深厚淤泥層基坑開挖動態(tài)監(jiān)測與應(yīng)急處理

張躍進

（武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北武漢 430050)

隨著建筑地下空間的開發(fā)，城市深基坑支護工程日漸增長。受城市建設(shè)空間的限制，基坑周邊的環(huán)境也趨于復(fù)雜化，基坑緊鄰周邊建筑物和道路，加之地層的復(fù)雜性，從而使得基坑開挖的風(fēng)險及危害性增大。雖然設(shè)計師給予了基坑安全性的充分考慮，但偶爾也會因?qū)嶋H地質(zhì)情況與設(shè)計不符，致使基坑開挖過程中出現(xiàn)變形超出警戒值，實際監(jiān)測的基坑變形數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢反映了基坑的不穩(wěn)定性；為確保基坑能安全順利開挖施工到底，就必須分析引起基坑變形加劇的實際原因而采取及時有效的應(yīng)急處理方案，方案選擇正確與否直接影響到基坑變形穩(wěn)定和周邊建筑物及道路的安全。本文通過工程實例來闡述基坑動態(tài)信息監(jiān)測與加固應(yīng)急處理方案實施。

1 工程概況

擬建的武漢紅星美凱龍家居廣場基坑圍護工程位于武漢市硚口區(qū)額頭灣立交橋附近，設(shè)地下室兩層，本項目基坑周長1063m，面積3.93×104m2，規(guī)劃總用地面積77546m2，地面設(shè)計標高為23.50m，地下室埋深約9.8m（包括底板厚度）。底板墊層底設(shè)計標高為-10.15m，承臺墊層底設(shè)計標高為-9.40～-13.00m。西南角主樓部位筏板墊層底設(shè)計標高為-11.40m。集水井墊層底設(shè)計標高為-11.35 m，消防集水井墊層底設(shè)計標高為-12.65m，電梯井墊層底設(shè)計標高為-11.20～-12.65m。本基坑分級放坡結(jié)合掛網(wǎng)噴砼，并采用攪拌樁加固坡底及坑底淤泥軟塑土體的支護方式，本基坑工程安全等級：基坑北側(cè)1、1′、2剖面范圍為二級，其余南側(cè)為一級。

在勘探深度范圍內(nèi)，本場區(qū)地層共分16大層，而本基坑開挖深度范圍內(nèi)，影響基坑的主要土層為：第①-1層雜填土；第①-2 層素填土；第②層淤泥以及第⑨層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土?；臃秶鷥?nèi)各巖土層層序、層名、巖土特征及空間分布等詳見表1[1]。

在實際施工中位于基坑?xùn)|南角7 剖面處基坑深6以下實際揭露的地層為約9m厚的流塑狀淤泥，且質(zhì)地相當軟弱，自穩(wěn)性差，含水率大。

本基坑支護深度為7.8～9.15m，分8個剖面進行支護，其中1 和1′剖面采用放坡加錨桿結(jié)合掛網(wǎng)噴砼支護，2～6 剖面采用二級放坡結(jié)合掛網(wǎng)噴砼支護加坑底攪拌樁加固支護形式，7剖面采用一級放坡加雙排灌注樁懸臂支護；6、7剖面被動區(qū)采用密排攪拌樁加固坑底土體；電梯井坑中采用攪拌樁支護和加固?；铀捎妹髋?。

2 基坑施工情況及變形監(jiān)測信息

本基坑除東南角#7剖面為一級放坡加垂直開挖支護外，其它段面均為二級放坡支護。2012 年8 月開始施工放坡區(qū)域的攪拌樁，8月底開始施工7剖面鉆孔支護樁，支護樁為是直徑900mm、樁長20.2m的旋挖灌注樁，雙排樁內(nèi)排樁間距1.2m，外排2.4m，因該區(qū)域揭露的地層主要為粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土，土質(zhì)較軟，局部為流塑狀淤泥，造成實際施工中支護樁局部存在擴孔和縮徑現(xiàn)象。雙排樁之間采用攪拌樁加固，內(nèi)排樁10m范圍內(nèi)密排攪拌樁加固被動土區(qū)域。鉆孔支護樁和加固攪拌樁工作于10月中旬全部完成。該區(qū)域一級坡的支護形式為1∶1放坡掛網(wǎng)噴砼加三排注漿鋼管，雙排樁冠梁頂部標高為-5.2m，基坑底標高為-10.2m。

