深基坑管涌治理技術(shù)研究與應(yīng)用

圣學(xué)紅，謝心謙，趙亞鵬，郭盼慧

中天建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 101113

1 工程概況

（1）總體概況。新光大02地塊項(xiàng)目由1棟超高層塔樓、裙房及地下室組成，建筑高度為190m。塔樓為樁筏基礎(chǔ)，建筑±0.000標(biāo)高相對(duì)于絕對(duì)標(biāo)高25.300m?；A(chǔ)埋深主樓為22m，核心筒最深基坑為27.1m。項(xiàng)目處于溫榆河沖洪積扇中下部，北運(yùn)河水系溫榆河泛區(qū)，離河最近距離約100m?；影踩燃?jí)為一級(jí)，對(duì)周邊環(huán)隧周邊50m范圍構(gòu)筑物沉降值不得大于30mm，對(duì)地鐵R1線周邊50m范圍構(gòu)筑物沉降值不得大于20mm。周邊環(huán)境復(fù)雜，場(chǎng)地南側(cè)為預(yù)留地鐵R1線深埋隧道，東、西、北三側(cè)環(huán)繞的地下交通隧道均已完成；場(chǎng)地東側(cè)位置為兩條地鐵線路的交匯點(diǎn)。

（2）水文地質(zhì)條件。根據(jù)勘察報(bào)告可知，場(chǎng)區(qū)淺層地下水為第四系松散層孔隙潛水，場(chǎng)地穩(wěn)定水位埋深為10～17m，穩(wěn)定水位高程為5.72～8.30m，該層水主要賦存于③層細(xì)砂含圓礫、④層細(xì)中砂、⑤層細(xì)中砂內(nèi)，⑤-1和⑥層為黏性土隔水層。場(chǎng)地外圍的護(hù)坡樁和止水帷幕埋深30.1m，進(jìn)入⑤-1層深度1m，絕對(duì)高程-5.5m，基礎(chǔ)筏板低，距樁底高差為3.8m。

2 深基坑管涌治理

2.1 技術(shù)背景

（1）場(chǎng)地外圍全部做了護(hù)坡樁和止水帷幕，埋深30.1m進(jìn)入⑤-1層（基坑以下存在2個(gè)承壓水層，分別為⑤-1層和⑥層）。（2）核心筒內(nèi)外有兩圈疏干井共計(jì)42口，井內(nèi)水位在絕對(duì)高程-4m，且每口井內(nèi)有泵在正常抽水，水位處于最低位，基本沒有積水。（3）核心筒內(nèi)有3口鋼管井，核心筒內(nèi)集水坑及電梯井位置按實(shí)際要求已經(jīng)挖土至絕對(duì)標(biāo)高-1.5m位置，發(fā)現(xiàn)原有積水越來越多，甚至有涌水及涌砂情況出現(xiàn)。

2.2 原因分析

管涌的誘發(fā)因素主要有基坑開挖深、地下水位高、地下連續(xù)墻深及降水等。管涌發(fā)生后有一定的跡象可尋，主要從基坑最后一層土方開挖出現(xiàn)狀況，在核心筒集水井和電梯井深坑開挖過程中出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，在接近坑底時(shí)出現(xiàn)較嚴(yán)重的管涌問題。經(jīng)大量現(xiàn)場(chǎng)勘察和研討，最終確認(rèn)基坑涌水主要由以下三個(gè)原因?qū)е拢海?）施工過程中，核心筒內(nèi)3口鋼管井打穿⑤-1層，導(dǎo)致下部承壓水上涌；（2）經(jīng)專家及相關(guān)資深技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)勘察推算⑤-1層上層土面到集水坑底土面距離1.9m（報(bào)告中釬探點(diǎn)剖面為12m，地質(zhì)不均勻），根據(jù)計(jì)算不滿足基坑抗?jié)B流穩(wěn)定要求；（3）核心筒集水坑、電梯井等局部開挖較深，前期只在場(chǎng)區(qū)外圍做止水帷幕而核心筒周圍未單獨(dú)做止水帷幕。

2.3 方案設(shè)計(jì)

地質(zhì)不同，管涌程度不同，因而主要的處理方案有降水減壓、濾水圍井、注漿、濾水壓重、旋噴樁或攪拌樁止水。降水減壓在涌水量相對(duì)較小時(shí)效果顯著；注漿法在地下水豐富時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)漿液注入后還未凝固就被稀釋沖散現(xiàn)象，很難達(dá)到止水效果；當(dāng)管涌嚴(yán)重，涌水、涌砂量大的情況下，可采用濾水壓重的方法；高壓旋噴樁止水技術(shù)適用范圍比較廣泛，能夠根據(jù)不同的施工條件制訂出相應(yīng)的技術(shù)方案且能和多種方法配合使用，效果更佳。

管涌發(fā)生后，要對(duì)涌水、涌砂量進(jìn)行密切觀察分析，做好周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)。開始管涌程度較輕時(shí)，采用濾水圍井的方法進(jìn)行抽排，經(jīng)不斷發(fā)展管涌量不斷增大，帶出的砂泥不斷增多，故以排、截、堵、壓相結(jié)合的原則進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。首先回填核心筒壓住地下承壓水，然后在核心筒周圍打設(shè)高壓旋噴樁止水，樁底深入⑥層不小于2m，為隔斷地下水聯(lián)系，設(shè)置單排咬合旋噴帷幕樁，最后在集水坑和電梯井開挖較深部位采用旋噴樁進(jìn)行封底。當(dāng)前深基坑管涌問題主要出現(xiàn)在帷幕止水方面，采用核心筒周圍高壓旋噴樁止水比較合理，可與其他技術(shù)兼容進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，發(fā)揮綜合治理的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。

