淤泥軟土地基深基坑施工實(shí)踐分析

李永科，周宇軒

（深圳市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，廣東 深圳 518000）

0 引言

沿海地區(qū)受地理位置、環(huán)境氣候影響，大多數(shù)深基坑工程位于深厚淤泥軟土層，由于淤泥軟土具有低強(qiáng)度、高壓縮性和弱透水性，其作為深基坑的地基，給施工帶來巨大的挑戰(zhàn)，屬于工程較為棘手的問題[1-4]。施工開挖過程中，常發(fā)生位移、沉降、塌方、斷樁等現(xiàn)象[5，6]。劉志輝[7]采用單軸水泥攪拌樁內(nèi)插H型鋼進(jìn)行軟土地基深基坑支護(hù)，陶榮江[8]采用內(nèi)支撐＋水泥攪拌樁作為沿海軟土地基深基坑的支護(hù)，但上述研究均未解決深厚軟土區(qū)域的大面積基坑開挖難題。王寧波、安歡歡、胡鵬舉等[9]提出了采用蓋挖逆作法深基坑快速施工技術(shù)；孫歡[10]指出了蓋挖逆作法在深基坑中的應(yīng)用；陳凱、丁曉春、何遠(yuǎn)金等[11]探索出全新的土方開挖方式——“盆式”和“島式”相結(jié)合，采用最經(jīng)濟(jì)的方案解決了深厚淤泥帶來的困難；龔玲峰[12]分析了深基坑設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，結(jié)合施工實(shí)例采用“攪拌樁+地連墻+內(nèi)支撐”的支護(hù)方式是合理的。上述研究對(duì)深基坑施工給出了一定的建議與指導(dǎo)。

為解決深厚軟土區(qū)域的大面積基坑開挖難題，本文對(duì)深圳市茅洲河流域的排澇河河口左岸調(diào)蓄池工程進(jìn)行案例分析。

1 工程概況

1.1 簡(jiǎn)介

調(diào)蓄池位于茅洲河流域的排澇河左岸臺(tái)地，該處為廢棄工業(yè)廠房拆除場(chǎng)地，東北側(cè)為排澇河規(guī)劃污水提升泵站，北側(cè)為排澇河河口水閘，南端為錦程路。調(diào)蓄池為155.00 m×61.00 m（長(zhǎng)×寬）的矩形場(chǎng)地，結(jié)構(gòu)的底板高程與頂板高程分別為-6.50 m與2.00 m；基坑深度為10.50～14.00 m，坑底高程為-7.50 m，周邊地面高程為3.00～3.50 m。

基坑支護(hù)體系由地下連續(xù)墻與內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)組成。地下連續(xù)墻的厚度為1.00 m，深度為21.00～23.00 m，墻頂高程為2.00 m，墻頂冠梁截面尺寸為1.00 m×1.20 m。內(nèi)支撐共2道，與均勻分布的格構(gòu)式立柱樁連接，形成整體支護(hù)體系。其中，地下連續(xù)墻與第一道支撐為永久結(jié)構(gòu)，第二道支撐為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，見圖1。第一道支撐為鋼筋混凝土，截面尺寸為0.60 m×1.20 m，間距為6.00～8.00 m；第二道支撐為臨時(shí)鋼支撐，尺寸為?609，δ14，間距為6.00～8.00 m。支撐之間布設(shè)型鋼聯(lián)系梁，立柱樁為直徑1.20 m的灌注樁，格構(gòu)柱為0.80 m×0.80 m鋼結(jié)構(gòu)，第一道支撐梁上設(shè)頂板。

圖1 基坑內(nèi)支撐平面布置圖

1.2 地質(zhì)、水文情況

茅洲河流域區(qū)原始地貌單元為濱海平原地貌，第四系淤泥層較為發(fā)育，淤泥層較厚。工程地基土主要為第四系人工堆積層、海陸交互相沉積層、殘積層與震旦系云開群混合花崗巖風(fēng)化層，基坑范圍主要由素填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、粘土、淤泥質(zhì)砂、粉細(xì)砂、中粗砂、礫砂、砂質(zhì)粘土組成。

