復雜條件下地下停車場深基坑施工關(guān)鍵技術(shù)分析

徐 勇，段 濤，楊尊林，張 峰，李 超

（中國建筑第八工程局有限公司總承包公司，上海 201204）

對于復雜地質(zhì)條件下的深基坑工程，施工時必須考慮地下水、巖土結(jié)構(gòu)等環(huán)境因素對施工安全、施工進度、施工質(zhì)量帶來的影響。在地下水豐富、巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差的條件下施工時，應提前布置止水帷幕，將深基坑與外部土體隔離，防止開挖深基坑時外部土體中的地下水向基坑內(nèi)滲透、匯聚，從而營造良好的施工環(huán)境。由于深基坑的開挖深度較大，除了采取放坡措施外，還要布置支護結(jié)構(gòu)，防止側(cè)壁滑塌帶來安全事故。施工單位基于現(xiàn)場情況綜合采取多項施工關(guān)鍵技術(shù)，才能實現(xiàn)對安全、質(zhì)量、進度的綜合管理，確保工程建設取得良好的綜合效益。

1 工程概況

某寫字樓的地下停車場采用圍擋明挖法施工，基坑面積15 248.4 m2，周長540.5 m，深度10.2～14.4 m，屬于深基坑工程。由地質(zhì)勘察結(jié)果可知，該工程所在區(qū)域的地層自上而下分為6 層，依次是雜填土（0.3～6.8 m）、粉土（3.2～9.4 m）、粉砂夾粉土（7.5～12.5 m）、粉質(zhì)黏土（2.1～5.8 m）、粉土（3.0～5.8 m）、粉砂（2.4～13.8 m）。多年平均水位5.13 m，歷史最高水位6.10 m，地下水來源以大氣降水和地表水滲透為主，未觀測到不良水文地質(zhì)。從整體上看，工程所在地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性好，無崩塌、滑坡等地質(zhì)災害；但是地層富水性好，深基坑施工過程中要重點做好止水和支護工作。

2 止水帷幕施工技術(shù)

2.1 測量放線，開挖溝槽

在施工準備階段，使用全站儀進行測量放線，確定樁位和控制線，用石灰作出標記。使用挖掘機沿著控制線開挖溝槽，溝槽的寬度由樁墻的寬度決定。開挖溝槽中遇到地下障礙物時，使用鎬頭機清理障礙后再繼續(xù)挖掘。

2.2 布置樁機

將樁機布置到1 號樁位處，檢查機架垂直度，最大偏差不得超過0.5°，樁機上下誤差控制在30 mm 以內(nèi)。施工過程中每隔一段時間用經(jīng)緯儀復測機座標高，若發(fā)現(xiàn)樁機有偏斜情況及時調(diào)整。

2.3 制備水泥漿液

為保證止水帷幕施工效果，施工所用水泥漿液必須現(xiàn)配現(xiàn)用。在施工現(xiàn)場搭建臨時水泥庫，于施工前6～12 h 制作漿液。水泥漿液的水灰比為1∶5，所用水泥為P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，按照質(zhì)量比加入到攪拌設備中，混合均勻后備用。水泥漿液從制備完畢到使用，中間停滯時間控制在120 min 以內(nèi)，避免漿液離析影響使用效果[1]。

2.4 噴漿攪拌成樁

啟動樁機，設定注漿壓力為1.5～2.0 MPa、注漿流量為180～200 L/min，參數(shù)設置完畢后開始鉆孔。在鉆頭下沉過程中同步噴射水泥漿液，利用鉆頭的旋轉(zhuǎn)攪動作用讓水泥漿液與土體充分拌合，凝固后形成具有一定強度的樁體。為提高成樁質(zhì)量，對鉆頭的下沉和提升速度有嚴格要求。鉆頭下沉速度為0.8 m/min，提升速度為1.0 m/min，保證速度恒定，不同深度下的攪拌時間如圖1 所示。

圖1 攪拌樁下沉、提升速度示意圖

圖1 中，1 階段為下沉注漿攪拌，速度為0.8 m/min；2 階段為樁底部位1 m 處重復攪拌，速度為0.5 m/min；3 階段為提升注漿攪拌，速度為1.0 m/min；4 階段為施工結(jié)束，開始下一根樁施工。單根轉(zhuǎn)必須保證一次性施工完成，中途不得停止。每根樁施工完畢后，用清水沖洗注漿管路，避免發(fā)生堵塞[2]。水泥攪拌樁的質(zhì)量應符合表1 要求。

