深基坑止水帷幕技術(shù)在地下公共建筑施工中的應(yīng)用探索

【摘要】文本研究分析了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工過程，包括混凝土連續(xù)墻及帷幕注漿技術(shù)的應(yīng)用?？紤]到地下水位高漲以及周邊的敏感結(jié)構(gòu)，采取一系列措施以確保地鐵隧道及附近建筑的安全。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和質(zhì)量檢測，成功應(yīng)對(duì)了地質(zhì)方面的挑戰(zhàn)，特別是在次生斷裂帶的處理和基巖破碎帶的封底措施上表現(xiàn)突出。此外，還探討了施工中的主要難點(diǎn)，如雜填土的處理和注漿壓力的控制，以及對(duì)應(yīng)的解決策略。

【關(guān)鍵詞】深基坑；止水帷幕；施工技術(shù)

【中圖分類號(hào)】TU753 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）08-0140-03

0 引言

在城市建設(shè)中深基坑工程得到廣泛應(yīng)用。在基坑工程施工過程中，如何有效地隔離基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，避免對(duì)建筑物和周邊設(shè)施造成影響，是深基坑開挖后亟須解決的問題[1]。止水帷幕可以預(yù)防深基坑開挖過程中地下水的滲透問題，因此，止水帷幕的施工質(zhì)量對(duì)周圍環(huán)境有很大影響。

在實(shí)際施工中，由于方案不科學(xué)、地質(zhì)狀況不明朗等各種原因，經(jīng)常導(dǎo)致止水帷幕失效，甚至引發(fā)安全事故。文中結(jié)合某深基坑支護(hù)工程項(xiàng)目案例，分析在各種極端情況下采取的止水帷幕施工方案。經(jīng)過分析探討，項(xiàng)目方案解決了施工上的難點(diǎn)問題，避免大面積開挖換填，保證了施工的速度和止水效果，為類似項(xiàng)目施工積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目情況

廣東某擬建項(xiàng)目，高層建筑約450 m，地下空間8層，基坑深度約50 m，開挖面積約8 500 m2，支護(hù)總長度約400 m。項(xiàng)目南側(cè)環(huán)境復(fù)雜，臨近地鐵線路，其余3側(cè)為城市規(guī)劃道路，北側(cè)距海岸線150 m。

1.2 地質(zhì)條件

場區(qū)之下先為人造填充層，包括素土、碎石與沙層，往下是幾個(gè)不同的沉積層：①海陸交互相沉積層，其中淤泥和淤泥質(zhì)粉黏土的厚度從0.6～5.9 m不等；②接著是沖洪積沉積層，由黏土及含黏土質(zhì)的礫砂組成，厚度在0.5～6.9 m；③殘積層則由礫質(zhì)黏土組成，厚度在1.6～19 m之間。地層下部為燕山期的粗?；◢弾r，根據(jù)風(fēng)化程度分為全風(fēng)化、?強(qiáng)風(fēng)化、?弱風(fēng)化和微風(fēng)化4個(gè)級(jí)別。其中，微風(fēng)化花崗巖的暴露厚度在26.25～45.35 m，頂部埋深在27.2～40.9 m。此外，基坑內(nèi)部東西走向的次生斷裂帶富含水源，斷裂巖呈現(xiàn)從中度到微度的風(fēng)化狀態(tài)，碎裂結(jié)構(gòu)和碎斑結(jié)構(gòu)明顯，結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育，濕潤環(huán)境下巖石容易膨脹和開裂。

2 施工難點(diǎn)及解決方案

2.1 施工難點(diǎn)

1）項(xiàng)目區(qū)域的地下水，平均穩(wěn)定深度介于0.6～2.9 m之間，鑒于地下水水位和周邊環(huán)境的特點(diǎn)，此工程對(duì)防水性能的要求極為嚴(yán)格。

2）雜填土存在于整個(gè)工程區(qū)域，部分地段土壤略有壓實(shí)，而其他部分則壓實(shí)不足。雜填土主要由黏土、建筑廢棄物、碎石和混凝土塊等組成，大多數(shù)地方厚度在4.6～9.0 m，但某些區(qū)域的厚度可達(dá)16.3 m，這些區(qū)域的土質(zhì)成分復(fù)雜且強(qiáng)度不均。

3）場地內(nèi)填土和覆蓋層對(duì)保護(hù)管垂直度和焊接品質(zhì)均有嚴(yán)格要求，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和持久性。

2.2 解決方案

為有效應(yīng)對(duì)施工中遇到的各種挑戰(zhàn)，研究后提出以下3種解決方案。

1）高水位和嚴(yán)格的防水要求?；拥膰o(hù)采用混凝土連墻，通過帷幕式注漿進(jìn)行防水處理。這種方法能有效阻隔地下水的滲透，確保工程區(qū)域的干燥，從而滿足工程對(duì)防水性能的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）雜填土和土質(zhì)不均的問題。帷幕注漿孔采用環(huán)繞基坑布置見圖1，總共分3排，每排間距為1.5 m，孔間距為2 m，這些注漿孔都位于基坑墻內(nèi)。對(duì)于內(nèi)部的次生斷裂帶合并能影響到的區(qū)域，同樣設(shè)置了注漿封底孔，這些孔的孔距為2 m，所有孔位采用梅花形排列。

