 振 韓 磊

1深圳市羅湖區(qū)建設(shè)工程監(jiān)管和住房保障中心 廣東 深圳 518000 2中國(guó)建筑第八工程局有限公司 上海 200122

我國(guó)國(guó)土面積遼闊，地形地質(zhì)多種多樣，其中，富水粉砂地層砂粒含量達(dá)30%以上，其具有含水量大，孔隙比大，承載力小，流動(dòng)性大，自穩(wěn)性差等特點(diǎn)，在這種地質(zhì)環(huán)境下施工，存在較大的施工安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤都有可能導(dǎo)致施工失敗，甚至造成重大事故。富水粉砂地層施工安全控制，是地下工程施工安全控制的重點(diǎn)。深基坑圍護(hù)是常用的加固和保護(hù)措施，具有技術(shù)要求高和操作復(fù)雜的特點(diǎn)，其能保證地下結(jié)構(gòu)施工和基坑周圍環(huán)境安全，提高地基的穩(wěn)定性，減少不良地質(zhì)對(duì)地基的影響。富水粉砂地層條件比較復(fù)雜，地質(zhì)會(huì)受到水文、施工等各種因素的影響，而異形深基坑工程的涉及范圍比較廣泛，容易造成深基坑周圍地基變形等，因此，必須要加強(qiáng)施工安全控制，保證深基坑工程的質(zhì)量和效益。

1 異形深基坑支護(hù)體系的選型

異形深基坑通常規(guī)模不大、深度較深，富水粉砂地層深基坑支護(hù)體系的選型需要嚴(yán)格遵循如下原則，即結(jié)構(gòu)剛度大、變形小，具有良好的連續(xù)性和止水性，施工設(shè)備當(dāng)?shù)匾渍业健⒅ёo(hù)樁能自由組合。支撐圈梁、支撐梁、頂撐梁等通常選擇鋼筋混凝土或型鋼、鋼管等材料，可有效保證支護(hù)保證體系的安全性和可靠性。支護(hù)樁通常選擇柱列式灌注樁、排樁加水泥旋噴樁止水支護(hù)等。用于支撐的圈梁可選擇鋼筋混凝土、鋼管、工字鋼等支撐系統(tǒng)，如果是應(yīng)用鋼管支撐，鋼管的長(zhǎng)細(xì)比要小、相關(guān)構(gòu)件要粗壯。如果是非圓形平面結(jié)構(gòu)的支護(hù)體系，還需要在其轉(zhuǎn)角處放置八字撐來進(jìn)行輔助支撐[1]。

2 工程概況

某城市地鐵兩站區(qū)間，基坑需要開挖的深度是15.76m～17.5m。地下一層放坡開挖寬70m～90m，開挖深度8.4m；地下二層基坑地下車庫(kù)段寬30.95m，剩余段寬 11.9m～24.1m，基坑開挖深度是8.0m～11.5m。深基坑開挖方法采取的是明挖法。在基坑開挖深度范圍內(nèi)，通過分析，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)成主要是砂質(zhì)粉土、雜填土、砂質(zhì)粉土夾粉砂等，整體土質(zhì)結(jié)構(gòu)比較松散。施工長(zhǎng)度周邊有寬約 8.5m、深約1.1m的河道，河岸處的土質(zhì)主要為粉（砂）土，具有良好的透水性，同時(shí)，地下水水位埋深較淺，水位變化經(jīng)勘測(cè)，幅度較大，且地表水與地下水在水力方面聯(lián)系緊密[2]。

3 異形深基坑施工安全控制技術(shù)

3.1 基坑監(jiān)測(cè)

基坑工程監(jiān)測(cè)是對(duì)異形深基坑工程設(shè)計(jì)方案正確性進(jìn)行檢驗(yàn)的重要手段，也是確?；邮┕こ蓴〉年P(guān)鍵，加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)才能為正確施工提供保障，避免發(fā)生施工安全事故。從大量的基坑工程安全事故中可知，很多事故的發(fā)生都與監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確或不力有直接關(guān)系。案例工程在支護(hù)樁頂設(shè)置了對(duì)稱的四個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)、四個(gè)水位觀測(cè)孔?；颖O(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)2d后，由專業(yè)人員負(fù)責(zé)讀測(cè)原始值，每日不少于2次。在深基坑開挖后，讀測(cè)頻率變?yōu)?d一次，基坑開挖完成進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工后，變?yōu)槊?d一次。

