富水淤泥地層基坑開挖周邊房屋沉降控制施工技術

崔建東，李昌君

（北京城建軌道交通建設工程有限公司，北京 100027）

1 引言

在城市水網(wǎng)發(fā)達地區(qū)如何降低基坑開挖對周邊建構筑物的影響？本文以某車站深基坑工程為例介紹了深基坑開挖過程中采取的幾種施工技術，有效地解決了在城市水網(wǎng)發(fā)達地區(qū)，富水軟土地層條件下基坑開挖引起的周邊建（構）筑物沉降的問題，為類似工程施工提供借鑒[1]。

2 工程概況

本站為某號線工程新建段第11 座車站。車站位于布匹市場內(nèi)，周邊房屋均為布匹存儲庫房，大致呈東西走向。車站為地下3 層雙島站臺車站，全長271.7 m，標準段無柱段寬21.7 m，車站基坑開挖深度為24.4～27.5 m。圍護結構采用地下連續(xù)墻（800 mm/1 000 mm），基坑內(nèi)支撐采用混凝土支撐+鋼支撐支護體系，整體為2 道混凝土支撐+2 道鋼支撐（擴大段及斜撐為混凝土撐）。

3 工程地質(zhì)、水文條件及周邊房屋概況

工程所在地的地層分布情況：＜1-1＞雜填土、＜2-1A＞淤泥、＜3-2＞中粗砂、＜5N-1＞粉質(zhì)黏土、＜6＞全風化泥質(zhì)粉砂巖、＜7-2＞強風化粉砂質(zhì)泥巖、＜7-3＞強風化泥質(zhì)粉砂巖、＜8-3＞中風化泥質(zhì)粉砂巖。

由于車站位于廣州市重點地區(qū)輕工業(yè)區(qū)內(nèi)，車站周邊存在大量工業(yè)廠房，車站施工用地同樣為房屋拆遷后提供的建設用地。車站施工影響周邊范圍內(nèi)房屋一共17 棟，詳見圖1。房屋功能均為布匹庫房，堆載較重；房屋基礎形式大部分為天然條形基礎。

圖1 車站周邊房屋平面圖

周邊房屋均為20 世紀90 年代初期村民自建房，后期部分加高或者改造作為布匹庫房使用，其中以3 號房屋為代表重點介紹房屋基本情況。3 號房屋為一層布匹庫房，混合結構建筑，頂部為輕鋼桁架+彩鋼，設方鋼立柱，立柱下設置1 m×1 m×0.5 m 獨立基礎，預埋M20 錨栓與立柱固定，外包砌體結構圍墻，圍墻基礎為200 mm×500 mm 鋼筋混凝土圈梁。作倉庫使用，施工開挖基坑位于該房屋的北側，距離該房屋26 m。

4 房屋沉降原因分析

4.1 房屋沉降過程

2020 年5 月底，基坑開挖至強風化粉砂質(zhì)泥巖地層，基底開始出現(xiàn)大量涌水，判斷為基巖裂隙水，為確保施工可以繼續(xù)進行，對基底的基巖裂隙水開始抽排，抽排量約650～700 m3/d。截至2020 年6 月8 日，2 號、3 號、17 號房屋累計沉降較大，其中2 號房屋監(jiān)測點JGC2-4 累計值為-45.95 mm，累計為黃色預警；3 號房屋監(jiān)測點JGC3-1 累計值達-43.05 mm，累計為橙色預警，JGC3-3 累計直達-71.34 mm，累計為2 級紅色預警，JGC3-4 累計值為-64.56 mm，累計為2 級紅色預警，累計為3 級紅色預警；17 號房屋監(jiān)測點JGC17-3 累計為-50.26 mm，累計為黃色預警。從建筑物沉降曲線圖可看出房屋在2020 年5 月18 日到5 月28 日期間較為穩(wěn)定，在5 月29 日沉降速率增大，5 月29 日至6 月8 日均勻沉降。

4.2 沉降原因分析

車站周邊房屋基礎形式大部分為條形基礎，房屋下部淤泥層及中粗砂層較厚，達到9 m 左右?；娱_挖至強風化層后，基巖裂隙水發(fā)育，基坑內(nèi)抽排水使基巖裂隙水壓力損失，周邊房屋下部砂層內(nèi)潛水快速補給至巖層，導致淤泥層、砂層失水固結沉降。淤泥層、中粗砂層為松散-稍密程度[2]，有一定的壓縮空間。故房屋下部的軟土地層淤泥層和砂層失水固結沉降引起房屋下沉。

5 控制房屋沉降的方法

5.1 控制基坑變形

5.1.1 減少每次開挖長度和增加支撐的剛度

鋼支撐段開挖長度不得超過12 m（2 根圍檁長度），混凝土支撐開挖長度不得超過18 m（2 根支撐），并間隔9 m 架設1根臨時支撐（采用同等鋼支撐）。臨時支撐無須施做圍檁，直接用三角托架支托鋼支撐作用于地連墻墻面上，即最大限度地縮短開挖面暴露時間。開挖范圍內(nèi)混凝土支撐及腰梁需在開挖結束后3 d 內(nèi)完成澆筑，混凝土支撐強度達到設計值70%以上時拆除臨時支撐。

5.1.2 及時抽排開挖面積水，避免泡槽

這一點在軟土基坑施工時尤為重要，軟土或者泥巖地層，遇水后迅速軟化、崩解，被動土壓力迅速降低，對地下連續(xù)墻反作用力減小，引起基坑變形。故下雨后或者基坑內(nèi)出水時需立即組織抽排。

