大型深基坑施工技術及特殊情況的應急處理

孫小蔭

(揚州市揚子江置業有限責任公司，江蘇揚州 225000)

1 工程概況

揚子·商城國際C-1樓工程位于揚州市江陽中路與維揚路交界處西北側，建筑物地上21層，地下2層。地下室呈“L”形狀，東西最長約為250 m，南北最長約為180 m，基坑面積約26 000 m2，埋深10.85 m～12.05 m。基坑東臨城市主干道，“L”形西、南側與揚州商城(淺基礎，4層)相鄰，西側為花園國際大酒店(筏板基礎，13層)，北側為居民住宅樓小區。

2 地質條件

1)開挖深度影響范圍內巖土層分布如下:①層:雜填土，厚度0.40m ～1.80m，平均1.00m，層底標高5.00m ～6.35m。②層:粉土，厚度3.20 m ～5.20 m，平均4.18m，層底標高0.60 m ～2.47 m。③層:粉砂夾粉土，厚度13.30 m ～20.10 m，平均17.37 m，層底標高 －18.10 m～ －12.70 m。④層:粉砂夾粉質粘土，厚度2.00 m～7.50 m，平均4.79 m，層底標高 －22.55 m ～ －19.53 m。⑤層:粉砂夾粉土，厚度 9.80 m ～17.80 m，平均 13.40 m，層底標高－40.04 m～－29.33 m。2)地下水情況:地下水常年變化幅度為自然地面以下1 m～2 m;地下水類型屬潛水，第②層，第④層滲透系數為2.1 ×10－4cm/s及 6.4 ×10－4cm/s，③層，⑤層，⑥層為強透水層，⑧層為隔水層。

3 基坑施工難點分析

1)基坑最大開挖深度大于12.05 m(電梯部位深度14.2 m)，且揚州當地缺少同類工程作參考。2)工期緊(工期9個月，含工程樁施工)。3)基坑周圍環境復雜，四周距離構筑物較近(距揚州商城北側僅6m)，對基坑支護結構的沉降與變形敏感度較大。4)地下水量豐富，排水難度較大。5)土方開挖層含砂層，易造成流砂或管涌現象。6)工程場地狹小，土方開挖量大，由于只能晚間運輸，運土難度大。7)施工期間要保證原揚州商城正常營業。

4 基坑支護方案實施

4.1 基坑支護體系

1)基坑ABCDE段采用φ800mm鉆孔樁加2層混凝土支撐支護結構形式(常規做法應設3層混凝土支撐，為降低造價，將1層支撐梁頂標高下沉至－3.8 m，可只設2層)，基坑EFGA段采用鉆孔樁加1層混凝土支撐支護結構形式(常規做法應設2層混凝土支撐，為降低造價，將 1層支撐梁頂標高下沉至－3.8 m，只設1層)(見圖1)，基坑周邊采用φ850 mm三軸深攪樁為止水帷幕，鉆孔樁頂以上部分AB段采用雙軸深攪樁重力式擋墻支護形式，其他段采用放坡，外側700 mm雙軸深攪樁止水(見圖2)。2)基坑內采用管井疏排地下潛水，采用減壓管井控制性降低地下水承壓性。坑內共設置49口深24 m的管井，14口深20 m的管井，選用φ360/300 mm水泥井管，降水井井體分布于②層粉質土及③層粉砂夾粉土中，全為透水層，根據土方開挖要求按需進行降水，降水效果很好，滿足了施工要求。

圖1 基坑平面圖

圖2 支護結構剖面圖

4.2 支護結構施工

1)基坑支護結構施工總流程。平整場地→測量放線→攪拌樁施工→鉆孔樁、立柱樁施工→施工管井→土方開挖，施工圈梁和第1層支撐→圈梁及第1層支撐達到設計要求的強度后，基坑土方分層分塊開挖，施工第2層圍檁和第2層支撐→第2層圍檁和第2層支撐達到設計要求的強度后，基坑分層分塊開挖到坑底→施工地下室底板，底板混凝土澆筑至支護樁邊→底板混凝土達到設計強度后，拆除第2層支撐→地下室結構施工至－2層頂板，并與該處設置換撐塊→換撐塊混凝土達到設計強度后，拆除第1層支撐。

2)基坑止水樁的施工。a.三軸水泥土攪拌樁直徑為850 mm，軸距為600 mm，長度分別為16.7 m和20.7 m;采用42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.2，大幅水泥摻入比為22%，小幅摻入比為20%。施工順序見圖3。b.雙軸水泥攪拌樁直徑為700 mm，雙排搭接200 mm，以8 m樁長為主，水泥摻量分別為15%，水灰比為0.55。

3)基坑圍護樁的施工。本工程圍護樁采用泥漿護壁成孔灌注樁，樁徑800mm，鄰近商城一側的樁長度分別為18.95m和18.25 m，其余部位樁長為17.95 m和17.25 m，采用間隔鉆孔施工。

