巖面突變處基坑開挖風險分析及處理

廣東省基礎工程公司 廣州 510620

1 工程概況

廣州軌道交通9號線某岔口明挖段基坑工程位于巖溶發育地區，采用厚1 000 mm地下連續墻+2 道混凝土及1 道鋼管支撐的支護形式。地下連續墻墻深20.7～24.8 m，連續墻嵌固深度1.5～6.0 m，嵌入強風化-中風化巖層。墻體采用C30級水下混凝土，工字鋼接頭。

第1道支撐為鋼筋混凝土支撐，對撐截面尺寸為800 mm×800 mm（寬×高），支撐梁支頂在冠梁上，支撐梁面與冠梁面齊平，冠梁截面尺寸為1 m×0.8 m。第2道支撐為鋼筋混凝土支撐，對撐截面尺寸為0.8 m×1 m（寬×高），支撐梁支頂在腰梁上，腰梁截面尺寸為0.8 m×1 m。第3道支撐采用Φ600 mm×14 mm鋼管支撐，腰梁為2個45c#工字鋼腰梁。鋼支撐預加軸力為對撐500 kN、斜撐700 kN。圍護結構平剖面見圖1、圖2。

2 基坑開挖出現的風險及分析[1,2]

地下連續墻完成后，開始土方開挖和支撐的施工，在開挖第1、2層土方以及施工相應的第1、2道鋼筋混凝土支撐過程中，連續墻的側向位移最大為20.33 mm，之后開挖第3層土方，在未安裝鋼支撐的開挖前提下，開始拉槽開挖鋼支撐以下的土方，3 d后位移增大到36.25 mm，出現明顯的“踢腳”現象（圖3）。

圖1 基坑支護平面示意

圖2 基坑橫剖面示意

圖3 連續墻側面位移監測示意

為此，項目部立即啟動了風險應急預案，迅速回填土方至第2道鋼支撐以上2 m，經過連續1 周的監測，基坑變形基本穩定。

針對灰巖地區巖面起伏大、局部巖面急劇變化、巖性突變特點，結合甲方提供的補勘資料以及地下連續墻施工前進行的一槽一鉆超前鉆資料，我們對整個基坑進行了地質補鉆，重點排查基坑開挖較深位置的地質變化情況。

經過地質補鉆，對巖面深度進行復查，與補勘資料、超前鉆資料進行比對，按原設計圖紙和施工記錄對基坑安全進行全面排查，排查結果是：

（a）盾構始發端（基坑開挖最深位置）地質補鉆結果為與超前鉆資料基本一致，嵌固深度滿足要求，基坑安全；

（b）盾構中間段（基坑開挖較淺位置）地質補鉆結果為與超前鉆資料基本一致，嵌固深度滿足要求，基坑安全；

（c）盾構到達端NQ02、NQ03、NQ04槽段，地質補鉆結果為與超前鉆資料變化較大，局部巖面急劇變化，風化不均，基坑內側基底以下的土層（提供被動土壓力）主要為灰黑色炭質灰巖殘積土（硬塑狀），基坑存在一定風險，需進一步采取措施。

3 應對方案[3-8]

針對基坑局部槽段，按外側鉆孔設計的連續墻嵌固深度嚴重不足，基坑開挖出現安全風險，基坑變形過大，出現基坑失穩征兆，為確保基坑的安全，回填土方至第2層支撐以上2 m位置，基坑變形趨于穩定。

經重新驗算，在后續土方開挖前，基底以下需增設1 道支撐，因此采用了較為穩妥的人工挖孔咬合排樁施工支撐地梁方案。通過支撐地梁支頂兩側的地下連續墻，以增加墻體被動土壓力及整體穩定性。

具體思路是：在3 幅槽段位置，各布置1 排人工挖孔咬合排樁（護壁與護壁之間密貼、頂緊），先施工一序孔，后施工二序孔，二序孔孔底以上2 m高拉通槽，打通，砌筑鋼筋混凝土護壁，施工支撐地梁（每1 個槽段布置1 條支撐地梁），地梁支頂兩側連續墻，增加被動土壓力，見圖4。地梁完成后再進行常規的土方開挖，采用信息法施工，加強基坑監測。

圖4 人工挖排孔支撐地梁平面布置示意

3.1 人工挖排孔施工

人工挖孔砌筑鋼筋混凝土護壁，只是為了施工地梁，減少對周邊土體擾動，最大限度控制連續墻變形。在NQ02、NQ03、NQ04三幅連續墻位置各布設1 根支撐地梁，每根地梁采用4 根人工挖孔孔位進行施工，3 根支撐地梁共布置12 根人工挖孔孔位，見圖5、圖6剖面圖示意。護壁外徑2 500 mm、內徑2 100 mm，孔位與孔位之間的護壁相交、對頂。護壁采用鋼筋混凝土結構。依據基坑底標高計算，孔深5～6 m。

圖5 A-A剖面示意

圖6 B-B剖面示意

3.1.1 工藝流程

地梁施工工藝流程為：

孔位放線→一序孔分節開挖成孔→一序孔分節砌筑護壁→一序孔孔底驗收（地梁底標高驗收）→二序孔分節開挖成孔→二序孔分節砌筑護壁→二序孔最后2 m高拉通槽、護壁連通→地梁底標高、位置復驗→地梁施工。此外，一、二序分節砌筑護壁之前須進行孔位復核和糾偏。