場(chǎng)地地下水類型主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，主要含水層為海陸交互相的粉細(xì)砂、中粗砂和礫砂層。地下水補(bǔ)給主要為大氣降水、側(cè)向補(bǔ)給和河水位高于地下水位時(shí)的地表水補(bǔ)給；排泄方式主要為側(cè)向排泄和地下水位高于河水位時(shí)的向地表水排泄。砂層為地表水與地下水聯(lián)系的主要通道，由于場(chǎng)地內(nèi)分布有厚層淤泥等相對(duì)隔水層，場(chǎng)地內(nèi)地下水主要接受遠(yuǎn)處的側(cè)向補(bǔ)給，具有微承壓性，地下水位高程0.05～2.39 m。

1.3 工程特點(diǎn)

1）地質(zhì)條件差。該基坑工程施工范圍地層主要為軟塑～流塑狀的第四系沉積土，淤泥層深度達(dá)12.00～15.96 m，平均厚度超過13.95 m，是典型的“三高一低（即高含水率、高孔隙比、高壓縮性、低強(qiáng)度）”土體，開挖時(shí)可能出現(xiàn)流動(dòng)狀況，大量的淤泥開挖運(yùn)輸及淤泥層中施工機(jī)械作業(yè)難度大；此外，基坑土方開挖、降水易使土體發(fā)生蠕變及固結(jié)沉降變形，變形量大且持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的穩(wěn)定影響十分不利。

2）蓋挖逆作法施工。工程基坑開挖采用蓋挖逆作法施工，即土方開挖工序采用分層開挖，第一層土方開挖至標(biāo)高-1.65 m，進(jìn)行第一道橫向支撐，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%，立即組織第二層土方開挖。頂板及第一道支撐梁施工完成后，挖土機(jī)械作業(yè)易碰撞頂板、支撐梁，第一層支撐梁與第二層鋼支撐凈高5.10 m，第二層鋼支撐梁與坑底凈高4.20 m，常規(guī)PC200挖機(jī)駕駛室高度3.04 m，挖掘機(jī)工作空間受限。該基坑設(shè)有立柱124根，均位于厚度十幾米的流塑狀淤泥層中，格構(gòu)柱以?1 200鉆孔灌注樁為基礎(chǔ)，立柱與第一道混凝土支撐及第二道臨時(shí)鋼支撐相連。土方開挖中，由于空間較小，施工機(jī)械作業(yè)易碰撞立柱；且土方開挖不均衡時(shí)，兩側(cè)高差淤泥的流動(dòng)將造成立柱的單側(cè)擠壓。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工

基坑的第一道支撐為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括支撐梁、聯(lián)系梁及頂板，為永久結(jié)構(gòu)。支撐梁截面尺寸為0.60 m×1.20 m，水平間距為6.00～8.00 m；次梁尺寸為0.40 m×0.80 m；頂板厚0.30 m。

根據(jù)施工要求，進(jìn)行第一道支撐結(jié)構(gòu)梁、板施工，需開挖土方至高程-1.65 m，此高程土層為雜填土或淤泥層，直接作為支撐結(jié)構(gòu)梁、板施工承重支架的地基，則承重支架無法保證支撐結(jié)構(gòu)梁、板的安全施工，需對(duì)此處進(jìn)行基底加固處理。在承載支架搭設(shè)范圍內(nèi)，采用磚渣對(duì)原淤泥質(zhì)軟土進(jìn)行換填壓實(shí)，要求換填厚度達(dá)1.00 m以上，壓實(shí)度達(dá)到90%以上，地基承載力達(dá)到fk＞130 kPa。此外，在換填地基上鋪設(shè)C25混凝土墊層做為持力層，混凝土墊層厚20 cm，確保結(jié)構(gòu)梁、板承重支撐體系的穩(wěn)定性。

2.2 基坑降水技術(shù)

基坑工程主要淤泥軟土層中，淤泥呈流塑～軟塑狀，易發(fā)生觸變擾動(dòng)變形。土方開挖及運(yùn)輸設(shè)備操作困難極易陷入淤泥中，故基坑降排水措施是保證開挖安全快速施工的關(guān)鍵工序。該工程采用管井降水和排水溝明排相結(jié)合的降排水方式。排水系統(tǒng)包括坡頂、坡底設(shè)排水溝和集水井，排水溝尺寸為0.40 m×0.40 m，集水井在坑底和空頂每隔30.00～50.00 m設(shè)置1個(gè)，尺寸為0.80 m×0.80 m×1.00 m。降水管井布置于基內(nèi)，共10個(gè)，管井外徑為0.80 m；坑外布置7個(gè)水位觀測(cè)井。基坑開挖前，坑內(nèi)地下水位高度需降到開挖面以下1.00 m，以便機(jī)械土方開挖施工，水位高度降到要求水位后，立即停止抽水，防止過度降水造成過大變形。