圖3 三軸深攪樁施工順序

4)支撐、圈梁及圍檁的施工應按設計和規范要求進行施工，以下措施要到位。a.施工圈梁時，鑿出浮漿后的樁頂混凝土強度應滿足設計要求，樁頂嵌入圈梁50 mm，主筋錨入圈梁750 mm，保證圈梁與支護樁連接牢固;b.鋼筋混凝土支撐與圈梁、圍檁應同時澆筑，混凝土支撐澆筑時不得設縫，支撐可隨土方開挖進度分段施工，但一個區段內的支撐應形成整體;c.2層鋼筋混凝土圍檁與支護樁接觸部位的施工要確保鋼筋混凝土圍檁的位置、尺寸準確，與支護樁的連接符合設計要求。

5)土方開挖。a.土方開挖要求和順序。在開挖過程中應充分考慮時空效應規律，遵循分區、分塊、對稱、平衡的原則，減少基坑開挖期間無支撐暴露時間;根據現場實際情況，將整個基坑土方分為3大層開挖，每層分4個作業區進行開挖(見圖1)，每層挖土深度小于1.5 m，第1層土從地面開挖到第1層支撐梁梁底，施工第1層支撐梁，待支撐梁施工完成強度達到要求后開挖第2層土方，第2層開挖到第2層支撐梁的梁底，施工第2層支撐梁，待支撐梁施工完成達到設計強度要求后開挖第3層土方至坑底標高，任何部位基底的20 mm土方均為人工開挖。b.土方開挖的方法。1層和2層支撐梁梁底以上的土方采用挖機開挖，分段施工，施工時應做好挖機停置和汽車通道涉及的支撐梁部位采取保護工作，2層支撐梁梁底至基坑底的土方開挖由于作業面高度只有3 m左右，坑內有1 420根工程樁，直接采用機械開挖困難并且工效很低，考慮該層土質主要為粉砂夾粉土，且現場4區出土區域具備筑土堰設置排泥場的條件，利用收集的降水管井抽出的水源，采用水力沖挖的施工工藝，施工非常順利。c.水力沖挖土方施工。水力沖土主要是利用高壓水槍噴出的一股高速水柱對土體進行切割、粉碎，使土體崩解、濕化形成泥漿，由泥漿泵通過輸泥漿管吸送到排泥場，通過坑內的降水設施，將泥漿中的水體快速抽走，使土體快速固結，然后用挖掘機裝車將土運走。施工前先做好排泥場和蓄水池等準備工作，本工程排泥場做法是:在4區的第1層支撐梁頂面沿基坑橫向先施工一T字形的圍堰，將排泥場分隔為兩個互相獨立的小排泥場，堰體采用高度為1 m，寬度分別為5 m，4 m，3 m和2 m的專用袋體吹填堆疊而成，在圍堰的兩側布置1層不透水的塑料薄膜，防止水的水平方向滲漏。水力沖土采用分層施工，厚度控制在0.8 m～1.0 m之間，保持土體的穩定，施工時不能沖刷支護樁的樁間土，施工過程要加強基坑的監測，確保基坑安全。

5 基坑圍護施工問題的處理

在揚子·商城國際C-1幢基坑支護工程施工過程中出現了一些問題，問題處理措施如下。

5.1 三軸水泥土攪拌樁施工問題的處理

1)三軸攪拌樁采用單排套打方法，試樁施工中，樁機在攪鉆至▽－16.0(相對高程，設計樁底高程▽－24.5)，開始發生鉆進困難，動力監測發現驅動動力電流量明顯上升，直至▽－18.0左右發生抱鉆現象，施工立即提鉆、復攪、噴漿，經復攪后，樁長有所增加，但仍不能達到設計要求，如此反復3次～4次，勉強達到設計高程。此時我們考慮地層土質的影響，首先進行不同水泥摻入比試驗并在水泥漿中適量摻入膨潤土(3%)潤滑，確定了最佳水泥摻量和水灰比，同時對樁機攪拌頭的夾角也進行了調整，解決了影響施工的難題。2)攪拌樁樁機在成孔過程中，多次出現機械故障造成施工中斷的情況，短時間停機恢復施工時，采取將鉆機下鉆至斷漿點下大于1 m的位置再噴漿提升并放慢攪拌速度保證搭接質量。對于停機時間較長的情況，采取先拆卸輸漿管路進行清洗，防止漿液凝結堵管。3)施工過程中，多次出現噴漿管堵塞的情況，此時及時停泵進行處理，處理結束后將攪拌鉆具上提或下沉1.0 m進行重復注漿，然后再恢復攪拌作業，防止發生斷樁。4)施工冷縫處理，由于各種原因，在三攪樁施工過程中，發生的冷縫數量有20多道，每當施工中出現冷縫時，現場都及時做好記錄，確定位置坐標，按設計要求，我們采用了高壓旋噴樁工藝，對冷縫進行了處理，即在三攪止水樁的每道冷縫外側做三根φ600@500的高壓旋噴樁形成墻體，與三攪止水體有效連接，確保該部位冷縫能補齊不滲水。

