不良地質(zhì)條件中基坑支護(hù)降水的設(shè)計(jì)及施工

諶 霞 劉建濤 張燕生

(1.河南省地球物理工程勘察院，河南鄭州 450007;2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，河南鄭州 450007)

1 工程概況

本工程場(chǎng)地位于新鄉(xiāng)市人民路與果園路交叉口西南角，包括1幢26層住宅樓、1幢27層辦公樓、1幢6層的商場(chǎng)及地下車(chē)庫(kù)。地下室2層，基礎(chǔ)埋深約8.7 m，建筑基坑?xùn)|西長(zhǎng)95 m，南北寬54.5 m，基坑深度自然地坪以下8.8 m。

周邊環(huán)境條件復(fù)雜程度一般，基坑北側(cè)為人民路，基坑開(kāi)挖邊線距離道沿約10 m;東側(cè)有一棟6層住宅樓，基礎(chǔ)距離基坑開(kāi)挖邊線約5 m;南側(cè)有一棟6層居民樓距離基坑開(kāi)挖邊線17 m，一排1層民房距開(kāi)挖邊線2 m;西側(cè)為果園路，基坑開(kāi)挖線距離道沿約5 m。人民路上管線主要有雨水管、污水管、通信電纜，但距離基坑邊線較遠(yuǎn)，影響不大。西側(cè)果園路主要是雨水及污水管線。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

2.1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

地貌單元屬黃河沖積平原區(qū)，微地貌單元為衛(wèi)河故河道，地貌單一，地形高差較大。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地與基坑工程有關(guān)的地層分述如下:①層(Qml4):雜填土，雜色，含小水泥塊，磚渣，煤渣等雜物，層底深度0.8 m～5.3 m;②層粉土;③層粉質(zhì)粘土;④層粉土;⑤層粉質(zhì)粘土;⑥層細(xì)砂。各土層物理性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 場(chǎng)區(qū)各土層物理力學(xué)性能指標(biāo)表

2.2 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

勘察期間穩(wěn)定水位7.1 m～7.4 m，地下水類(lèi)型為潛水，地下水位主要受大氣降水的影響，水位年變幅在1.0 m～2.0 m，近3年～5年最高水位4.0 m，本次基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及降水方案設(shè)計(jì)時(shí)按5.1 m考慮。

2.3 不良地質(zhì)作用

場(chǎng)地西側(cè)為衛(wèi)河故河道，地層情況變化較大，上部為垃圾回填，淺處深3.5 m，深處有5.6 m。垃圾土下面為淤泥。上部垃圾滲透系數(shù)較大，下部淤泥見(jiàn)水稀軟，干后堅(jiān)硬。

3 基坑支護(hù)降水設(shè)計(jì)

3.1 支護(hù)方案

本建筑工程重要性等級(jí)為二級(jí)，地基復(fù)雜程度為二級(jí)。建筑基坑開(kāi)挖深度8.8 m，周邊環(huán)境條件復(fù)雜程度一般，地下水位埋深較淺，基坑邊坡土體的承載力較差，基坑開(kāi)挖與降水對(duì)周邊環(huán)境影響較大。按照GB 50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定，基坑?xùn)|側(cè)邊坡安全等級(jí)為一級(jí)，安全重要性系數(shù)取1.1，基坑其他三側(cè)邊坡安全等級(jí)為二級(jí)，安全重要性系數(shù)為1.0。

本基坑開(kāi)挖深度8.8 m，屬于深基坑工程，地下水位埋深較淺，局部(東邊)對(duì)變形控制要求嚴(yán)格。綜合分析本基坑的工程地質(zhì)條件、基坑深度以及周邊環(huán)境，根據(jù)基坑支護(hù)降水設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)分析論證，從安全、經(jīng)濟(jì)、工效等幾方面考慮，根據(jù)邊坡環(huán)境不同，采用不同的支護(hù)方式。東側(cè)邊坡采用樁錨聯(lián)合支護(hù)，西側(cè)采用超前微型樁復(fù)合土釘墻支護(hù)，南、北側(cè)采用土釘墻支護(hù)。基坑降水采用管井敞開(kāi)式降水。

