淺談復(fù)合重力壩圍護(hù)施工質(zhì)量控制

姚士威，王家岳，劉 聰，邵珠令（中建八局第二建設(shè)有限公司，上海 201313）

0 引 言

重力壩是由水泥攪拌樁組成的具有重力作用的防滲墻。它既有很好的防滲性能，又有很強(qiáng)的擋土能力，因此被廣泛使用。在軟黏土地層中，7 m以下的基坑通常采用水泥土重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，但其所占的空間大，而且對(duì)變形的控制功能不強(qiáng)。在基坑周邊場(chǎng)地不能滿足傳統(tǒng)的水泥土圍護(hù)要求的情況下，通常需要在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中加設(shè)內(nèi)撐板，采用復(fù)合重力壩圍護(hù)，確?；拥陌踩?/p>

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，城市地下空間的深度開發(fā)與利用日趨復(fù)雜化與多元化，基坑工程由于其工程規(guī)模大，基坑深度不一，對(duì)周圍環(huán)境的防護(hù)要求也不盡相同，因此，采用單一的支護(hù)方案難以同時(shí)兼顧安全、經(jīng)濟(jì)和工期[1]。在這種條件下，采用復(fù)合重力壩圍護(hù)，更顯經(jīng)濟(jì)、更具合理性。本文結(jié)合某深基坑項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“項(xiàng)目”）實(shí)例，對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工方案進(jìn)行確認(rèn)，并提出主要的工藝步驟及控制點(diǎn)，以供后續(xù)同類工程借鑒。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目為群體性的高層住宅，地下結(jié)構(gòu)1層、局部區(qū)域2層。項(xiàng)目基坑的面積為48 000 m2，其平面形狀為不規(guī)則的長(zhǎng)方形，如圖1所示。一般情況下，地下1層井深為4.95 m，2層井深為9.20 m?；又車沫h(huán)境狀況較為復(fù)雜：東側(cè)和南側(cè)是已經(jīng)修建好的市政道路，在路面下面有大量的市政管道，距基坑的最小間距為3.40 m；西面和北面都是經(jīng)過修整的城區(qū)河流；土地紅線和基坑之間的距離非常接近，只有3.70 m。

圖1 基坑平面及周邊環(huán)境

項(xiàng)目所處地貌屬于沿海平原，對(duì)基坑產(chǎn)生影響的主要是淺部的潛水地下水。根據(jù)勘察報(bào)告，靜態(tài)地下水埋深在1.08～2.06 m。因此，設(shè)計(jì)考慮0.5 m的地下潛水位。在北邊靠近基坑邊界的地方有暗浜，呈東西方向，暗浜深度范圍約1.1～1.6 m，寬度范圍約1～10 m，主要的填充物是黑色泥土、沙子，土質(zhì)較差，需注意防范相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，如表1所示。

表1 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表

2 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

基于項(xiàng)目的獨(dú)特性質(zhì)，采取分區(qū)順序作業(yè)的整體施工方案，旨在達(dá)成保證安全性，控制成本和簡(jiǎn)化工序等目標(biāo)。綜合周邊地塊的用途與保護(hù)要求及各個(gè)區(qū)域下的開挖深度等因素，采取復(fù)合重力壩的支護(hù)措施。地下1層區(qū)域根據(jù)情況選用自立式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，局部地下2層區(qū)域采用板撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)。為應(yīng)對(duì)基坑位于不同的地下室層次，本文將其劃分成靠近1層和2層的2個(gè)區(qū)域。所有工作均依序展開，遵循從下往上的挖掘步驟并各自獨(dú)立實(shí)施，盡可能控制基坑的各項(xiàng)變形，保護(hù)基坑周邊構(gòu)筑物等環(huán)境，以達(dá)到縮減基坑外露時(shí)間與面積、限制沉降變形的程度以及維護(hù)周邊生態(tài)的目標(biāo)[2]。