5.2 減少抽排基巖裂隙水

基坑封閉后開挖之前為便于基坑內(nèi)軟土地層順利開挖應設置疏干井，及時疏干淤泥層和砂層內(nèi)的第四系孔隙水。疏干井設置深度應超過基底以下至少1 m，由于上文已分析抽排基巖裂隙水會引起基坑外部地層失水引起房屋下部軟土地層固結沉降，故疏干井抽水時要嚴格控制抽水深度，上部軟土地層開挖時嚴禁抽排下部巖層的基巖裂隙水，只需抽排至開挖面或者砂層底部，滿足土方開挖作業(yè)面無水開挖需求即可[3]。

由于車站內(nèi)分布大量詳勘地質(zhì)鉆孔，車站開挖至下部巖層后，需及時封堵地質(zhì)鉆孔，防止地質(zhì)鉆孔內(nèi)返水，封堵地質(zhì)鉆孔采用向孔內(nèi)注入水泥-水玻璃雙液漿或者化學漿，注漿深度為基底以下1 m。

基坑土方開挖完成后，需在基底設置盲溝和集水井，明排或引流抽排基底基巖裂隙水，以滿足基底防水和主體結構正常施工需求。待主體結構底板完成后，需立即提高集水井內(nèi)水泵高度，控制基巖裂隙水的水頭高度，以控制水位低于底板，達到滿足作業(yè)面施工的條件，其目的是減少抽排基巖裂隙水。

5.3 對周邊軟土地層進行回灌

5.3.1 回灌井位置及數(shù)量確定

在房屋與基坑中間設置回灌井，以減少基坑內(nèi)抽排基巖裂隙水造成周邊地層失水引起固結沉降對房屋變形的影響?；毓嗑當?shù)量共計10 口，分別于3 號房屋西側設置4 口，14 號房屋南側設置2 口，17 號房屋南側設置1 口，18 號房屋南側設置1 口，21 號房屋南側設置2 口。

5.3.2 回灌井設計

回灌井采用正循環(huán)鉆機打設，鉆孔直徑600 mm，打設深度13～15 m，以進入隔水層1 m 為終孔原則，主要針對房屋下部的軟土地層（砂層和淤泥層）進行回灌，力求達到基巖裂隙水抽排量與回灌量的匹配。井管采用φ273 mm 鋼花管，頂部及底部鋼板焊接封口，頂部預留入水口與回灌水系統(tǒng)連接，并安裝壓力表，壓力表量程0.1 MPa。

采用專用接頭將回灌井口封堵并將接頭與主管連接，設置1 根主管，主管采用A150 mm PVC 管，并采用JL-200 增壓變頻離心清水泵作為動力泵輸送回灌水源，主管設置壓力表。支管采用A50 mm PVC 管直接與回灌井井口連接，直管設置水表，記錄回灌量。

5.3.3 回灌操作

1）回灌前，通過水位觀測孔進行水位觀測，記錄下原始水位后開始注水，當水位變化基本穩(wěn)定后，可改為每天觀測1次。在觀測水位的同時對回灌井的注水壓力和注水流量做好記錄。根據(jù)觀測水位變化及時調(diào)整注水量，以保持水位相對穩(wěn)定。通長水泵出水口工作壓力擬定為0.1～0.5 MPa，具體壓力值可根據(jù)現(xiàn)場回灌效果而定。

2）當穩(wěn)定水位監(jiān)測高于本場地原始數(shù)據(jù)后可停止回灌，回灌停止后水位下降較大并低于原始水位后即可啟動回灌井。

3）先期采用小壓力回灌，當潛水水位無法滿足目標要求時，或回灌量難以增加時可適當加壓回灌，回灌壓力不能過大，以免影響回灌井周邊地層結構。

4）回灌水源：回灌水源主要以基坑內(nèi)疏干井抽取的地下水作為回灌水，也可采用自來水作為回灌水。

6 施工效果

6.1 基坑變形效果分析

在同時采取多種措施后，順利完成基坑開挖見底、主體結構封頂施工，監(jiān)測結果表明基坑地下連續(xù)墻墻體位移最大量為向基坑內(nèi)方向位移37.92 mm，滿足設計要求（設計計算報警值為±50 mm）；支撐軸力最大值為8 129 kN，滿足設計要求（設計計算報警值為16 000 kN）；包括地表沉降、墻頂位移、分層土體位移等監(jiān)測指標變量均在設計允許范圍之內(nèi)。通過各項監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，軟土地層基坑開挖時采取上述控制措施，達到良好效果。

6.2 房屋沉降控制效果分析

基坑自身變形均在設計允許范圍之內(nèi)，故房屋沉降與基坑變形無關。在采取控制基坑內(nèi)抽排水和基坑外回灌措施后，房屋沉降速率趨于平穩(wěn)，基坑周邊水位上升并趨于平穩(wěn)，水位波動在±100 cm 范圍之內(nèi)。房屋沉降累計傾斜率均小于設計預警值2‰，房屋外觀無開裂、破損，整體安全可控。

7 結語

通過采取控制基坑自身變形、控制抽排基巖裂隙水以及對基坑周邊上部砂層進行回灌等施工技術，穩(wěn)定了軟土地層的部分失水固結沉降，成功解決了在城市重點地區(qū)富水軟土地層條件下基坑開挖引起周邊建構筑物沉降的問題，為類似工程施工提供了借鑒。同時，該方法減少了在城市水網(wǎng)發(fā)達地區(qū)拆遷占地或臨時搬遷的工作量，節(jié)約成本，縮短工期，為城市重點地區(qū)明挖基坑施工積累了寶貴經(jīng)驗。