3.2 南北兩側(cè)土釘墻支護(hù)

基坑北側(cè)、南側(cè)邊坡，開(kāi)挖深度8.8 m，整體采用1∶0.3的放坡，土釘墻支護(hù)，坡面布置5排土釘，剖面圖見(jiàn)圖1。

1)土釘布置。水平間距 1.50 m，垂直間距 2.0 m，1.40 m，1.40 m，1.40 m，1.40 m，傾角15°，孔徑100 mm。

2)鋼板網(wǎng)。50 mm×100 mm×1 mm鋼板網(wǎng)，加強(qiáng)筋φ10@1500 mm×1500 mm交叉布置。

3)土釘長(zhǎng)度及鋼筋直徑(自上而下)。第一排:L=9.0 m，1φ18(距地面 2.0 m);第二排:L=12.0 m，1φ18;第三排:L=9.0 m，1φ18;第四排:L=9.0 m，φ18;第五排:L=6.0 m，1φ18。

圖1 土釘墻支護(hù)剖面圖

3.3 東側(cè)樁錨聯(lián)合支護(hù)

基坑?xùn)|側(cè)開(kāi)挖深度8.3 m，距離已有建筑物很近，上部3.3 m采用1∶0.3放坡，土釘墻支護(hù)，下部采用排樁+預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)+掛網(wǎng)噴漿。排樁采用C30混凝土灌注樁，間距1.0 m，樁頂標(biāo)高－3.8 m(以地面計(jì))，樁底標(biāo)高 －18.8 m，樁徑 600 mm，鋼筋籠長(zhǎng)12 m，主筋采用10φ18鋼筋，加強(qiáng)筋采用φ14@2000，箍筋采用φ8@200。預(yù)應(yīng)力錨桿標(biāo)高分別為 －3.80 m，－6.3 m(以地面計(jì))，直徑100 mm，配筋采用1φ25鋼筋，第一排自由端長(zhǎng)度5 m，錨固長(zhǎng)度10 m，第二排自由端長(zhǎng)度4 m，錨固長(zhǎng)度8 m，錨桿與垂直面成15°夾角，水平間距3 m。二次注漿工藝，注漿漿液為水灰比0.45～0.5 的水泥，全程注漿，一次注漿壓力 0.2 MPa ～0.3 MPa，二次注漿壓力2 MPa～3 MPa，錨固體強(qiáng)度M15，噴漿混凝土采用C20。

在地面以下2.5 m處設(shè)土釘一道，長(zhǎng)度9.0 m，主筋二級(jí)18螺紋，水平間距1.5 m。在距地面5.0 m處即兩排錨桿中間加3 m長(zhǎng)土釘一道，在地面以下7.5 m處設(shè)3.0 m長(zhǎng)土釘一道。所有土釘主筋均為二級(jí)18螺紋，水平間距1.5 m。

樁頂設(shè)置寬×高=600×600的鋼筋混凝土冠梁，梁頂標(biāo)高－3.0 m(以地面計(jì))。預(yù)應(yīng)力錨桿直接張拉在冠梁上，預(yù)加張拉力40 kN，第二排錨桿設(shè)置在腰梁上，采用10號(hào)槽鋼(見(jiàn)圖2)。

圖2 東側(cè)樁錨聯(lián)合支護(hù)

3.4 西側(cè)超前微型樁復(fù)合土釘墻支護(hù)

西側(cè)部分采用1∶0.3放坡，土釘墻支護(hù)，下部采用豎向微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)+掛網(wǎng)噴漿。采用微型樁復(fù)合土釘墻支護(hù)，豎向微型樁直徑200 mm，樁間距600 mm，樁長(zhǎng)10 m，采用102×4 mm鋼管。預(yù)應(yīng)力錨桿標(biāo)高分別為－3.80 m，－6.3 m(以地面計(jì))，直徑150 mm，配筋采用1φ22鋼筋，第一排自由端長(zhǎng)度5 m，錨固長(zhǎng)度10 m，第二排自由端長(zhǎng)度4 m，錨固長(zhǎng)度8 m，錨桿與垂直面成15°夾角，水平間距3 m(見(jiàn)圖3)。二次注漿工藝，注漿漿液為水灰比0.45～0.5的水泥，全程注漿，一次注漿壓力0.2 MPa～0.3 MPa，二次注漿壓力2 MPa～3 MPa，錨固體強(qiáng)度 M15，噴漿混凝土采用C20。

