吹填土地基深基坑支護(hù)施工技術(shù)

陳 永 杰

(紹興市越城區(qū)建筑工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，浙江 紹興 312000)

0 引言

圍海造田形成的軟土地基，普遍呈現(xiàn)“三高一低”的特點，存在典型的“二元”地層結(jié)構(gòu)特征[1]。此類場地不經(jīng)處理很難滿足基坑開挖的條件。本工程結(jié)合現(xiàn)場實際，采用將土釘墻與預(yù)應(yīng)力錨桿、高壓旋噴樁及鋼管土釘?shù)确绞浇Y(jié)合起來的復(fù)合支護(hù)技術(shù)，利用BIM技術(shù)、無人機(jī)組合，協(xié)同施工組織，實現(xiàn)總體方案布置，大大節(jié)約了資源，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

紹興濱海循環(huán)生態(tài)產(chǎn)業(yè)園(二期)項目(見圖1)，是紹興市十大民生實事重要項目之一，地處錢塘江南岸，瀕臨曹娥江，項目用地面積230 416 m2，主廠房高60.3 m，帶一層地下室，框架結(jié)構(gòu)，是一座日處理2 000 t的生活垃圾焚燒發(fā)電廠。項目由主廠房、綜合樓、飛灰養(yǎng)護(hù)車間、水系統(tǒng)等單體構(gòu)成，基礎(chǔ)工程樁采用鉆孔灌注樁，直徑800 mm，樁長約60 m～71 m，主廠房基坑為不規(guī)則形狀，基坑長約110 m，寬約100 m，基坑開挖凈深度為6.00 m～7.60 m左右，最大開挖深度10.1 m。

1.1 地下管線分布情況

本項目場地東北側(cè)為紹興市循環(huán)生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)一期再生資源發(fā)電廠，東南側(cè)為錢濱線道路，西南側(cè)及西北側(cè)原為養(yǎng)殖場，現(xiàn)為水塘及空地。場地東南側(cè)有一條架空地?zé)峁芡ㄟ^，場地東北側(cè)臨近一期再生資源發(fā)電廠圍墻處分布一條10 kV電纜線(埋深約1.20 m)、一條燃?xì)夤芫€(埋深約2.0 m)、一條自來水管(埋深約0.5 m)，其余未發(fā)現(xiàn)有各類管線分布。

1.2 地質(zhì)條件

場地屬蕭紹濱海平原地貌，總體地形地勢較為平坦，地基土具有成層分布的特點，主要成分包括砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、中細(xì)砂、礫砂等。按成因類型、物理力學(xué)特征，可將其分為6個工程地質(zhì)層，1層又細(xì)分為2個亞層，2層細(xì)分為4個亞層，3層及5層均細(xì)分為2個亞層，其主要參數(shù)如表1所示。

表1 吹填土參數(shù)

1.3 水文條件

本區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，區(qū)內(nèi)雨量充沛，多年平均降雨量為1 450 mm，地表砂質(zhì)粉土土質(zhì)松散，滲透性好，地下水主要來自于內(nèi)河水入滲補(bǔ)給為生，局部為大氣降水入滲補(bǔ)給，并向堤外錢塘江排泄。區(qū)內(nèi)地下水水位埋深1.00 m～6.90 m，水位高程3.13 m～3.18 m，地下水位在基礎(chǔ)埋深以上。

2 吹填土技術(shù)介紹

所謂吹填土[2]，就是在整治和疏通江河航道時，用挖泥船和泥漿泵把江河和港口底部淤積的泥沙通過水力吹填而形成的軟弱沉積土。新近吹填的淤泥含水率一般超過100%，孔隙比大于2.0，外觀呈流泥狀態(tài)，土體尚未形成結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度基本為0[3]，具有液化性能，往往欠固結(jié)，不具備施工的條件。

現(xiàn)有吹填土的處理辦法從技術(shù)思路和加固機(jī)理上區(qū)分可分為排水靜力固結(jié)法和排水動力固結(jié)法[4]，對于大面積的新近吹填形成的場地，方法核心無非就是“排水”和“固結(jié)”，前者為條件，后者為目的和結(jié)果。