同年11 月中旬該區(qū)域土方開始進行垂直下行開挖，12 月5 日土方開挖到基坑底，并進行了墊層施工，土方開挖過程中每間隔3d監(jiān)測一次，基坑變形變化幅度很小，累計位移只有10～15mm。但隨著時間的推移，基坑頂部與路牙交界處出現(xiàn)5～20mm的裂縫，逐漸趨于增大，基坑外10m 外的路面出現(xiàn)明顯沉降和較大的裂縫，冠梁頂位移最大達到了50mm（見圖1）[2]。監(jiān)測信息及時反饋到基坑設(shè)計單位，設(shè)計、施工、監(jiān)理和建設(shè)單位四方立即對現(xiàn)場進行了詳細察勘、分析和討論?？紤]到該區(qū)域地層的復(fù)雜性，經(jīng)分析研究擬定采取高壓旋噴錨索對雙排樁進行加固處理。

3 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的分析

隨著基坑逐漸開挖到底，基坑范圍被動土逐步卸除完畢，加之深厚淤泥層的不穩(wěn)定性，基坑側(cè)壁壓差增大，造成基坑變形逐漸加劇。依據(jù)基坑周邊位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，整個基坑只有東南角#7剖面冠梁頂設(shè)置的3個位移監(jiān)測點（S3、S4、S5）的位移變化異常，且逐步超過位移警戒值。在12 月5 日以后，三個位移點監(jiān)測的數(shù)據(jù)逐步加大，且變形幅度呈上升趨勢，位移平均日變化幅度達到了5～10mm，直至2012年12月9日開始S4點的位移就超過了警戒值，向基坑設(shè)計院反映后，立即停止了基坑后續(xù)施工，并增大基坑監(jiān)測頻率和基坑周邊巡查的力度。緊接著由設(shè)計、施工、監(jiān)理和業(yè)主共同對現(xiàn)場踏勘，擬定基坑加固方案，以確?；影踩Ｋ姆焦餐瑢釉搮^(qū)段基坑變形異常的因素進行了分析。

3.1 地層的因素

該區(qū)域在很早以前為一河流，淤泥淤積較深，后經(jīng)回填而形成的地面形態(tài)。通過旋挖成樁在施工中揭露的地層為坑底約4～5m 的淤泥基本為流塑狀，穩(wěn)定性極差。當基坑開挖后內(nèi)外土壓力發(fā)生變化后坑外淤泥發(fā)生蠕變。

3.2 基坑周邊環(huán)境的影響

該區(qū)域基坑一級坡頂部為工地臨時主要道路，基坑開挖后仍然有很多進出工地的重型車輛通過，對基坑頂部產(chǎn)生一種動載，對主動區(qū)的深厚淤泥層產(chǎn)生一種擠壓作用，對基坑變形造成影響。

4 加固方案的實施及效果驗證

4.1 該區(qū)域加固前后設(shè)計方案的對比

（1）基坑?xùn)|南角原設(shè)計方案?；?剖面原設(shè)計方案是采取上部一級放坡加錨管注漿結(jié)合掛網(wǎng)噴砼支護，下部采取的是雙排樁懸臂垂直開挖支護；懸臂高度為5m，基坑土方開挖后該區(qū)域樁頂位移加劇并逐步超過警戒值，基坑趨于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）基坑?xùn)|南角7 剖面加固剖面圖[3]（見圖2、圖3）。7 剖面雙排樁原設(shè)計計算是根據(jù)原勘察報告所提供的c（13kPa）、φ(8°)值進行計算的，基坑施工過程中發(fā)現(xiàn)該區(qū)域淤泥土質(zhì)較差，經(jīng)現(xiàn)場取樣送相關(guān)實驗室檢測，發(fā)現(xiàn)其c（5kPa）、φ(1.5°)值比勘察報告中提供的值要小很多。加固設(shè)計是通過后來所取土樣檢測的c、φ值重新計算并考慮變形擾動后來確定增補錨索的拉力和長度。