3.1.2 施工方法

（a）孔位放線：測量員根據孔位圖將孔位定位放樣，施工前將各孔編號，避免混亂，孔定位放樣應準確，經復核無誤后才可開挖。

（b）分節開挖成孔：先施工一序孔，后施工二序孔。挖孔工具以鐵鍬、風鎬等為主，施工時采用分層挖土，每層深度應視土壁保持直立狀態的能力確定，每個孔每天開挖深度不超過1 m，當土質較差時，開挖深度不超過0.5 m。挖孔時一般每孔每班2 人，1 人挖孔，1 人吊土。吊土用手動提升架，自制出碴筒，運土用手推車，運至指定地方堆放。挖孔采用跳挖方法進行施工。下井挖孔前先用動物（一般用鴿子）放入孔內驗證是否有毒氣，檢測結果為安全時方可下井挖孔。

（c）分節砌筑護壁：護壁為變截面，截面呈梯形，上厚下薄。護壁上部寬度200 mm，下部寬度150 mm。護壁采用C20普通混凝土，采用P.O 42.5水泥，隨用隨拌隨澆，C20配合比（質量比）為：水泥∶水∶中砂∶瓜米石=1∶0.44∶2∶3 。護壁豎向鋼筋采用二級螺紋鋼Φ12 mm，間距150 mm，環形筋采用一級圓鋼Φ8 mm，間距250 mm。護壁混凝土澆筑終凝后才可拆除模板。

（d）孔底驗收（地梁底標高驗收）：當挖到孔底時，應通知項目部復核孔底標高（即地梁底標高），滿足要求即可終孔，施工最后一節護壁。

（e）二序孔孔底拉通槽：為滿足下一步地梁施工2 m凈高要求，二序孔孔底以上2 m拉通槽，即將一序孔與二序孔的護壁打通，護壁鋼筋相連，澆筑護壁混凝土。

3.2 墊層下地梁支撐暗做施工

NQ02、NQ03、NQ04每一幅地下連續墻對應中間位置墊層下面各設置1 根支撐地梁，見圖7。支撐寬度1.5 m、高度0.6 m，支頂兩邊地下連續墻，對主體結構施工沒有影響。地梁配鋼筋，主筋采用12 根二級螺紋鋼Φ16 mm，箍筋采用一級圓鋼Φ8 mm，間距200 mm。為將鋼筋拉入孔內，主筋開短料，鋼筋搭接采用綁扎，為防止地梁移位，地梁主筋與連續墻主筋焊接牢固。地梁采用預拌混凝土澆筑，混凝土強度等級為C30，當地下水較多時，采用水下混凝土。

圖7 地梁及最后2 m高度通槽平面示意

3.2.1 工藝流程

地梁施工工藝流程為：定位、標高復核→地梁主筋與連續墻鋼筋焊接→地梁鋼筋綁扎→地梁混凝土澆筑→地梁養護。

3.2.2 施工方法

（a）定位、標高復核：當人工挖孔挖到孔底時，項目部應復核地梁底標高和定位，滿足要求即可終孔。由于孔內徑2 100 mm，因為地梁定位調整空間較大，主要是復核地梁底標高。

（b）地梁主筋與連續墻鋼筋焊接：防止地梁移位，地梁主筋與連續墻主筋焊接牢固。靠近連續墻的孔，最后底部1 m要鑿開，接到連續墻，連續墻保護層要鑿開，以便于地梁主筋與連續墻主筋焊接，單面焊接下來80 mm。

（c）地梁鋼筋綁扎：地梁配鋼筋，主筋采用12 根二級螺紋鋼Φ16 mm，箍筋采用一級圓鋼Φ8 mm，間距200 mm。

考慮到鋼筋拉入孔內，主筋開短料，一般長度不超過3 m。鋼筋搭接采用綁扎，搭接長度700 mm，接頭錯開率50%，當接頭無法錯開時，箍筋間距加密至100 mm。

（d） 地梁養護：地梁采用預拌混凝土澆筑，混凝土強度等級為C30，當地下水較多時，采用水下混凝土。

（e）地梁混凝土澆筑：地梁在孔內，相當于在土層中，類似于圍護結構樁和墻，采用自然養護，養護時間不少于7 d，才能進行下一步土方開挖。

3.3 后續土方開挖

地梁施工完成并達到設計強度的70%后，分層開挖第3、4層土方，施工第2、3道支撐。后續開挖過程中，項目部進行了加密監測，墻體變形變化速率小于1 mm/d，同時根據第三方監測數據，最終路面下沉不超過25 mm，墻體變形最大不超過48 mm，確保了基坑安全。

4 結語

巖溶地區受巖溶作用，巖面起伏變化大，形成較多的溶溝、溶槽。當圍護結構恰好座落于巖面突變處時，基坑外側巖面高、內側巖面低，若按外側鉆孔進行計算嵌巖而實際內側并未嵌巖，即內側基底以下嵌固深度范圍仍然是土層（提供被動土壓力），基坑開挖時將出現安全風險。本項目采用暗做地梁支撐的方法，控制了圍護結構的變形，保證了基坑的安全。