本項目場地原為養(yǎng)殖場水塘及河道，塘埂、便道及河岸的地面原始自然標(biāo)高在4.29 m～5.07 m，利用水力通過輸砂管沖填江沙至預(yù)定標(biāo)高再進(jìn)行強(qiáng)夯，吹填完成后高程在6.20 m左右，形成的大面積吹填土，屬于飽和黏性土，土體含水量高，地表承載力極低，若采取純動力固結(jié)的方式，極易出現(xiàn)“橡皮土”。

經(jīng)技術(shù)研究討論決定，在此吹填完成場地上進(jìn)行工程樁施工及基坑圍護(hù)施工，基坑支護(hù)形式采用高壓旋噴樁、復(fù)合土釘墻結(jié)合深井降水的支護(hù)方案。

為增加抽水壓力，加強(qiáng)降水效果，采用自流深井降水，基坑開挖前基坑內(nèi)地下水位須降至坑底以下1 m。同時保證基坑超挖處的水位也降至坑底0.5 m以下。

項目于后期選取18個點對處理后地基進(jìn)行淺層平板荷載試驗，部分試驗數(shù)據(jù)見圖2，據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析，地基承載力特征值為180 kPa，符合強(qiáng)度要求。

3 本工程基坑特點及重點、難點

1)本工程基坑開挖面積巨大，達(dá)1.5萬m2，根據(jù)基坑圍護(hù)設(shè)計，放坡起始邊線非常接近用地紅線，基坑周邊無道路及臨時設(shè)施搭設(shè)場所。且基坑開挖深度較大，承臺底開挖深度達(dá)5.8 m～9.8 m，屬于深基坑開挖范疇，必須編制專項施工方案并經(jīng)過專家論證后方可施工。

2)控制高壓旋噴樁的位置以及成樁質(zhì)量，是本基坑安全的關(guān)鍵所在，應(yīng)重點把控。對樁的位置和垂直度應(yīng)嚴(yán)格控制，確?；庸ぷ髅婕皣o(hù)安全。對高壓旋噴樁的水泥含量控制應(yīng)追蹤記錄每根樁的水泥使用量，不得少于規(guī)定要求。

3)本工程開挖面積巨大，深井井點降水是本工程難點之一，需重點把控，對于降水點的布置應(yīng)嚴(yán)格控制。土方開挖前一周,開始抽水，土方開挖期間未經(jīng)設(shè)計人員同意不得停抽。同時應(yīng)注意對降水點的保護(hù)，保證作業(yè)順利進(jìn)行。

4 深基坑支護(hù)方案設(shè)計與施工

4.1 深基坑方案設(shè)計

根據(jù)場地工程地質(zhì)條件及周圍環(huán)境影響因素，綜合考慮開挖深度和土層物性，并在確保安全可靠的基礎(chǔ)上盡可能降低造價，參考相同類似工程情況的施工經(jīng)驗，按JGJ 120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程執(zhí)行，基坑安全等級為Ⅱ級，重要性系數(shù)為1，離基坑6 m范圍以內(nèi)不允許堆載設(shè)計值大于15 kPa的施工荷載。對基坑支護(hù)受力變形與穩(wěn)定分析，采用理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件分析；計算每一工況穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.35。經(jīng)計算確定采用土釘墻結(jié)合深井降水的支護(hù)方案。