5.2 鋼筋混凝土灌注樁施工問題的處理

1)坍孔，由于鉆頭上下移動、泥漿稠度不夠、鉆桿偏位等都有可能引起坍孔現象。所以施工時要使用優質泥漿，提高泥漿比重和粘度，如坍孔嚴重要立即停機，將鉆桿提起一段，循循攪動泥漿，將坍孔部位補平后，繼續鉆孔;2)鉆機偏移，由于機身不穩，鉆機旋轉位置地基松軟等引起的鉆機偏移，發現后要及時停機，校正鉆機及鉆桿;3)由于鉆機或鉆桿偏移原因，土方開挖后發現有少量樁與樁之間間距有偏差，對間距偏大部位用細石混凝土灌實。

5.3 遇到鉆探孔涌水且涌水量較大的處理

在開挖至相對高程▽－10.0 m(絕對高程▽－2.4 m)左右時，出現一處地下孔洞冒水，水量較大，在經查閱地質勘察報告后，認定是一個鉆探完成后未能有效封堵的鉆探孔，該鉆探孔底絕對高程▽－40.04 m，在鉆孔時打穿了位于絕對高程▽－18.10 m～▽－22.55 m的以粉質粘土為主要成分的不透水層，造成⑤層土以下的承壓水順該孔冒出，單孔流量約20 m3/h。由于涌水量大，剛開始采用強行壓土，注漿封堵的方法未能實施，我們及時采用了疏導引流的方法。即在涌水孔位置設置管井，管井底大致位于不透水層底部，用于抽排承壓水達到降水效果，不影響建筑物施工。本案管井為φ377鋼管井，井底高程為▽－20.8(絕對高程)，配置20 m3/h的潛水泵成功排出該部位滲水。

5.4 局部三軸深攪樁墻體滲漏問題的處理

土方開挖過程中，發現三軸深攪樁墻體由于地下障礙物等引起的水泥土攪拌不勻，局部發生滲漏，這是因為地表淺層障礙物隨鉆下沉所致，對此我們采用了兩種方法補漏。

1)引流管:在兩根混凝土支護樁間的漏水部位用棉絮填塞密實，插引流管，在引流管周圍用速凝防水水泥砂漿封堵，待水泥砂漿達到強度后，再將引流管封堵。2)對滲漏部位采用橫向打孔，壓密注漿的方法進行封堵;對滲水較重的情況參照冷縫處理的方案，即在漏水處圍護樁外側補旋噴樁，進行處理。

6 支撐拆除

支撐拆除前嚴格按安全、高效、不擾民、確保工期的要求編制拆撐施工方案，基坑2層支撐梁在底板(換撐塊)混凝土達到設計強度后，開始進行拆除施工，采用的是成本較低的鎬頭機拆除工藝，1層支撐梁拆除由于地下室頂板結構不允許鎬頭機進行作業，改用了較為環保的金剛石繩鋸切割機加人工拆除的工藝，進行支撐梁拆除作業，每層支撐的拆除順序分4個施工段進行滿足地下室結構的施工要求。

7 基坑監測

7.1 基坑工程主要監測的內容和測點布置

1)圍護結構樁頂水平位移監測，沿圈梁頂每隔15.0 m～20.0 m左右布設1個水平位移監測點，共計布設42個水平位移監測點。2)圍護結構樁體深層水平位移監測(測斜)，布設19個深層位移監測孔(測斜管埋設在樁體中)，測斜管長度為13m～18m。3)基坑周邊道路沉降監測，沿臨近基坑范圍道路每隔15.0 m～20.0 m布設1個道路沉降變形觀測點，共布設22個道路沉降變形觀測點。4)基坑周邊建筑物沉降監測，在基坑周圍每棟建筑物上各布置14個～19個沉降變形監測點，共布設33個建筑物沉降變形觀測點。5)支撐軸力監測，在鋼筋混凝土支撐梁上選擇30個支撐斷面，在其支撐斷面的受力主筋上、下各焊接、安裝2支鋼筋應力計(即1個斷面布設4支鋼筋應力計)，共計120支鋼筋應力計;對支撐軸力的變化進行監測，及時掌握支撐軸力隨施工工況變化的情況。6)立柱樁沉/隆監測，布設55個立柱沉/隆觀測點。7)地下水位監測，在基坑四周共布設19個地下水位監測孔。

7.2 監測頻率及周期

1)在基坑降水及開挖期間，基本做到一日一測，地下結構施工期間，在未出現異常現象的情況下，每兩天進行一次。

2)監測周期從基坑土方開挖到完成地下室側壁回填的全過程。

7.3 監測結果

通過對各項監測數據的分析，周邊建筑物在整個地下室施工期間的差異沉降量未達到報警值，建筑物處于安全狀態;支護結構在運行過程中，未出現影響施工的漏水現象，對周邊道路、構筑物未產生不利的影響，基坑周邊的道路未發生明顯的裂縫，達到了預定的設計效果。

8 結語

目前，揚子·商城國際C-1樓工程基坑支護施工已全部完成，由于各參建單位對基坑施工的高度重視并提前制定詳細的設計施工對策，對施工方案和應急預案能夠進行嚴格的逐層交底，對工程實施進展中遇到的問題及時召開專題會進行解決，工程施工順利，得到了揚州建筑行業相關專家的認可，為揚州市區的大型深基坑工程的施工提供了示范，取得良好的效果。