軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑處理及支護技術(shù)研究

席方超

（鄭州商學(xué)院，河南 鄭州 451200）

為推動城市化建設(shè)進(jìn)程，大規(guī)模應(yīng)用地下空間，基坑工程項目越來越多。在基坑工程施工中，由于基坑周圍通常有已建的建筑物或者交通管線等，因此基坑邊坡失穩(wěn)，不僅會造成工程事故，還會影響周邊建筑物的安全。在基坑工程中合理的支護施工非常重要，然而，隨著城市建設(shè)不斷向四周擴張，基坑施工常遇到各種復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，尤其是臨海等軟土地區(qū)有大量淤泥質(zhì)軟弱土層，淤泥質(zhì)土體的含水率很高，孔隙比也更大，因此在基坑施工過程中常破壞施工機械，導(dǎo)致浪費資源。同時軟土地層穩(wěn)定性較差，無法給基坑支護結(jié)構(gòu)提供足夠的承載力，也無法保證基坑支護效果，在軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑工程中，如何安全、合理地處理地基與支護施工越來越受到人們的關(guān)注。

1 軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑處理及支護設(shè)計

1.1 確定施工方案

通常軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑穩(wěn)定性較差，需要進(jìn)行支護施工，但軟土地層含水量較高，為基坑支護施工帶來一定困難[1]。該文根據(jù)軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑的實際特點與難點，設(shè)計一種邊坡軟土換填+錨桿噴射混凝土護坡的施工方案[2]，如圖1所示。

圖1 軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑處理及支護示意圖

在該文設(shè)計的軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑處理及支護施工方案中，采用合適的換填材料，對基坑上層的淤泥質(zhì)軟土進(jìn)行換填，達(dá)到基坑處理目的[3]；采用錨桿噴射混凝土的方式支護下部巖體，有保護基坑邊坡的作用[4]。在實際的軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑施工中，基坑邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象很普遍，輕則造成施工機械陷入軟土地層，影響施工的進(jìn)程，重則會引起工程事故，為工程帶來重大損失，因此當(dāng)對淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑進(jìn)行支護時，該文通過軟土換填施工處理邊坡失穩(wěn)問題，在基坑邊坡成型后，確?；舆吰鲁休d力滿足施工要求后，采用錨桿支護的方式進(jìn)行護坡，形成基坑支護結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)一步提升基坑邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)。

1.2 砂石換填施工

由上述內(nèi)容可知，針對軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑施工，為提高地基承載力，該文采用邊坡軟土換填的施工技術(shù)對基坑進(jìn)行處理[5]。需要確定基坑換填材料，因為換填的主要目的是提高基坑邊坡淺層地基的承載力，所以使用的換填材料需要有較高的強度，該文主要采用質(zhì)地堅硬的級配砂石作為換填材料，當(dāng)配制換填砂石時，需要嚴(yán)格控制粉砂的含量與碎石粒徑，正常情況下，基坑邊坡?lián)Q填材料中碎石的粒徑要﹤40mm且含泥量≤6%，根據(jù)施工現(xiàn)場軟土地層的實際地質(zhì)情況，對砂石進(jìn)行配比，在配比過程中必須將砂石拌和均勻，無任何粗細(xì)顆粒離析現(xiàn)象后，確定基坑邊坡地基的換填深度[6]，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，當(dāng)確定軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑邊坡?lián)Q填深度時，須計算工作區(qū)厚度，如公式（1）所示。

式中：h1為淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑邊坡地基工作區(qū)的厚度；F為施工荷載；ε為安全系數(shù)；λ為淤泥質(zhì)土的容重。同時，計算地基土層當(dāng)量厚度如公式（2）所示。

式中：h2為淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑邊坡地基面層土體當(dāng)量厚度；H為地基面層厚度；E1為地基土層回彈模量；E2為地基面層的回彈模量。

根據(jù)公式（1）與公式（2）可確定淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑邊坡?lián)Q填深度，計算如公式（3）所示。