3）保護(hù)管垂直度和焊接質(zhì)量的要求。在施工過程中，首先進(jìn)行基坑周邊的注漿孔施工，然后是坑內(nèi)斷裂帶區(qū)域的注漿孔。這種分階段、有序的施工方法可以確保每一步的精準(zhǔn)執(zhí)行，從而保障填土和覆蓋層內(nèi)保護(hù)管的垂直度和焊接質(zhì)量，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性和持久性。

3 施工方法

3.1 工藝流程

項(xiàng)目施工采用分段注漿法：①進(jìn)行孔位放樣；②開孔并進(jìn)行覆蓋層鉆孔；③在保護(hù)管內(nèi)進(jìn)行埋孔，安裝根管套管，確保孔口管凝固；④進(jìn)行分段鉆孔及壓水試驗(yàn)；⑤進(jìn)行封孔以完成。整個(gè)工藝流程見圖1。

3.2 操作方法

3.2.1 定位放線

采用全自動(dòng)激光全站儀進(jìn)行鉆孔位置的精確定位，這是一種高效且精確的方法。為確保位置誤差控制在8 cm范圍內(nèi)，設(shè)備用于測量和放置關(guān)鍵點(diǎn)位。地質(zhì)狀況的考量是此過程的關(guān)鍵，采用“十字交叉法”來精確定位點(diǎn)位特別有效。此方法涉及從多個(gè)方向觀測同一地點(diǎn)，以確保測量結(jié)果的精確性。此外，釘入鋼釘也是一種常見的操作，用于物理標(biāo)記具體的測量點(diǎn)，以輔助后續(xù)工作的精準(zhǔn)執(zhí)行。

在確定鉆孔位置后，接下來的重要步驟是確保孔位的標(biāo)記和保護(hù)。這包括清晰地標(biāo)記出每個(gè)孔位，并采取措施保護(hù)這些標(biāo)記在施工過程中不受到破壞。同時(shí)，測量工作面的標(biāo)高是確定鉆孔深度的關(guān)鍵步驟。通過精確測量地面到工作面的垂直距離，可以精確計(jì)算出所需鉆孔的深度，確保施工的準(zhǔn)確性和安全性。這種綜合測量和保護(hù)策略保證了施工過程的高效性和精確性[2]。

3.2.2 鉆機(jī)部署

在開始鉆孔操作之前，確保鉆機(jī)的準(zhǔn)確定位和穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。首先，操作員會(huì)使用水平尺檢查并調(diào)整鉆機(jī)，以保證其保持水平狀態(tài)，這是為了確保鉆進(jìn)過程的順暢和安全，防止因設(shè)備傾斜而導(dǎo)致的不精確鉆進(jìn)或設(shè)備損壞。水平尺的使用能夠幫助操作人員精確地調(diào)整設(shè)備，確保所有部件在同一水平面上工作，這是后續(xù)步驟順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。

其次，通過角度尺或使用羅盤來進(jìn)一步調(diào)整鉆桿，使其完全豎直，以確保鉆頭的中心與預(yù)定孔位的交叉中心線精確對(duì)齊，這對(duì)鉆桿的精確垂直調(diào)整至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懙姐@孔的精確度和鉆進(jìn)的效率。操作員必須仔細(xì)地檢查角度，確保所有測量都在容許的偏差范圍內(nèi)（≤±4 cm），以此達(dá)到設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度要求。

最后，鉆桿調(diào)整到位后操作員將穩(wěn)固地鎖定鉆機(jī)位置，鎖定機(jī)制能夠防止在鉆進(jìn)作業(yè)中鉆機(jī)的任何不必要移動(dòng)或偏差，從而維持鉆進(jìn)過程的穩(wěn)定性。這個(gè)步驟是確保鉆孔質(zhì)量和安全的關(guān)鍵，在高速旋轉(zhuǎn)和鉆進(jìn)力的作用下，任何小的移位都可能導(dǎo)致大的誤差[3]。因此，確保鉆機(jī)的牢固鎖定，是整個(gè)鉆孔操作成功的保證。

3.2.3 保護(hù)管內(nèi)埋孔

通過起重機(jī)把孔內(nèi)保護(hù)管安裝至非注漿段的底部并將其固定，管段之間使用焊接方法相連，結(jié)構(gòu)見圖2。接著，利用高壓旋噴樁技術(shù)，從孔底開始注入濃度為0.5：1的水泥漿。此外，需要對(duì)孔口管進(jìn)行調(diào)整以確保其牢固鑲嵌，并在漿液凝固36 h以上后再進(jìn)行后續(xù)操作[4]。

在保護(hù)管凝固時(shí)嚴(yán)加防護(hù)，確保安裝固定后保護(hù)管不受外力、不受侵蝕。防止污水或外來異物進(jìn)入，確保高壓旋噴樁的施工質(zhì)量和效果，旋噴樁布置見圖3。