3.2 降水井施工及布置

異形深基坑開挖前20d，施工單位要應(yīng)用基坑內(nèi)的井點(diǎn)進(jìn)行預(yù)降水，然后再進(jìn)行排水。井深為H+5m，此處H表示開挖的井點(diǎn)的深度，井點(diǎn)需要降到基坑底板下3m深處。實(shí)施預(yù)降水后，要對(duì)水位進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)比原地下水位降低0.5m后，需要再進(jìn)行補(bǔ)水?；娱_挖過程中，當(dāng)達(dá)到基坑設(shè)計(jì)標(biāo)高后，就每隔400m2在井點(diǎn)管位置設(shè)置一個(gè)底板泄水孔，并將井點(diǎn)管拆除。降水井的底部一般應(yīng)有1.0m左右碎石或碎石砂礫填料，完成基坑頂板覆土及內(nèi)部鋪砌施工之后，再對(duì)底板泄水孔進(jìn)行封孔[3]。

在降水施工設(shè)計(jì)方面，當(dāng)完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，同時(shí)，連續(xù)墻混凝土的強(qiáng)度也能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，就進(jìn)行基坑降水，管井采用井深H+5m、直徑700mm的管井及273鋼管。沿著基坑中線兩側(cè)、地下連續(xù)墻兩側(cè)線型設(shè)置管井，避開底梁及支撐位置，管井之間的距離應(yīng)達(dá)到16m。在案例工程中，疏干井設(shè)置506口，井深在9m～16m之間。進(jìn)行降水作業(yè)前，需要對(duì)靜態(tài)水位進(jìn)行測(cè)量，抽水設(shè)備、電纜和排水管道等也要設(shè)置好。降水深度控制在作業(yè)面以下0.5m～1m為宜，在施工中要密切觀察水位變化和周圍地面沉降情況，合理控制降水強(qiáng)度和深度，避免發(fā)生過度降水的情況。如果有必要，可采用補(bǔ)水回灌技術(shù)來對(duì)土壤固結(jié)度和地面沉降量進(jìn)行改善[4]。

在施工過程中要密切觀察支護(hù)壁漏水情況，及時(shí)針對(duì)性的措施進(jìn)行止水堵漏補(bǔ)強(qiáng)。先進(jìn)行試運(yùn)行，對(duì)降水效果進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)排水系統(tǒng)的暢通性進(jìn)行檢查。抽出的水要排放到市政管網(wǎng)中，這樣可以放置抽水出現(xiàn)就地回滲的情況。排水主要是將地表和坑內(nèi)集水排掉，除了攔截地表水外，還要注意周圍地下管網(wǎng)截流和改道的情況。與地表水相比，地下水對(duì)異形深基坑工程施工的危險(xiǎn)更大，因此在制定止水方案時(shí)，需要綜合考量深基坑工程的防水、降水和排水問題，結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果對(duì)地下水的成因進(jìn)行深入分析，將排、降、堵有機(jī)結(jié)合起來，以提高排水的效果。

3.3 三軸攪拌樁施工

設(shè)置止水帷幕樁時(shí)，應(yīng)當(dāng)沿基坑放坡坡頂一周進(jìn)行設(shè)置，采用套接一孔的方式。止水帷幕樁直徑0.85m，咬合0.25m，間距0.6m，加固深度25m。開始對(duì)地下連續(xù)墻進(jìn)行施工前，需要沿著地下連續(xù)墻的墻體兩側(cè)設(shè)置三軸攪拌樁，如果實(shí)在加固區(qū)域，需要沿著基坑周邊進(jìn)行設(shè)置。如果深基坑坑底局部存在淤泥，需要進(jìn)行相應(yīng)的坑底加固施工，采用裙邊(4m)+抽條(4m+4m）的形式進(jìn)行加固，加固深度應(yīng)達(dá)到坑底3m處。回?fù)綉?yīng)控制在坑底至6.0標(biāo)高范圍內(nèi)。對(duì)于坑底～冠梁頂區(qū)域，可摻量10%水泥對(duì)其開展弱加固。