式中：h3為淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑邊坡地基換填深度；h4為邊坡面層深度。

該文采用分層換填的方式對軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑的砂石進(jìn)行換填施工[7]，在砂石換填施工前需要整平下承層，確保下承層的平整度滿足施工要求后，控制施工機械入場，砂石換填施工主要采用挖掘機、推土機、平地機以及振動壓路機。根據(jù)邊坡地基邊線和換填深度對其進(jìn)行測量放樣，用油漆標(biāo)記后根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定分層換填的厚度，采用挖掘機開挖至換填區(qū)域后，將挖出的軟土運離施工現(xiàn)場，并將換填材料運到施工現(xiàn)場后進(jìn)行分層換填。按照設(shè)計的分層厚度，將級配砂石攤鋪至換填區(qū)域，采用推土機對攤鋪砂石進(jìn)行粗平處理，用振動壓路機對換填砂石進(jìn)行壓實處理。在砂石碾壓施工的過程中，控制壓路機由邊坡邊緣向中心移動，按照靜壓、小振、強振和靜壓的順序進(jìn)行碾壓，每碾壓1遍，由相關(guān)人員對砂石壓實度進(jìn)行檢驗，直到砂石壓實度95%以上可以停止碾壓，至此，完成該軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑邊坡砂石換填施工。

1.3 錨桿支護施工

在軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑邊坡軟土換填施工結(jié)束后，該文主要采用錨桿噴射混凝土的支護技術(shù)進(jìn)行支護施工[8]。首先，綜合考慮軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑的地質(zhì)與水文條件，該文采用由鋼筋束和水泥砂漿組成的抗浮錨桿作為支護結(jié)構(gòu)，這種錨桿的抗壓強度與抗拔承載力均優(yōu)于普通錨桿，適合應(yīng)用于軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑的支護施工中。其次，根據(jù)錨桿布置圖，采用全站儀在施工現(xiàn)場進(jìn)行定位放線，找到每個孔位的精準(zhǔn)位置并做好標(biāo)記，便于后續(xù)鉆孔施工。最后，根據(jù)現(xiàn)場標(biāo)記，控制鉆機就位進(jìn)行鉆孔施工，在此過程中需要保證鉆機始終保持平穩(wěn)狀態(tài)，避免孔洞傾斜，成孔直徑通常約110mm，成孔后將鋼套管壓入孔洞，通常鋼套管需要埋進(jìn)砂石墊層下的10m處，可以起到封閉砂石墊層的作用。在鋼套管就位后，清理干凈孔洞，開始置入錨桿桿體，需要用人工的方式緩慢安裝錨桿，避免桿體扭曲、壓彎等，讓桿體安放角度和鉆孔傾角相同，待錨桿安裝到位后，做好檢查工作，檢查合格后向鋼管內(nèi)注入水泥漿液。將注漿管下放至孔底，邊注漿邊提升注漿管，直至提升至孔口，水泥漿液冒出后停止注漿，緩慢拔出鋼套管后，水泥漿液會凹陷，需要及時補漿。待漿液冷凝后，需要在基坑邊坡面層噴射混凝土[9]，如圖2所示。

圖2 面層配筋示意圖

清理干凈基坑邊坡，編制鋼筋網(wǎng)，沿著錨桿節(jié)點，將鋼筋以縱橫交錯的方式固定在邊坡面層，進(jìn)行現(xiàn)場綁扎施工。確保邊坡面層鋼筋網(wǎng)焊接牢固后，采用砼噴射機，將混凝土漿液高速噴射至邊坡面層的鋼筋網(wǎng)上，噴射厚度為100mm，在噴射過程中，讓噴頭與鋼筋網(wǎng)呈垂直狀態(tài)，保證混凝土漿液充分填實鋼筋網(wǎng)，在混凝土漿液將鋼筋網(wǎng)完全包裹起來后，檢查混凝土表面，確?；炷翢o麻窩、滑移流淌等，避免影響邊坡護坡效果。在混凝土冷凝后，在基坑邊坡面層上形成一層密實且硬化的砼噴面。在混凝土終凝后，需要對砼噴面進(jìn)行灑水養(yǎng)護，避免混凝土出現(xiàn)裂縫。該文通過砂石換填與錨桿支護施工，對軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑進(jìn)行了處理及支護施工。