圖3 西側(cè)超前微型樁復(fù)合土釘墻支護(hù)

在地面以下2.5 m處設(shè)土釘一道，長(zhǎng)度9.0 m，主筋18，水平間距1.5 m。第二排錨桿水平間距3 m，在距地面5.0 m處即兩排錨桿中間加3 m長(zhǎng)土釘一道，在地面以下7.5 m處設(shè)3.0 m長(zhǎng)土釘一道。所有土釘主筋均為二級(jí)18螺紋，水平間距1.5 m。

在兩排錨桿處分別設(shè)置兩道腰梁，采用10號(hào)槽鋼，預(yù)應(yīng)力錨桿張拉在腰梁上。

3.5 降水方案設(shè)計(jì)

根據(jù)基坑涌水量及本地區(qū)降水經(jīng)驗(yàn)，本場(chǎng)地共布設(shè)18眼管井，布在基坑內(nèi)外，井深20 m(局部22 m)，采用濾水管，對(duì)潛水和承壓水進(jìn)行混合抽水，可有效疏干上部潛水及降低基坑內(nèi)承壓水頭高度。

降水井的井型結(jié)構(gòu)為:施工鉆孔孔徑為0.6 m，下入φ350水泥井管，周?chē)x用顆粒均勻、級(jí)配合理的砂礫濾料填充，作為過(guò)濾層。

4 施工中遇到的問(wèn)題及其應(yīng)對(duì)措施

4.1 基坑北部垃圾回填較深

在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)垃圾回填土的深度在基坑北部較深，且回填的垃圾以生活垃圾為主，混有部分建筑垃圾，層間混有塑料袋、布條，層底見(jiàn)有機(jī)質(zhì)混雜物，有異味。

鑒于此部分回填地層的復(fù)雜性，正常的土釘成孔工藝根本無(wú)法實(shí)施。經(jīng)討論決定對(duì)于此部分垃圾回填土采用注漿處理，用沖擊器把注漿管打入垃圾體內(nèi)，然后注漿，注漿管采用φ48鋼管，壁厚2.5 mm，間距1.5 m，長(zhǎng)6 m，注漿管底部開(kāi)設(shè)注漿孔，呈梅花形布置。2次壓力注漿，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa，每米水泥用量不小于50 kg。

4.2 基坑西側(cè)污水管道滲水

基坑西側(cè)在施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)北側(cè)東部深度6 m長(zhǎng)20 m范圍內(nèi)有滲水現(xiàn)象。剛開(kāi)始以為是河道淤泥里面長(zhǎng)年以來(lái)存儲(chǔ)的水，開(kāi)挖后向外排放，并沒(méi)有引起很大的重視，只是在噴射混凝土面層的過(guò)程中加設(shè)了一排直徑25 mm的導(dǎo)水管，將水導(dǎo)入基坑底部的排水溝排走。

可是過(guò)了幾天后監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)北部東側(cè)位移偏大，且每天都在增加，竟導(dǎo)致微型樁向基坑里側(cè)偏移，遂引起了重視。經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察并詳細(xì)研究，認(rèn)為是果園路上的污水管滲漏所致。先在滲漏處距基坑上邊線2 m處挖一寬0.7 m，長(zhǎng)2 m，深2 m的探測(cè)坑，挖至坑底后再向下挖一小坑，結(jié)果驗(yàn)證了我們的猜想。

找到滲漏原因后，在滲漏處先后挖了3個(gè)集水坑，放入水泵進(jìn)行明排，但效果不佳，導(dǎo)水管仍有水流出。報(bào)與業(yè)主后，經(jīng)請(qǐng)示市政管理部門(mén)，在果園路污水管線旁進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖后找到管線滲漏點(diǎn)進(jìn)行處理，徹底解決了此問(wèn)題。

