淺談粉細砂地層深基坑開挖的幾點經驗

王秀紅 程選勤

摘 要：飽和粉細砂地層深基坑開挖施工中易產生管涌等現象，粉細砂地層具有高靈敏度、觸變特性，在動力作用下極易造成土體破壞，施工過程中若施工不當，極易造成流沙、沉降、塌方等現象。該文主要介紹了黃河海勃灣水利樞紐工程飽和粉細砂地層基坑開挖和支護方面的幾點經驗。該工程地層為黃河沖積地貌，系飽和粉細砂地層?；优潘⒒又ёo與基坑開挖密切配合，基坑開挖特殊部位要采用塑性混凝土和高噴防滲墻等施工方法，施工中堅持“慎開挖、勤監測、快支護、早處理”的原則，組織嚴密，施工科學性可以確保了工程的施工安全和基坑邊坡穩定。

關鍵詞：粉細砂 地基 開挖 經驗

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（c）-0222-02

黃河海勃灣水利樞紐工程的位置是內蒙古自治區烏海市境內，在黃河寧蒙段的綜合利用的水利樞紐工程中，是唯一一座已防凌、發電等為主的。為Ⅱ工程規模等大（2）型樞紐工程，樞紐主要組成部分為河床式電站、泄洪閘、土石壩等建筑物。壩頂總長6905.7 m，壩頂高程1078.7 m，電站壩段最大壩高35.2 m。電站裝機4臺燈泡貫流式機組，裝機總量90 MW，多年平均發電量3.817億kW·h，水庫正常蓄水位1076.0 m，水庫總庫容4.87億m3。

1 地質條件

黃河沖積地貌，堆積侵蝕地貌，和風成地貌構成樞紐庫區主要地貌形態。壩址區地貌形態分為黃河沖積地貌，河流堆積侵蝕地貌，風成地貌。第四系松散堆積物是地層主要組成，厚度大于500 m。地基土層為第Ⅲ地質單元（Q3al+l）地層，電站廠房段設計建基面EL1043.5～1048 m，在勘探深度范圍內，上層土體以細砂、粉砂為主，夾有砂壤土、粉土、壤土和粘土透鏡體，中密～密實狀，層底埋深在河床面以下約40 m處，高程在1022～1026 m之間，；下層以砂礫石為主，中密～密實狀，泥質含量高，夾有粘性土透鏡體。

2 粉細砂地基特性

粉細砂處于濕潤態時的內摩擦角為38°左右，且有微粘性，一般可以開挖成很陡的邊坡。若開挖地層有滲水或外力擾動等外部荷載的作用，極易產生流滑，開挖坡面急劇變緩。因此，粉細砂地基的開挖與粉細砂含水量大小、滲流、補水情況有密切關系。施工過程中要有合理的施工工藝，以及合適的開挖機械。

在無壓重無滲流條件下的粉細砂層，處于濕潤狀態的粉細砂具有假粘聚力，可直接利用裝載機或反鏟開挖，形成陡坡。但坡面會因失水干燥或雨水沖刷，風蝕等影響導致滑塌，形成頂部1～1.5 m范圍內為陡坎，以下為松散堆積的坡面。在有壓重無滲流條件下，干地直接開挖面應距路面、圍堰或壓重的坡腳要一定距離，以防止開挖粉細砂危及基坑的安全。其次，形成粉細砂開挖面只宜短期暴露，應盡快施工護坡或采用墊層混凝土覆蓋。

3 地下水處理

3.1 處理水滲漏原因

使邊坡土體內潛在滑動面上的抗滑力始終保持大于該滑動面上的滑動力才能穩定已開挖基坑邊坡。設計施工過程中，良好的降、排水措施，有效控制產生邊坡滑動力的外部荷載非常必要，施工期間尚應考慮，邊坡受到氣候季節變化和降雨、滲水、沖刷，風蝕等外力作用使土內含水量增加、土的自重加大、邊坡土質變松、導致降低邊坡土體抗剪強度，從而產生不利于邊坡穩定的影響或增加了土體內的剪應力所造成的邊坡局部滑坍。

3.2 地下水處理措施

隨著基坑開挖的深度增加，大量的地下水和城市地下水涌入基坑，發生滲透破壞，出現粉細砂液化、管涌等大量的地質災害。施工中，一方面采用集水坑集中排水；另一方面施工中，分部位，分高程布置管井進行井點降水，工程施工中累計布置140多口管井進行降水作業，兩種引排方法的綜合利用較為有效的解決了涌水等地質災害的發生。