2 實例分析

2.1 工程概況

某軟土地區(qū)是在黃河的長期侵蝕與堆積作用下形成的平原，受水流分選影響，該地區(qū)的沉積物顆粒，從上至下由粗到細(xì)且在水平分布上明顯不均勻，見表1。

表1 軟土地區(qū)地基土分布特征

該建筑工程為高層商業(yè)房項目，位于軟土地區(qū)，工程由18層地上結(jié)構(gòu)與2層地下結(jié)構(gòu)組成，其中地下總建筑面積約為12800m2，底板標(biāo)高為-9.24m，基坑挖深為8.55m。根據(jù)施工現(xiàn)場勘察報告顯示，工程周圍存在大量已建道路與建筑，因此基坑施工質(zhì)量對周邊環(huán)境有重要影響，為保障該基坑施工的安全，避免發(fā)生重大工程事故，需要對施工過程進(jìn)行監(jiān)測?；颖O(jiān)測是指對支護結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位且實時地監(jiān)測，通過支護結(jié)構(gòu)頂部水平位移與垂直沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)，掌握基坑支護結(jié)構(gòu)的變形情況。沿基坑支護結(jié)構(gòu)頂部每隔約10m，布置一個監(jiān)測點，形成變形監(jiān)測網(wǎng)如圖3所示。

圖3 基坑支護結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測示意圖

如圖3所示，均已采用十字標(biāo)志對設(shè)置在支護結(jié)構(gòu)中的監(jiān)測點進(jìn)行標(biāo)記，并通過混凝土加固監(jiān)測點位，在監(jiān)測點位上布置監(jiān)測儀器，采用全站儀對支護結(jié)構(gòu)的水平位移進(jìn)行監(jiān)測，采用應(yīng)力計對垂直沉降進(jìn)行監(jiān)測，需要根據(jù)工程的可視監(jiān)測信息反饋結(jié)果對具體監(jiān)測頻率進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置。

2.2 結(jié)果分析

在基坑工程監(jiān)測中，共布設(shè)10個監(jiān)測點，在施工初始時期進(jìn)行監(jiān)測工作，每天監(jiān)測1次，并將統(tǒng)計監(jiān)測數(shù)據(jù)中的最大值作為監(jiān)測結(jié)果，見表2。

表2 基坑支護結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)

從表2數(shù)據(jù)可以看出，在施工前期，基坑支護結(jié)構(gòu)的變形值較大且隨著施工工期增長呈增加的趨勢，但增加幅度趨于穩(wěn)定。在整體監(jiān)測工作中，該基坑支護結(jié)構(gòu)的水平位移最大值為26.76mm、垂直沉降最大值為22.74mm，遠(yuǎn)小于基坑工程變形警戒值48mm，所以表2的監(jiān)測數(shù)據(jù)充分證明該文研究軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑處理及支護技術(shù)的合理性。

3 結(jié)語

基坑工程是一項涉及眾多學(xué)科與技術(shù)的系統(tǒng)性工程，該文對軟土地區(qū)淤泥質(zhì)復(fù)雜基坑處理及支護技術(shù)進(jìn)行深入研究，根據(jù)軟土地區(qū)地質(zhì)具有分布不均、壓縮性高和蠕變等特性，設(shè)計一種邊坡軟土換填結(jié)合錨桿噴射混凝土護坡的基坑處理與支護技術(shù)，同時通過實際工程對設(shè)計施工技術(shù)的有效性與正確性進(jìn)行驗證。雖然已經(jīng)取得一定研究成果，但是文中研究的只是普通基坑的處理與支護技術(shù)，后續(xù)將針對軟土地區(qū)特大特深的基坑支護技術(shù)進(jìn)行研究，為類似工程提供相關(guān)經(jīng)驗。