4.3 基坑西側(cè)舊河道淤泥的處理

基坑西側(cè)下部是衛(wèi)河舊河道，有很厚的淤泥，在開(kāi)挖時(shí)采用分段開(kāi)挖，每次開(kāi)挖長(zhǎng)度為2 m，晾曬1 d后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，并加長(zhǎng)了錨桿長(zhǎng)度，注漿時(shí)對(duì)錨桿前部淤泥進(jìn)行多次注漿。

4.4 基坑南側(cè)一層民房處出現(xiàn)裂紋

南側(cè)在基坑開(kāi)挖到一半時(shí)，觀測(cè)發(fā)現(xiàn)一層雜物間西側(cè)有細(xì)微裂紋，且有居民反映房屋門(mén)開(kāi)關(guān)有些吃力。我們經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為這種情況的出現(xiàn)是正常的，但是加強(qiáng)了基坑的變形觀測(cè)，經(jīng)過(guò)連續(xù)的觀測(cè)，后來(lái)的變形很小，裂紋基本上沒(méi)有再擴(kuò)大。

4.5 電梯井位置變更

由于業(yè)主的原因，電梯井在基坑南側(cè)支護(hù)施工完畢后進(jìn)行了變更，基礎(chǔ)外邊線外擴(kuò)。電梯井位置基礎(chǔ)較基坑底部深1.5 m，開(kāi)挖時(shí)底部粉土容易坍塌，在施工時(shí)采用分段開(kāi)挖，開(kāi)挖寬度為1 m，挖好后貼近基坑南側(cè)用磚砌一道墻用以保證基坑的安全。

4.6 塔吊基礎(chǔ)的隨意開(kāi)挖

由于業(yè)主的問(wèn)題，基坑支護(hù)施工完畢后上部主體施工單位才進(jìn)場(chǎng)施工。在南北兩側(cè)的塔吊基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)，主體施工單位沒(méi)有指定詳細(xì)的開(kāi)挖及支護(hù)措施，野蠻施工，一次開(kāi)挖到底，導(dǎo)致南側(cè)的基坑嚴(yán)重坍塌，危險(xiǎn)處已經(jīng)把南側(cè)一層民房的基礎(chǔ)給露了出來(lái)，所幸沒(méi)有造成人員傷亡。事故發(fā)生后，業(yè)主單位讓我方進(jìn)行處理，我單位在人員設(shè)備沒(méi)有進(jìn)場(chǎng)前先讓事故單位對(duì)坍塌部位下方進(jìn)行了回填，進(jìn)場(chǎng)后對(duì)此部位采取了加長(zhǎng)加密土釘，分層進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)完畢后用沙袋堆成斜坡進(jìn)行加固。

5 結(jié)語(yǔ)

1)由于詳細(xì)勘察中勘察孔的布置按照規(guī)范進(jìn)行，對(duì)于本基坑而言是不夠的，導(dǎo)致支護(hù)過(guò)程中不斷出現(xiàn)新的問(wèn)題。所以建議在地質(zhì)條件較為復(fù)雜的基坑支護(hù)工程施工前，先進(jìn)行一次詳細(xì)的勘察，以便更好的掌握地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)出比較合理經(jīng)濟(jì)可行的支護(hù)方案。2)在地質(zhì)條件比較復(fù)雜的基坑工程施工中，基坑的變形及沉降觀測(cè)一定要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，必要時(shí)進(jìn)行加密觀測(cè)，保證基坑的安全。3)在此類(lèi)地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地層中，基坑支護(hù)施工與土方挖運(yùn)須交叉進(jìn)行并嚴(yán)格遵循分層分段開(kāi)挖、分層支護(hù)、先支后挖，嚴(yán)禁超挖的原則，分層高度一般為1.3 m～1.50 m，分段長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。4)基坑的支護(hù)方案必須根據(jù)不同的場(chǎng)地條件以及地質(zhì)條件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證基坑支護(hù)的安全、經(jīng)濟(jì)、合理。5)該工程整體已完成，實(shí)踐證明該基坑的支護(hù)降水設(shè)計(jì)方案是可行的、成功的。