本工程垃圾坑區(qū)域基坑開挖平面為16 700 m2，開挖深度約為7.6 m，開挖土方約13萬m3，規(guī)模大,基坑平面示意圖如圖3所示。

4.2 高壓旋噴樁施工

高壓旋噴樁施工工序如下：測量定位→鉆機(jī)就位、鉆孔→插管→高壓旋噴注漿、提升→廢棄漿液處理→沖洗機(jī)具。

本工程鍋爐基礎(chǔ)及滲濾液收集池周邊最深處達(dá)-10.1 m，采用高壓旋噴樁(φ600@450)內(nèi)外兩排進(jìn)行加固，外排φ48×3鋼管，長6 m，間距900 mm，外排φ48×3鋼管，長6 m，間距1 000 mm，并設(shè)置直徑10的泄?jié){孔。高壓旋噴樁起到擋墻作用，旋噴樁技術(shù)采用二重管法，即將二重注漿管鉆進(jìn)到土層的預(yù)定深度后，通過在管底部側(cè)面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴射出高壓漿液和空氣兩種介質(zhì)的噴射流沖擊破壞土體。施工控制參數(shù)控制如下：漿液壓力25 MPa，空氣壓力0.7 MPa，提升速度10 cm/min,旋轉(zhuǎn)速度10 r/min，漿液流量100 L/min，水灰比0.8。旋噴樁成樁均勻、持續(xù)、無縮徑和斷層，提升噴漿過程中嚴(yán)禁斷漿，特殊情況造成斷漿應(yīng)重新成樁施工，垂直偏差不大于0.5%，水泥土養(yǎng)護(hù)時間28 d，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于2.0 MPa，滲透系數(shù)小于10 cm/s。

4.3 復(fù)合土釘墻施工

復(fù)合土釘墻是將土釘墻與一種或幾種單項支護(hù)技術(shù)有機(jī)組合成的復(fù)合支護(hù)體系，它的構(gòu)成要素主要有土釘、預(yù)應(yīng)力錨桿、截水帷幕、微型樁、掛網(wǎng)噴射混凝土面層、原位土體等[5]。

錨管施工根據(jù)挖土階段分層進(jìn)行，施工流程見圖4，采用自進(jìn)式注漿鉆進(jìn)錨管的施工方法，先安裝錨管，然后注漿，注漿完成7 d后，將護(hù)面混凝土的面層鋼筋網(wǎng)與錨頭焊接牢固后，進(jìn)行護(hù)面混凝土的施工。

通過復(fù)合體系的有機(jī)組合，使土體形成了整體，保證了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，彌補(bǔ)了土體抗拉、抗剪強(qiáng)度低的弱點，施工中應(yīng)注意以下要點：

1)錨管連接采用套筒接頭，鋼管外徑48 mm，壁厚為3.0 mm，鋼管從離基坑壁2.50 m開始沿管長方向每隔500 mm轉(zhuǎn)90°鉆2φ8注漿孔，鋼管前端封閉，注漿利用鋼管進(jìn)行。

2)土釘孔位允許偏差不大于150 mm；傾角誤差不大于2°；鋼管設(shè)置完畢后，采用42.5復(fù)合水泥漿注漿，水灰比0.45。注漿壓力控制不小于0.5 MPa，每米注漿量不小于25 kg，水泥漿應(yīng)拌和均勻，做到隨拌隨用，一次拌和的水泥漿在初凝前用完。

3)坡面噴混凝土，噴射混凝土厚度100 mm，強(qiáng)度等級為C20，可按下列配合比：水泥∶石子∶砂=1∶2∶1.5，石子粒徑為5 mm～12 mm，雨季加2%～5%速凝劑。鋼筋網(wǎng)為φ6.5@200×200。泄水孔采用φ60 PVC管，豎向及橫向間距均為2.5 m，梅花形布置，傾角15°，孔后需設(shè)濾網(wǎng)。

4.4 基坑降排水措施

基坑內(nèi)部及外側(cè)均采用深井進(jìn)行降水，降水施工應(yīng)于開挖前10 d左右進(jìn)行，基坑開挖前基坑內(nèi)地下水位須降至坑底以下1 m，同時加強(qiáng)水位監(jiān)測情況，及時對方案進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

自流深井工序如下：測放井位→挖泥漿池→安裝鉆機(jī)及成孔→清孔換漿→下井管→填加工砂→井口封閉→洗井→安泵調(diào)試→排水。

由于現(xiàn)場場地周邊環(huán)境空闊，對此，采取加強(qiáng)數(shù)據(jù)監(jiān)測措施，保證深井降水對周圍環(huán)境的影響，具體措施如下：