2.1 地下1層區(qū)域

地下1層區(qū)域整體開挖深度為4.95 m，局部加深，基坑面積35 000 m2。因項(xiàng)目西側(cè)、北側(cè)區(qū)域用地紅線距基坑邊線較近，最寬處只有4 m，施工間距無法滿足放坡開挖的條件要求，但在實(shí)際施工中，斜拉樁支護(hù)施工過程較為煩瑣、施工時(shí)間長(zhǎng)、施工成本高。綜合考慮各項(xiàng)情況，結(jié)合項(xiàng)目深基坑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及項(xiàng)目進(jìn)度，決定采用水泥土重力式圍護(hù)墻的圍護(hù)形式；同時(shí)在基坑周圍采用了一種被動(dòng)區(qū)域橋墩加固方式。為保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性、穩(wěn)定性及其他方面的需要，在圍護(hù)墻的迎坑面間穿插型鋼。地下1層區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面布置圖，如圖2所示。

圖2 地下1層區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面布置圖

2.2 地下1層臨近周邊道路區(qū)域

地下1層空間東、南緊鄰市區(qū)交通干道，地下埋有大量的市政管道，屬于二級(jí)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。為降低基坑開挖過程中對(duì)周圍環(huán)境造成的沖擊，項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用雙排鉆孔灌注樁，樁徑φ700 mm，間隔2 000 mm，并且根據(jù)計(jì)算在灌注樁頂及中間設(shè)置鋼筋混凝土梁，和水泥土攪拌樁構(gòu)成一個(gè)整體。該結(jié)構(gòu)可以有效提高墻體的橫向剛度，增強(qiáng)墻體的整體抗變形性能。這不僅有利于基坑的穩(wěn)定性，而且有利于控制基坑的變形，還可減小基坑施工對(duì)周圍環(huán)境的影響；同時(shí)，由于不需要內(nèi)部支承，便于施工，大大縮短了施工時(shí)間。

2.3 局部地下2層區(qū)域

局部地下2層區(qū)的挖掘深度平均為9.2 m，基坑面積為13 000 m2，該地區(qū)的外圍與主干道接壤。在該區(qū)域內(nèi)，基坑的止水帷幕使用的是三軸水泥土攪拌樁，圍護(hù)結(jié)構(gòu)是鉆孔灌注樁，并且在上下設(shè)置2道鋼筋混凝土水平支撐，形成完整的圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系?；又械谋粍?dòng)土用攪拌樁墩進(jìn)行加固，圍護(hù)樁與加固體間的間隙用高壓旋噴樁進(jìn)行充填。目前，該技術(shù)已較為成熟，且對(duì)周邊環(huán)境影響較小。支護(hù)樁具有很高的剛性和控制變形的能力；同時(shí)，與外擋水板的隔水性相結(jié)合，能夠滿足圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗?jié)B要求。通過對(duì)雙撐、角撐的平面布置，配合圍護(hù)結(jié)構(gòu)棧橋的設(shè)置，有利于土方開挖，加快基坑的流水施工，縮短施工時(shí)間。地下2層區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面布置圖，如圖3所示。

圖3 地下2層區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面布置圖

3 圍護(hù)體系施工控制要點(diǎn)

3.1 確保水泥土置換率

水泥攪拌樁的強(qiáng)度和樁身質(zhì)量直接受到水泥土置換率的影響，如果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)度無法保證，將會(huì)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性造成一定的影響，從而無法保證基坑的施工安全。

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中可采取下列方法提高置換率：

通過抵擋作業(yè)，控制下攪和提升的速度，同時(shí)，增加機(jī)械攪拌噴漿的次數(shù)，并且嚴(yán)格均勻地?cái)嚢?、噴漿。另外，充分進(jìn)行攪拌水泥漿并確保施工過程中在攪拌、稠度以及溫度等方面達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行輸送[3]。