表1 水泥攪拌樁質(zhì)量控制標準

將水泥攪拌樁按照順序連接后形成止水帷幕，在深基坑施工中發(fā)揮良好的阻水效果，避免深基坑周圍巖土中的地下水向基坑內(nèi)部滲透，保證深基坑施工的順利進行。

3 支護結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

3.1 支護樁施工流程

本工程中深基坑施工除了要考慮地下水的滲透外，還要避免兩側(cè)土體位移導致的坑壁滑塌問題。因此，在深基坑施工中設置了支護樁。其長度有2 種規(guī)格，分別是22.8 m、24.5 m，樁徑統(tǒng)一為920 mm，樁間距為1 200 mm，整個深基坑工程中共使用474 根支護樁。在樁體型式上，采用由C35 混凝土澆筑形成的鉆孔灌注樁，施工流程如圖2 所示。

圖2 支護樁施工工藝流程圖

結(jié)合前期地質(zhì)勘察結(jié)果，該施工區(qū)域地下水較為豐富，土層強度較差，為防止鉆孔灌注樁施工中出現(xiàn)塌孔問題，需要在鉆孔前埋設鋼護筒。本工程中所用護筒由厚度為5 mm 的鋼板卷制形成，接口處采用焊接連接；護筒內(nèi)徑由樁徑?jīng)Q定，在樁徑的基礎上再增加5 cm；護筒高度由護筒坑深度決定，在設計深度的基礎上再增加20 cm[3]。護筒中心點與樁孔中心點必須重合，本工程中使用護筒固定器輔助定位，如圖3 所示。

圖3 護筒定位器示意圖

埋入護筒后，將標高引測到護筒上口，方便校正鉆孔深度。在孔內(nèi)混凝土灌注完畢后方可撤去固定護筒的井字架，避免施工過程中護筒出現(xiàn)偏移、下沉等情況。

3.2 支護樁質(zhì)量控制標準

為取得理想的深基坑支護效果，要求支護樁應滿足以下幾項質(zhì)量標準：①樁位允許偏差，對于垂直于中心線的邊樁，最大偏差不得超過樁徑的1/6，最大不得超過100 mm；對于沿中心線方向的中間樁，最大偏差不得超過樁徑的1/4，最大不得超過100 mm；②護筒允許偏差，護筒中心與樁孔中心的偏差不得超過20 mm；③樁孔允許偏差，樁孔垂直度控制在1%以內(nèi)，實際孔徑與設計孔徑的偏差控制在±20 mm 以內(nèi)，實際孔深與設計孔深的偏差不得超過100 mm。

4 基坑開挖施工技術(shù)

4.1 施工準備

在完成止水和支護施工后，進行基坑開挖，預計開挖土方總量在1.2×105m3。施工前在基坑四周布置若干個降水井，使基坑范圍內(nèi)土體中的地下水在重力作用下向降水井內(nèi)匯聚，達到降水疏干的效果。同時，在深基坑的坡頂與坡底分別布置截水溝，確保施工期間的雨水和地下滲水能夠及時排出。開挖前進行支護樁的強度檢測，當支護樁的實際強度達到設計強度的80%后方可進行深基坑開挖。

4.2 基坑開挖流程

考慮到深基坑工程的開挖面積和開挖量較大，本次工程中采取了分段開挖的方式，共分為4 個階段，具體施工內(nèi)容如下。

第1 階段開挖至第一道支撐梁底部。在止水樁和支護樁的實際強度均高于設計強度的80%后開始該階段的施工，開挖深度約為2.5 m，開挖土方量1.8～2.0×104m3。

第2 階段開挖至第二道支撐梁底部。在第一道支撐梁的實際強度達到設計強度后開始該階段的施工，開挖深度約為5.2 m，開挖土方量在7.0×104m3左右。在施工時，將本階段又分為3 層，開挖深度分別為1.5、2.0、1.7 m。

第3 階段開挖至基坑底部。在第二道支撐達到設計強度后開始該階段施工，開挖至基坑底，開挖深度為3.5 m，注意保留20 cm 的土方。分2 層開挖，第一層為1.7 m，第二層為1.8 m。