3.2.4 分段鉆孔及壓力水試驗(yàn)

在鉆孔沖洗和壓力水測試階段，完成每個(gè)注漿段的鉆孔后，立即用大量流水進(jìn)行孔底沖洗，直到排出清水。在每一段注漿作業(yè)開始之前，均需執(zhí)行初步的壓力水測試。第一階段的測試壓力定為最高注漿壓力的75%。第二階段開始，則統(tǒng)一設(shè)定壓力為0.9 MPa。在遭遇敏感地層時(shí)，可以免去裂隙的清洗以及初步的壓力水測試步驟。這種做法有助于預(yù)防在特定地質(zhì)條件下可能引發(fā)的問題，從而保證注漿過程的順利進(jìn)行和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2.5 封孔注漿

工程施工中，針對(duì)隧道側(cè)及斷裂帶的底部注漿，采用“自上而下、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)”的技術(shù)，其他區(qū)域則執(zhí)行“自下而上、孔內(nèi)阻塞、層壓式”注漿工藝。在“自上而下”工藝中，在前一段水泥硬化后實(shí)施鉆孔清理。注漿操作中，任何超過32 L/min的注入率都需按階段逐步增壓至設(shè)定的最大壓力，增壓速率控制在每10 min內(nèi)不超過0.45 MPa，每個(gè)壓力級(jí)別至少保持16 min，注漿壓力與注入率的匹配見表1。

帷幕注漿的壓力分為幾個(gè)階段 ：第一階段為0.4 MPa ；第二階段為1.6 MPa；第三階段增至2.1 MPa；以后每段為2.9 MPa，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整以避免地鐵隧道受到影響。漿液配制時(shí)，默認(rèn)使用P .O42.5等級(jí)的普通水泥漿，水灰比從3：1變至0.5：1，按需要逐步增濃，每段開始時(shí)注漿量約為1 m3。①當(dāng)注漿壓力穩(wěn)定而注入率減少，或壓力不斷增加時(shí)，保持水灰比不變；②當(dāng)某一濃度的漿液注入超過300 L或注漿超過30 min而無明顯變化時(shí)，則增濃至下一級(jí)水灰比。注漿完畢后，按照全孔注漿封孔法進(jìn)行封孔，用0.5：1的濃漿通過導(dǎo)管替換孔內(nèi)稀漿，然后用濃漿純壓封孔，封孔壓力為最大注漿壓力，持續(xù)60 min后切斷露出地面的孔口管。

3.3 變形監(jiān)測

項(xiàng)目工程中，變形監(jiān)測是確保施工安全和維護(hù)周邊建筑及地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵部分。監(jiān)測計(jì)劃包括使用先進(jìn)的全自動(dòng)激光全站儀、地表位移傳感器和傾斜儀等技術(shù)設(shè)備，對(duì)基坑及其周邊區(qū)域的變形行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。所有關(guān)鍵點(diǎn)位均精確放置，以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度和可靠性。監(jiān)測團(tuán)隊(duì)將持續(xù)跟蹤地面沉降、墻體傾斜和鄰近建筑的任何微小移動(dòng)，以評(píng)估施工過程中可能對(duì)這些結(jié)構(gòu)造成的影響[5]。

此外，監(jiān)測系統(tǒng)還包括對(duì)地鐵隧道內(nèi)的位移和應(yīng)力變化進(jìn)行細(xì)致監(jiān)控。在注漿、開挖等關(guān)鍵施工階段，通過設(shè)置預(yù)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)捕捉任何超出安全閾值的變化，以便及時(shí)調(diào)整施工方法或采取緊急措施。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)都將與預(yù)設(shè)的安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，確保整個(gè)工程的施工安全不受威脅。監(jiān)測結(jié)果將定期匯報(bào)給工程管理團(tuán)隊(duì)，并根據(jù)需要進(jìn)行策略調(diào)整，以優(yōu)化施工計(jì)劃和提高結(jié)構(gòu)安全性。

4 結(jié)語

通過對(duì)項(xiàng)目的深入研究與實(shí)踐，證實(shí)了在高風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)條件下，采用綜合的止水帷幕技術(shù)是有效的。深基坑工程中使用的混凝土連續(xù)墻結(jié)合高壓旋噴樁，能有效隔絕基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，極大地降低地下水對(duì)工程的負(fù)面影響。壓水試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)的結(jié)果均表明，工程中的止水措施達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，基巖的滲透率顯著降低，增強(qiáng)了工程的安全性和穩(wěn)定性。因此，對(duì)于相似復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，推薦采用類似的工程技術(shù)與監(jiān)控方法，以確保結(jié)構(gòu)安全和工程質(zhì)量。此外，建議在未來的工程中進(jìn)一步優(yōu)化施工監(jiān)控系統(tǒng)，增強(qiáng)對(duì)施工全過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析能力，以提升應(yīng)對(duì)突發(fā)地質(zhì)情況的能力。

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[作者簡介]王義軒（1986—），男，陜西旬陽人，本科，工程師，研究方向：建筑施工和市政工程。