3.2 確保合理的水灰比和摻入比

水泥拌合料的性能及成排打樁的質(zhì)量取決于2個(gè)主要因子，即水灰比和水泥摻入量。由于該項(xiàng)目建筑基礎(chǔ)的特殊性——其底層填充了大量的沙礫以及含有大量淤泥質(zhì)的土壤，這種情況在施工之前需要進(jìn)行嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試以調(diào)整最佳混凝土配比[4]。此外，還需要對(duì)該段地下水的深度有足夠的了解，以確保能夠順利打入數(shù)米深的水平鉆孔。通過對(duì)砂層和淤泥層進(jìn)行分離，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)，找到合適的水泥含量和水泥混合材料的比例，以符合水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，同時(shí)確保在施工過程中的輸漿管通暢，防止不必要材料的浪費(fèi)情況。

項(xiàng)目基坑中采用水灰比為0.55∶1、0.55∶0.6，摻入比為12%、13%、15%的配合比進(jìn)行成樁試驗(yàn)。最終選擇水灰比為0.6∶1、摻入比為12%進(jìn)行正式樁施工。

施工過程中必須認(rèn)真遵照特定的比例來混合水泥漿料，并持續(xù)不斷地?cái)噭?dòng)直至均勻分散，且每一次至少需要保證3 min以上的攪拌時(shí)長(zhǎng)。

3.3 保證墻體的連續(xù)性

為了保證水泥攪拌樁圍護(hù)墻在基坑開挖時(shí)基坑變形的穩(wěn)定，各樁之間需要有效地連接成整體。因此在攪拌樁施工的過程中，特別注意水泥土的有效連接，避免冷縫的產(chǎn)生[5]。

（1）為了確保水泥土柱之間形成有效的連接并在硬化后得到充分的結(jié)合，應(yīng)該安排合理有序的水泥攪拌樁施工程序，同時(shí)考慮工時(shí)、場(chǎng)地布局和機(jī)械效率等因素。

（2）在建造的過程中需要緊密地按照計(jì)劃中的構(gòu)造方式接連拼裝，同時(shí)需要通過準(zhǔn)確的檢查和測(cè)量手段來確保每一列之間的施工線都是符合要求且是均等的。

（3）機(jī)械24 h不間斷施工，確保樁體間的搭接強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，保證水泥土攪拌樁的整體性。外界條件造成施工間隔的，要錯(cuò)位搭接。

（4）為確保工程品質(zhì)優(yōu)良，工地設(shè)立有專職的檢查員，對(duì)每項(xiàng)工作進(jìn)行全天的檢驗(yàn)與督導(dǎo)，任何未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的步驟都將無法實(shí)施下一步操作程序。

4 基坑降水措施

4.1 基坑降水井的布設(shè)

項(xiàng)目采用真空負(fù)壓的方法降水，能夠加快孔間水的滲流速度，同時(shí)也能減少管井?dāng)?shù)目，節(jié)約工程投資。根據(jù)過去的工程實(shí)踐，各水井間的間隔應(yīng)為15～20 m，每一水井的排水面積應(yīng)為300 m，并且要保證各水井的有效半徑是相交的。井下管道使用的是直徑為350 mm、過濾管道纏繞鋼絲網(wǎng)眼的混凝土管道。井深10 m，在井深1 m處，留出部分瓜子皮充填區(qū)域，并用泥漿封蓋，填滿；留出1 m的空隙，以便觀測(cè)井口的水平面。

4.2 排水施工

開挖28 d前即開始排水，排水時(shí)井點(diǎn)應(yīng)均勻抽水，將水位差控制在規(guī)定范圍內(nèi)。在施工過程中，要不間斷地進(jìn)行深水井的抽水，同時(shí)要加強(qiáng)降水的管理。根據(jù)觀察到的水位，對(duì)放水時(shí)段進(jìn)行控制，并做好相關(guān)工作。汛期應(yīng)加大水位的監(jiān)測(cè)力度，保證在基坑施工前的降水量在0.5～1 m。