第4 階段開挖坑底預留土方、承臺坑、電梯井和梁槽。在開挖方式上，采用機械與人工配合開挖，首先使用斗容為0.25 m3的小挖掘機進行開挖，然后由人工手持鎬、鏟等工具完成局部修整。本階段開挖完成后，立即澆筑混凝土墊層，同時做好成品保護[4]。

5 降水管井施工技術(shù)

5.1 降水管井參數(shù)設計

本工程設置管井用于工程降水，現(xiàn)場共布置管井36 個，鉆孔直徑550 mm，深度18 m。在鉆孔內(nèi)插入無砂混凝土材質(zhì)的中空濾管，直徑300 mm。在濾管和孔壁之間留出的250 mm 縫隙中填入粗砂、小礫石等濾料。降水管井的上部高于地面500 mm，在底板處設置1 道止水鋼板，整個結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 降水管井結(jié)構(gòu)示意圖

5.2 降水管井施工流程

5.2.1 管井成孔

根據(jù)施工圖完成測量放線，存在井位與樁位沖突的，與設計師協(xié)商后更改井位。確定井位后，現(xiàn)場使用GPS10 型回轉(zhuǎn)鉆機造孔，孔徑為550 mm。為提高成孔效果，防止出現(xiàn)縮徑、塌孔等問題，本工程采取了泥漿護壁措施，所用泥漿比重不低于1.1 g/cm3。完成鉆孔施工后檢查成孔質(zhì)量，確認垂直度、直徑、深度等各項指標符合要求后，向孔底填入粒徑在3～5 mm 的粗砂、礫石，形成厚度約為40 cm 的砂墊層。

5.2.2 沉放井管

將直徑為300 mm、壁厚為20 mm 的無砂混凝土濾管放入到鉆孔中，要求濾管中心與鉆孔中心重合。選擇“托盤法”沉放井管，每節(jié)井管為3 m，相鄰兩節(jié)井管的連接處包裹一層濾砂布，并使用鐵絲扎牢，保證上下2節(jié)井管對齊[5]。

5.2.3 回填濾料

井管安裝結(jié)束后，提前放置用于測量濾料深度的測錘。將濾料用清水沖洗，保證粗砂、礫石的含泥量不超過5%。用鐵鍬將濾料填入井管，保證均勻下料，至井口1.5 m 處停止。在濾料上部填充優(yōu)質(zhì)黏土并夯實，直至與地面齊平。

5.2.4 裝泵抽水

運用污水泵洗井法進行洗井，觀察到排出水由濁變清后即可停止。將潛水泵放入管井內(nèi)，并使其沉入水面以下3 m，進行試抽水。觀察抽水情況，確定潛水泵可以正常作業(yè)后，將其沉入管井底部。降水期間定期檢查潛水泵運行情況，禁止隨意啟停抽水設備。

5.2.5 停機封井

在深基坑施工完畢后，關(guān)停并移出潛水泵，將降水管井封死。將砂墊層以上混凝土管清除，插入直徑為280 mm 的鋼管，上方高出底板頂面300 mm，外側(cè)纏繞麻絲加油膏，并用水泥封死。將2 個半圓鋼環(huán)焊接在鋼管外側(cè)形成止水翼環(huán)，檢查焊接質(zhì)量，不得留有焊縫。左右各布置2 道止水翼環(huán)，上下2 道之間距離控制在300 mm 左右。在底板頂面以下200 mm 處，使用切割機將鋼管切管，回填粗砂和礫石，至距離頂面500 mm 處為止。然后換填C30 混凝土至距離頂面，封井情況如圖5 所示。

圖5 管井封井示意圖

6 結(jié)束語

隨著高層及超高層建筑的不斷增多，深基坑的應用變得越來越普遍。在復雜地質(zhì)條件下進行深基坑施工時，需要考慮多方面因素對施工質(zhì)量、施工安全帶來的影響。通過在深基坑外側(cè)布置止水帷幕，防止基坑外側(cè)地下水向內(nèi)滲透，營造了安全的施工環(huán)境；運用鉆孔灌注樁技術(shù)布置支護結(jié)構(gòu)，能夠防止深基坑側(cè)壁滑塌，提高了施工質(zhì)量；使用降水管井進行坑內(nèi)降水，保證了現(xiàn)場施工的順利進行?，F(xiàn)場施工人員應結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果，了解工程區(qū)域的水文地質(zhì)條件，在此基礎上合理運用相關(guān)施工技術(shù)，才能讓深基坑施工任務得以高效、安全進行。