確保降排水措施有效，要求降水管井按照設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確定位，井孔成型后徹底換漿清孔以防泥漿過厚堵塞滲流通道，影響降水、抽水效果；換漿清孔完成后立即居中安裝井管，過濾管采用80目尼龍網(wǎng)包扎，井管底用鋼板封底，防止?jié)B土滲沙；最后進(jìn)行下泵抽水洗井，直至抽水洗出清水為止，洗井結(jié)束后在井口設(shè)置孔口板，防止雜物掉入井內(nèi)。此外，為達(dá)到理想降水效果，至基坑開挖時(shí)降水時(shí)間約1年，期間采取24 h自動(dòng)抽水措施，且降水效果明顯。降水、排水效果直接影響后續(xù)開挖，需加強(qiáng)降排水觀測(cè)。

2.3 蓋挖逆作法土方開挖

土方開挖工序采取分層開挖，其開挖流程如圖2所示。

圖2 開挖及支護(hù)流程圖

第一層土方開挖至高程2.00 m，進(jìn)行地連墻、灌注樁及攪拌樁施工，第二層土方開挖至高程-1.65 m進(jìn)行第一道梁板支撐施工，第三層土方開挖至高程-5.30 m，第四層土方開挖與第二道臨時(shí)鋼支撐施工同時(shí)進(jìn)行，第四層土方采取邊挖邊支撐的方式，開挖至高程-8.50 m后換填至高程-7.50 m。土方分層開挖過程見圖3。

圖3 土方分層開挖流程示意圖

土方開挖至第二層時(shí)，因?yàn)椴扇∩w挖逆作法施工，且基坑內(nèi)格構(gòu)柱密集和外環(huán)高速已施工橋梁橋樁，開挖空間狹小，開挖土層多為淤泥層，施工機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)困難，且極易陷入淤泥層中。要求：1）開挖第三層土?xí)r，換填部分可不用墊鋼板進(jìn)行挖掘，并使用開挖第二層換填部分在預(yù)留的開挖三角區(qū)填筑機(jī)械上下通道；開挖至淤泥層時(shí)，挖機(jī)采用墊鋼板的方式進(jìn)行挖掘，防止挖機(jī)在作業(yè)時(shí)陷入淤泥當(dāng)中，影響開挖效率。2）第三層開挖采用pc120，pc60等型號(hào)挖機(jī)進(jìn)行開挖，在橋柱及立柱密集處時(shí)刻注意機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，不要撞到橋柱、立柱。在頂板施工完成的區(qū)域，密切注意挖機(jī)施工作業(yè)凈空以免撞上頂板。3）由于第三層土土質(zhì)較差，通過挖機(jī)將開挖淤泥翻轉(zhuǎn)至預(yù)留洞口，抓斗機(jī)通過預(yù)留洞口將淤泥土轉(zhuǎn)運(yùn)至基坑外裝運(yùn)，施工期間密切注視挖機(jī)與抓斗機(jī)的配合，切勿造成挖機(jī)與抓斗機(jī)相碰撞的情況出現(xiàn)。4）開挖第三層土?xí)r嚴(yán)格把控開挖標(biāo)高，嚴(yán)禁超挖，當(dāng)開挖至鋼支撐位置時(shí)，及時(shí)進(jìn)行鋼支撐架設(shè)，減少無撐時(shí)間。鋼支撐在開挖施工出鋼圍檁作業(yè)面時(shí)及時(shí)進(jìn)行鋼圍檁安裝，鋼圍檁安裝線性及質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)鋼圍檁安裝完成后進(jìn)行鋼支撐安裝，鋼支撐預(yù)拼裝保證鋼支撐線性，多次復(fù)測(cè)線性之后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力分級(jí)施加。支撐頂緊后，采用支托措施固定，防止鋼支撐因墻體變形和施工碰撞而脫落。5）由于鋼支撐架設(shè)后，Ⅱ區(qū)開挖第四層土操作空間進(jìn)一步被縮小，故項(xiàng)目部結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，積極與設(shè)計(jì)溝通，最終經(jīng)設(shè)計(jì)及業(yè)主、監(jiān)理同意后確定了現(xiàn)場(chǎng)將聯(lián)系梁改為短段托梁，在格構(gòu)柱兩邊各挑出1.00 m作為支撐來進(jìn)行鋼支撐預(yù)拼裝。第四層土開挖方式選取邊挖邊支撐的方式進(jìn)行，施工時(shí)隨挖隨撐，盡量減少無支撐暴露時(shí)間，這種開挖方式達(dá)到了促進(jìn)施工進(jìn)度、保證施工安全的目的。