5 土方開挖技術(shù)措施

由于基坑開挖量大，最大的一次開挖深度達(dá)9 m以上，且未做任何支護(hù)措施，在項(xiàng)目施工過程中，土體橫向壓力的集中作用，會(huì)使大壩產(chǎn)生較大的變形，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各項(xiàng)位移，使大壩產(chǎn)生脆性破壞。項(xiàng)目的土方開挖，嚴(yán)格利用時(shí)空效應(yīng)的原理，分層、分區(qū)、分塊等措施進(jìn)行土方開挖，并對(duì)單體建筑和地下車庫(kù)分步施工。

按照要求分層、分區(qū)域進(jìn)行開挖，先開挖主樓位置，剩余300 mm部分為減少土體擾動(dòng)，采用人工開挖的方式來控制標(biāo)高，嚴(yán)禁超挖?；幼詈笠粚拥降叵萝噹?kù)標(biāo)高時(shí)，施工方采取分區(qū)、分段、分段的方法對(duì)其進(jìn)行施工，以保證基坑底部不會(huì)有太大的裸露區(qū)域。此外，要在8 h內(nèi)完成老層的施工，并按照后資帶的設(shè)置位置，及時(shí)分階段進(jìn)行基坑施工，保證基坑施工質(zhì)量達(dá)到要求。

在進(jìn)行土方開挖時(shí)，為了避免基坑邊坡失穩(wěn)和基樁被擠壓，不允許重載車輛在基坑邊緣移動(dòng)。當(dāng)遇到流塑狀的軟弱地基時(shí)，易引起坍塌，高差不宜大于1 m。在基坑內(nèi)部和坡頂周圍，開挖排水溝，讓雨水可以順暢地流到集水坑中，避免基坑積水泡濕，并做好圍護(hù)體系的止水、隔水和降水工作，保證基坑施工的安全性。

6 監(jiān) 測(cè)

在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的信息化施工中，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是非常重要的一種方法。在工程樁、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體加固施工期間，由于土體應(yīng)力平衡受到破壞，會(huì)對(duì)周邊的道路及河道駁岸產(chǎn)生一定的消極影響，因此必須周期性地對(duì)周邊的道路及駁岸進(jìn)行觀測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)地及時(shí)調(diào)整施工方案，確保建筑物、道路及地下管線的安全運(yùn)營(yíng)和正常使用[6]。

通過對(duì)項(xiàng)目施工過程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（如表2所示）進(jìn)行分析，得出結(jié)論：基坑施工過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量良好，各項(xiàng)累計(jì)位移均滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 水平位移監(jiān)測(cè)成果表

對(duì)基坑周圍地下水位的監(jiān)測(cè)，得到的數(shù)據(jù)表明：基坑周圍地下水位穩(wěn)定在距監(jiān)測(cè)孔口約1.2～1.5 m。每個(gè)點(diǎn)位的最終水位測(cè)量結(jié)果，如表3所示。同時(shí)，在基坑開挖后，沒有檢測(cè)到地下水的聚集現(xiàn)象。

表3 地下水水位監(jiān)測(cè)成果表

7 結(jié) 語

對(duì)于規(guī)模大、有多層開挖深度和多樣周邊環(huán)境的基坑工程，在設(shè)計(jì)中要把安全性、技術(shù)效率、施工可行性和經(jīng)濟(jì)性都考慮在內(nèi)，選擇適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)形式。本文通過對(duì)基坑特性及周邊環(huán)境特點(diǎn)的深入研究，在保證基坑安全性的基礎(chǔ)上，采取復(fù)合重力壩支護(hù)方式。在基坑開挖及施工期間，所獲得的資料能較好地反映出工程對(duì)周圍的影響，同時(shí)，基坑完成后的變形資料也能較好地反映變形控制是否在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。采用復(fù)合重力壩支護(hù)方式，既能保證基坑施工的安全性，又能達(dá)到預(yù)期的施工進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)同類工程有一定的借鑒意義。