4.2 旋噴錨索加固的原理

基坑支護遇軟土層時使用常規(guī)錨索施工，往往存在錨索抗拔力達不到設(shè)計所需值，特別是在遇淤泥等松軟土質(zhì)的基坑支護中抗拔力更是一個很難解決的問題。旋噴錨索是進行預(yù)成孔并將錨索送入設(shè)計要求的孔深，然后從孔底逐漸往孔口進行高壓噴漿，以將錨固體直徑擴大，增大錨索抗拔的摩擦接觸面積，從而提高錨索的抗拔力，確保能達到設(shè)計值。

4.3 錨索施工設(shè)備選擇及工藝

（1）設(shè)備選型。因采用搭設(shè)工作平臺施工，不能承載重型設(shè)備，履帶式錨桿機不能采用，為確保操作安全，成孔選擇輕型設(shè)備，型號為XY-2 型鉆機；要進行高壓旋噴注漿作業(yè)，故要配備一臺90kW的高壓泵。

（2）成孔鉆頭的選型[4]。如何將制作好的錨索能順利并完好地送至孔底，達到旋噴錨索的有效施工，就必須有一個切實有效的施工方法，通常我們有的做法就是先進行鉆孔預(yù)成孔，用普通鉆孔將孔深鉆進至設(shè)計孔深，然后提鉆將制作好的錨索體用帶高噴頭的鉆桿送入孔底，再實施高噴作業(yè)，也有采取其他施工方法的，但這些方法在施工過程中或多或少存在問題，譬如預(yù)鉆孔發(fā)生了塌孔，錨索不能送達到設(shè)計部位，或錨索在送入途中發(fā)生了纏攪成一體，不能發(fā)揮其抗拔作用等等。如何來解決這些問題，以讓旋噴錨索施工能更快更完善地完成施工，就必須要制作一個專用的旋噴錨索施工鉆頭，讓鉆孔與錨索體同步進行，順利將錨索體送達設(shè)計部位。本加固工程是選用一種專用的旋噴錨索施工鉆頭，其包括鉆頭體，錨索端頭固定體，鉆頭與錨索固定板單動裝置，鉆頭與鉆桿連接裝置，逐個連接組裝成一個完整的旋噴錨索施工鉆頭體[4]，如圖4、圖5所示。其特征是鉆頭在旋轉(zhuǎn)的過程中錨索端頭固定板不旋轉(zhuǎn)，并借助鉆頭推進力將錨索體順利跟進帶入。

圖4 旋噴錨索鉆頭體示意圖[4]

圖5 旋噴錨索鉆頭體及與錨索連接實物圖

（3）成孔工藝。

①工作平臺鋪設(shè)：按增補錨索的標高，用鋼管腳手架搭設(shè)6m 寬的工作平臺，為確保安全，平臺上滿鋪模板，作業(yè)平臺邊緣增設(shè)防護欄桿，腳手架底部增設(shè)掃地桿，側(cè)壁安裝剪刀撐。