3 深基坑安全監(jiān)測(cè)

深基坑信息化監(jiān)測(cè)有利于掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)狀況，根據(jù)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)結(jié)果指導(dǎo)施工并優(yōu)化施工參數(shù)，且可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律預(yù)測(cè)后續(xù)施工工況，及時(shí)提出應(yīng)對(duì)措施，確?；娱_挖施工過程的安全作業(yè)。該工程對(duì)地下連續(xù)墻施工進(jìn)行了全過程監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 基坑開挖過程中的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 mm

根據(jù)表1可知，調(diào)蓄池基坑地下連續(xù)墻頂沉降-11.4～-1.9 mm；格構(gòu)柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)變化-6.8～-2.2 mm；基坑坡頂沉降數(shù)據(jù)變化-38.4～-4.7 mm；調(diào)蓄池基坑底部隆起量數(shù)據(jù)變化-1.0～1.1 mm。調(diào)蓄池基坑地下連續(xù)墻頂水平位移數(shù)據(jù)變化-14.6～-1.2 mm；基坑坡頂水平位移數(shù)據(jù)變化-25.0～-0.2 mm；調(diào)蓄池基坑底部隆起水平位移數(shù)據(jù)變化-8.6～1.9 mm。地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)共4個(gè)點(diǎn)，水位數(shù)據(jù)變化-3.48～-0.49 m，其中水位數(shù)據(jù)變化最大監(jiān)測(cè)點(diǎn)為SW4，累計(jì)變化-3.48 m，位于基坑北側(cè)。地下連續(xù)墻深層水平位移監(jiān)測(cè)顯示，各深層水平位移數(shù)據(jù)變化-10.4～4.2 mm。

從表1可見，地下連續(xù)墻墻頂部、基坑邊地面的水平和豎向位移，地下連續(xù)墻深部水平位移、立柱沉降、地下水位、基坑底部位移和隆起等施工過程中的監(jiān)測(cè)值都在規(guī)定的安全允許范圍內(nèi)，說明本文針對(duì)于沿海地區(qū)淤泥質(zhì)軟土地基深基坑開挖工程所提出的施工技術(shù)是切實(shí)可行的。

4 總結(jié)及建議

經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)超大型深基坑工程較多，多數(shù)深基坑工程位于淤泥軟土層，其開挖具有基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且穩(wěn)定性差、大型機(jī)械設(shè)備土方開挖施工難度大、效率低等特點(diǎn)。本文以茅洲河流域調(diào)蓄池深基坑工程為例，為解決深厚軟土區(qū)域的大面積基坑開挖難題，統(tǒng)籌做好安全穩(wěn)定、變形要求、地下水控制及經(jīng)濟(jì)合理等多方面因素，采用地連墻+內(nèi)撐+被動(dòng)區(qū)加固[13]，結(jié)合樁基處理的方案，通過“兩墻”合一，半逆做的方式及分區(qū)、分段、分層開挖措施[14]，有效解決深厚軟土大面積開挖的時(shí)間-空間效應(yīng)及地下水滲流問題，保障基坑及結(jié)構(gòu)的安全，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響[15-18]。

針對(duì)此類大型調(diào)蓄池工程的實(shí)施，建議：1）對(duì)沿海存在有深厚流塑～軟塑狀淤泥層及海陸交互的強(qiáng)透水砂層的地質(zhì)條件進(jìn)行開挖工程時(shí)，應(yīng)提前進(jìn)行降水施工，合理布置降水井，對(duì)透水性較差的地層加密布置；2）調(diào)蓄池清淤工程屬密閉空間作業(yè)，人工清淤存在較大的安全隱患，也不便于智慧管控，建議今后設(shè)計(jì)過程中增設(shè)自動(dòng)清淤設(shè)施；3）調(diào)節(jié)池的主要功能是存儲(chǔ)大量水質(zhì)較差的混流水，調(diào)節(jié)時(shí)間要視污水廠的處理能力而定，一般為2 d左右，混流水在調(diào)蓄池內(nèi)極易產(chǎn)生臭氣，建議應(yīng)增加臭氣收集及處理系統(tǒng)。