3.4 地下連續(xù)墻施工

地下連續(xù)墻是異形深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在案例工程中，依據(jù)基坑形狀布置286幅。地下連續(xù)墻的成槽深度在25m～45m左右，標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)度為1506m，標(biāo)準(zhǔn)幅寬6m，在這其中，墻厚為800mm，空鉆為5m。檢測(cè)地下水位時(shí)，為了能全面掌握施工場(chǎng)地及周邊的地質(zhì)水文狀況，需要在施工前加密地質(zhì)水文鉆探點(diǎn)，這樣可以較為準(zhǔn)確地對(duì)地層剖面和含水層的地下水位、巖性、埋深等情況進(jìn)行掌握；測(cè)定含水層的水質(zhì)，需要采集巖土樣品和水樣，同時(shí)還要對(duì)巖土含水層的水物理性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。富水性和水文地質(zhì)參數(shù)，需要通過水文地質(zhì)試驗(yàn)來獲取。對(duì)地下水動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，可利用鉆孔進(jìn)行。

槽段開挖分為標(biāo)準(zhǔn)槽段開挖和異形幅槽段開挖兩種，在標(biāo)準(zhǔn)槽段開挖中，要結(jié)合開槽機(jī)的開口寬度和開槽段面長(zhǎng)度進(jìn)行施工，以確保成槽機(jī)切土?xí)r兩側(cè)條件保持平衡，用超聲波測(cè)壁儀控制開槽的垂直度，使槽壁達(dá)到垂直的要求。在案例工程中，標(biāo)準(zhǔn)槽段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為6m，施工方法選擇跳槽法進(jìn)行開挖。施工作業(yè)時(shí)，按施工順序及各槽段上的油漆標(biāo)記進(jìn)行抓土，為了避免發(fā)生坍塌，還要及時(shí)補(bǔ)充泥漿，泥漿液位需要高于地下水位＞1.0m。利用開槽機(jī)糾偏裝置控制好垂直度。對(duì)于異形幅槽段，案例工程中地下連續(xù)墻的異形幅有2種，形狀全部是“L”形。如果有槽段超挖的部分，應(yīng)在鋼筋籠下放完后，對(duì)超挖部分填充土袋和接頭箱，起到加固作用。成槽后還要對(duì)槽位、槽寬、槽深及垂直度等進(jìn)行檢查，確保成槽質(zhì)量達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。如果檢查合格，則可進(jìn)行清底。墻體施工完成后，使用開槽機(jī)從一端抓到另一端清理孔底，一直清理到設(shè)計(jì)標(biāo)高。在此基礎(chǔ)上，再使用超聲波壁厚儀對(duì)成槽的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，使用量具、量錘對(duì)槽位深度、精度長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)，最后依據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正。開槽深度為20m時(shí)，檢測(cè)一次垂直度，槽深達(dá)到設(shè)計(jì)高度后復(fù)測(cè)一次。依據(jù)檢測(cè)得到的波形曲線，來確定下一步是降下鋼筋籠或修補(bǔ)槽段。

在接頭防水處理方面，案例工程地下連續(xù)墻選擇400mm×646mm工型止水鋼板來進(jìn)行防水。鋼筋籠主筋與止水鋼板采用焊接方式進(jìn)行固定，同時(shí)止水鋼板還將作為端頭封堵板。進(jìn)行墻趾注漿時(shí)，每幅地下連續(xù)墻設(shè)置2根注漿管，將其插入墻底0.8m處，設(shè)定的注漿范圍是墻底下1.5m。在施工前需要通過試驗(yàn)明確注漿壓力，合理控制壓力將有助于降低墻體的豎向沉降發(fā)生幾率。注漿過程中，要密切監(jiān)測(cè)墻頂隆起情況，墻頂隆起不能大于1cm。注漿后3～5d，墻體混凝土初凝，之后再通過注入少量清水來對(duì)管路進(jìn)行疏通，當(dāng)17～20d左右，墻體混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后，再次開始注漿作業(yè)。

4 結(jié)束語

綜上所述，富水粉砂地層異形深基坑施工存在較大的安全問題，受不良地質(zhì)的影響，施工也較為復(fù)雜，為更好地保證施工安全及工程質(zhì)量、效益，在實(shí)際施工中，要結(jié)合工程實(shí)際，選擇有效的施工安全控制技術(shù)，提高施工的安全性和可靠性，促進(jìn)施工順利進(jìn)行，以縮短工期，降低工程投資。