1)降水運行開始階段是降水工程的關(guān)鍵階段，為保證在開挖時及時將地下水降至開挖面以下，因此在洗井過程中，洗完一口井即投入一口，盡可能提前抽水。

2)降水的設(shè)備在施工前及時做好調(diào)試工作，安裝前應(yīng)對泵本身和控制系統(tǒng)作一次全面細(xì)致的檢查，檢驗?zāi)酀{泵的旋轉(zhuǎn)方向，各部螺栓是否擰緊，潤滑油是否足，電纜接頭的封口有無松動，電纜線有無破損等情況，然后在地面轉(zhuǎn)1 min左右，如無問題，方可投入使用。泥漿泵、電纜及接頭應(yīng)有可靠絕緣，每臺泵應(yīng)配置一個控制開關(guān)。安裝完畢應(yīng)進(jìn)行試抽水，確保降水設(shè)備在降水運行階段運轉(zhuǎn)正常。

3)工地現(xiàn)場要備足水泵，數(shù)量多于降水井?dāng)?shù)5臺～10臺。使用的泥漿泵要做好日常保養(yǎng)工作，發(fā)現(xiàn)壞泵應(yīng)立即修復(fù)，無法修復(fù)的應(yīng)及時更換。

4)在基坑四周設(shè)置12個集水沉淀池，采用2 m×4 m×2 m的集水沉淀池箱(鋼板焊制地埋)，在基坑頂部四周設(shè)置300×300排水溝(在地面硬化時混凝土現(xiàn)澆)，并將排水溝與集水沉淀池連通，降水井內(nèi)抽出的地下水先排入排水溝，再排入集水沉淀池，經(jīng)沉淀池沉淀后再排入周邊市政下水管網(wǎng)。

5)降水過程中由專人指揮，對現(xiàn)場降水工作做好周密安排，輪流值班監(jiān)護(hù)，巡查及觀測記錄每天的降水水位標(biāo)高。及時掌握地下水位情況，保障基坑土方施工的順利進(jìn)行。

4.5 挖土方案

項目充分利用BIM技術(shù)的特性，對施工全過程進(jìn)行跟蹤管控。前期方案設(shè)計階段，基于協(xié)調(diào)平臺與無人機(jī)掃描技術(shù)(見圖5)，對場地進(jìn)行合理規(guī)劃。

基于本基坑的規(guī)模及現(xiàn)場施工條件綜合考慮，以池體膨脹加強(qiáng)帶為界，分為兩個施工段(如圖6所示)進(jìn)行開挖，出渣坑面積4 700 m2(Ⅲ區(qū))為一施工段，垃圾坑挖土面積約為10 000 m2(Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū))為另一施工段。整個開挖過程按三個階段進(jìn)行，第一階段挖土至標(biāo)高-3.0 m，PC250反鏟挖掘機(jī)投入8輛，自卸汽車投入20輛；第二階段挖土至設(shè)計基底標(biāo)高上面300 mm處，第三階段為人工修整。

5 監(jiān)測成果

本工程基坑監(jiān)測工作始于2019年6月29日，止于2019年10月21日地下室底板澆筑完成，且地下水穩(wěn)定。施工期間進(jìn)行了基坑深層土體水平位移和基坑地下水位及周邊建筑物不均勻沉降監(jiān)測。檢測點位見圖7，基坑變形的監(jiān)控值見表2。

表2 監(jiān)測孔深層土體水平位移情況表

根據(jù)施工期間及施工后監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，觀測井累計水平位移值最大為16.2 mm，水平位移速率變化最大情況為1.5 mm/d，均符合《建筑基坑監(jiān)測規(guī)范》要求值，基坑周邊道路、建筑物、管道均未受施工影響，該工程的設(shè)計與施工取得了成功。

6 結(jié)語

針對濱海地區(qū)吹填土的特性，采取了一系列的施工技術(shù)措施，通過完善的支護(hù)施工技術(shù)措施，及時制定補(bǔ)充方案，并結(jié)合BIM技術(shù)，彌補(bǔ)支護(hù)設(shè)計與支護(hù)施工之間的溝通缺陷，減少了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。從反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，基坑整體開挖過程中變形情況良好，為吹填地基采取深基坑支護(hù)施工提供可靠的經(jīng)驗。