②鉆孔預(yù)成孔：成孔鉆機就位，調(diào)整好入射傾角，采用直徑150mm的三頭鉆進至設(shè)計深度，目的是減少錨索送入的阻力。

③錨索制作及安放：錨索端部采用擠壓套固定在錨拉鋼板上，錨拉鋼板焊接固定在一次性鉆頭上，然后將特制的鉆桿接頭插入鉆頭中部，同時將鉆頭錨索連體送入預(yù)成孔的鉆孔內(nèi)，通過鉆機油壓將錨索逐步送入至設(shè)計孔深，若遇阻力時可邊旋轉(zhuǎn)鉆桿邊向孔內(nèi)送入小壓力的清水，直至錨索端部到達設(shè)計孔深。

④清洗鉆孔：采用20MPa 左右的清水壓力向孔內(nèi)壓入清水，將孔底的淤泥沖洗干凈，同時將鉆孔周邊土體進行一遍預(yù)切割，以便漿液能充分滲透到土體中。

⑤高壓注漿：按（1∶0.8）～（1∶1）的水灰比進行配制漿液，同時加入適量的早強劑，然后采用不少于25MPa的壓力進行送漿，漿液通過鉆桿體通道達到錨索鉆頭端部的噴嘴，噴出霧狀的漿液滲透到土體中，漿液先稀后濃，邊旋轉(zhuǎn)邊提拔鉆桿，拔桿速度控制在每分鐘25cm 左右。錨固段水泥用量控制在每米150kg，自由段噴漿拔桿速度可相對加快，噴漿量保證每米100kg即可。

⑥錨索腰梁施工：按照設(shè)計圖紙的配筋綁扎腰梁鋼筋，按圖紙尺寸進行支模，錨索位于腰梁部位采用?75mm的PVC套管與砼隔離。

⑦錨索張拉與鎖定：在錨索注漿體齡期達到15d以上，強度達到設(shè)計值的70%后就可進行張拉鎖定。張拉前必須將張拉設(shè)備送到有權(quán)威的檢驗機構(gòu)進行標定，張拉按設(shè)計值分級進行，并間隔測量錨頭位移量；張拉達到設(shè)計值后卸載，同時安裝錨具夾片進行錨索鎖定，鎖定值按設(shè)計要求，但鎖定時張拉力應(yīng)增加30%的預(yù)應(yīng)力損耗。

4.4 加固效果

該區(qū)域錨索加固實施并鎖定后通過每間隔1d、3d、7d、15d時間的位移監(jiān)測，冠梁頂部的位移區(qū)域穩(wěn)定，不再繼續(xù)延續(xù)擴大，路邊的裂縫經(jīng)水泥封閉后再無新裂縫出現(xiàn)。通過加固確保了基坑安全，保證了整體工期。

5 結(jié)語

通過以上工程實例說明深基坑施工的動態(tài)監(jiān)測信息反饋與分析是基坑降低安全風(fēng)險的前提，依據(jù)工程實際地質(zhì)及周邊情況分析擬定特定的加固方案是基坑安全的有效保證，若選擇的加固方案不適宜，不但會加大基坑變形，同時也給基坑的安全帶來更大的風(fēng)險。如何優(yōu)化加固方案和有效實施，必須做到設(shè)計、施工密切聯(lián)系，跟蹤及時反饋。監(jiān)測信息的準確反饋及施工情況的詳細描述是給設(shè)計提供有效加固措施的保障，而加固方案的詳細實施也是加固成功與否的關(guān)鍵。施工過程中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件及周邊環(huán)境發(fā)生變化時，應(yīng)及時把信息反饋給設(shè)計部門進行復(fù)核調(diào)整，當基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)反映出異?；蚧幼冃渭觿r，應(yīng)及時把信息反饋給安監(jiān)、設(shè)計、甲方和監(jiān)理等部門，基坑應(yīng)立即停止開挖，同時啟動基坑安全應(yīng)急預(yù)案，組織相關(guān)部門會審得出結(jié)論后方可進行下步工作。只有認真做好深基坑動態(tài)設(shè)計與信息化施工管理工作，同時能及時對癥下藥擬定有效控制變形的加固方案，并搞好關(guān)聯(lián)工作，才能確?；邮┕さ陌踩?。