2.4 方案實(shí)施

（1）施工準(zhǔn)備。先對(duì)核心筒內(nèi)集水坑部分采用砂石反濾圍井的方法保護(hù)管涌出口，防止涌砂影響基底以下土層，后進(jìn)行連續(xù)抽水，確保工作面能正常施工。核心筒深基坑止水帷幕施工基坑深度為20.8～27m，地面平均標(biāo)高為23.6m，測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括平面定位及頂高程、土方回填及后期開挖的標(biāo)高控制、疏干井的定位測(cè)量和高程測(cè)量。主要采用直角坐標(biāo)法和全站儀極坐標(biāo)法相結(jié)合的聯(lián)合測(cè)量法來控制。

（2）基坑回填。回填材料：管涌部位采用紅黏土球回填；大面采用現(xiàn)場(chǎng)原土回填，將管涌問題控制在一定范圍內(nèi)。深基坑回填土步驟：首先回填馬道，然后回填承臺(tái)內(nèi)，最后回填深坑內(nèi)，在管涌點(diǎn)投放大量紅黏土球以減緩涌水量。

（3）增加降水井。為保證降水，降低基坑內(nèi)部滲透壓力差，在管涌周邊核心筒內(nèi)增設(shè)降水井，下無砂濾水管，管外包一層土工布一層鋼絲密目網(wǎng)，將表面積水抽排出基坑，同時(shí)加強(qiáng)水位和周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)。

（4）帷幕樁施工。對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要包括周邊建筑、基坑邊坡沉降和位移以及邊坡裂縫問題等，加大監(jiān)測(cè)的頻率，提高數(shù)據(jù)的全面性，為實(shí)施措施提供參考。核心筒深基坑部位采用大直徑雙高壓旋噴樁，有效樁長(zhǎng)17.1m，直徑為0.75m，咬合0.25m，即基坑內(nèi)設(shè)置咬合旋噴樁止水帷幕有效隔斷承壓水層。主要施工步驟有施工準(zhǔn)備（試樁、場(chǎng)地平整、樁位放樣、修建排污和灰漿拌制系統(tǒng)），鉆機(jī)就位，引孔鉆進(jìn)，拔出巖芯管，插入注漿管，旋噴提升。施工工藝參數(shù)如表1所示。

表1 雙高壓旋噴樁設(shè)計(jì)參數(shù)

（5）封底樁施工。止水帷幕施工完畢后，及時(shí)對(duì)核心筒內(nèi)3個(gè)集水坑位置進(jìn)行高壓雙管旋噴混凝土樁封底，樁徑為1000mm，不咬合，“5×5”順序排列，圍繞每個(gè)涌水點(diǎn)設(shè)置4根咬合樁，每根6.3m，一般封底樁每根3m。其中，3個(gè)涌水點(diǎn)進(jìn)行加深加固處理，樁體深入⑤-1層內(nèi)1m處，樁頂與封底樁平齊。

3 坑中坑二次開挖

（1）土方開挖及降水流程。①挖土至設(shè)計(jì)標(biāo)高墊層下400mm（考慮300mm濾料層）。②集水井四周采用3m鋼管、砂袋進(jìn)行封堵，防止塌方。③深集水坑中做一個(gè)鋼管井至墊層下1m（花管，周邊回填濾料）。④墊層下300mm鋪細(xì)石，細(xì)石上鋪一層塑料薄膜。⑤澆筑墊層（比設(shè)計(jì)標(biāo)高低100mm）。⑥磚胎膜砌磚、樁頭剔鑿。⑦如果斜坡上出現(xiàn)滲水問題，側(cè)面做濾料及盲溝。⑧按設(shè)計(jì)標(biāo)高澆筑墊層。

（2）土方開挖及降水措施。在土方開挖到底部時(shí)及時(shí)采取砂袋護(hù)坡，并用連續(xù)鋼管打入砂袋內(nèi)側(cè)做支撐，防止坑底塌方。施工開挖后發(fā)現(xiàn)有淺層滯留水滲出時(shí)，采取預(yù)埋盲管盲溝的方法進(jìn)行抽排，保證土方一次性開挖到底。具體做法：在集水坑中間位置埋設(shè)2.5m長(zhǎng)集水濾管，濾管采用鋼管制作，直徑為300mm，管頭距離坑底200mm，管壁外側(cè)用鋼絲密目網(wǎng)包裹，并進(jìn)行不間斷抽水作業(yè)，使水位降至施工面以下，確保土方開挖順利進(jìn)行，如圖1所示。

圖1 土方開挖及降水措施（單位：mm）

核心筒部位開挖深度為27.15m，為盡快達(dá)到降水效果，采用靜壓大直徑管井降水技術(shù)，在直徑300mm小管井外套直徑800mm大管徑鐵管壓入土層中直至筏板底墊層以下，挖土深度每挖1m，鐵管跟著下壓1m，挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高以下?lián)Q填碎石濾料，澆筑混凝土墊層，同時(shí)土壁進(jìn)行放坡并用鋼板樁支撐加固。

4 結(jié)束語

文章以新光大02地塊項(xiàng)目為案例，針對(duì)深基坑開挖過程中出現(xiàn)的管涌現(xiàn)象進(jìn)行了研究，分析其原因及特性，制訂出了具有針對(duì)性的處置方案，經(jīng)紅黏土球回填、帷幕樁施工、打設(shè)封底樁、靜壓大直徑管井降水等一系列技術(shù)，有效治理了管涌問題，保證深基坑二次開挖的順利實(shí)施，可為類似工程提供參考。