管涌一般是由于基坑排水不暢，地下水未能快速降低而產生的涌水、涌沙現象。造成管涌的原因主要有薄弱沙土層有地下水穿過，地下滲出的承壓水頭或者向外流出所造成的。管涌現象在幾層出現，密切的觀察管涌，如果有渾水出現，就在管涌的泉眼上拋一層粗砂，其上再鋪級配一層碎石，泉眼中帶泥砂的混水，經過沙、礫石的過濾之后，流出清水，引其到附近的排水溝中或增加管井進行井點降水。

4 基坑開挖施工工藝

4.1 開挖原則

由于該工程土質條件差，屬于粉細砂地基?；拥拈_挖施工要與排水和支護密切配合，所以基坑開挖施工措施要安全可靠，堅持“勤監測、慎開挖、早處理快支護”，方能確保基坑工程的安全和邊坡穩定。

基坑支護和降水的方案實施與基坑開挖一致，確保挖方區域處于無水狀態或盡可能的降低滲透破壞給開挖造成的影響。開挖順利進行的保障是基坑支護萬無一失，要考慮到整個開挖乃至基礎施工全過程的核心是基坑降水。

施工現場突發情況多，且有很多不可抗拒因素。深基坑開挖工程存在較大的安全隱患，施工時，要采取信息法施工，從已知條件設計出安全、可靠的基坑開挖施工方案。

基坑圍堰閉氣待抽水完成后，為確保初期開挖正常進行，采用砂礫石鋪路，道路布置采用“非”字形的布置形式。

4.2 開挖施工工藝

主廠房基礎開挖，采用邊開挖邊支護循序漸進，確保開挖至建基面設計高程。在施工期間排水不暢地下水滲流，增加了邊坡土體含水量和土的自重；水在土中滲流使水動力增加，土的濕化使粉細砂土的抗剪強度隨之減低；影響粉細砂土的蠕變。變形、裂縫以致滑動的失穩險情在基坑邊坡出現，土體潛在破壞面上的抗剪強度未能適應剪應力的結果是其本質的問題。故從以下兩方面考慮施工措施：一是使邊坡土體中的剪應力降低；二是使土體或邊坡抗剪強度提高。坡腳壓載、削坡、坡頂減載、增設防滑樁體及降低地下水位或加強表面排水等是常用的應急防護方法。

護岸、上游護坦部位開挖，在護岸、上游護坦部位開挖過程中，粉細砂液化現象依然嚴重，加之先前布設的管井管路，加大對開挖的干擾。為防止地下水滲透破壞，在施工過程中采用勤置換、強襯砌的方法來滿足設計體型的開挖要求。粉細砂置換采用對原地基不易形成體型部分進行超挖，再采用不同粒徑的碎石進行換填，粒徑一般選擇40～80 mm。襯砌一般采用C20W6F200二級配墊層混凝土施工。上游護坦開挖過程中，由于地下水位線高，粉細砂層局部有砂礫層，滲漏破壞十分嚴重，在施工中多采用強開挖，級配碎石對齒槽坡腳滲漏水進行反濾，防止粉細砂被滲漏水帶走，從而形成滲漏通到的危害。在護坡建基面表面鋪設10 cm厚的大石粒徑為40～80 mm進行碾壓，且要求地基相對密實度達到0.7，以確保開挖進度和開挖質量，并對開挖好的建基面進行及時的墊層混凝土防護。

主廠房基礎齒槽開挖，齒槽開挖設計坡比2∶1，施工時分層控制在1.0～1.5 m左右，開挖時做到先中間大面積開挖，再周邊修坡。修坡過程中為保證設計體型，坡腳部位適當超挖。超挖部分采用級配碎石回填，同時起到滲漏水反濾的作用，有效控制粉細砂被滲漏水帶走，防止內部出現空洞、塌陷等現象。在飽和水粉細砂底層開挖，快支護尤為關鍵，不支護或支護速度過慢，流水不斷的侵蝕，導致無法保證設計體型。在基坑所需的施工工期、工程特性、和邊坡條件及施工環境等要求下坡面支護方法分為以下幾種：掛網（鋼絲網或鐵絲網）抹面、水泥砂漿抹面、塑料薄膜覆蓋、砂（土）包疊置、或噴漿等等。

開挖局部集水井，充分運用混凝土防滲墻的特性，得以保證順利開挖。修建在擋水建筑物地基透水地層中的防滲結構叫做混凝土防滲墻，是一種特殊結構形式的地下連續墻。起到減少滲透流量，控制地下滲流，保證建筑物地基滲透穩定的作用，有效的解決深層覆蓋中滲流的問題。該施工工藝主要是因為它具有可靠的結構、較好的防滲效果、不受地下水位影響、造價較低適應不同的地層條件、施工方便快捷、。在集水井等特殊部位施工時，在集水井外層新增一圈高噴防滲墻和一圈混凝土防滲墻，一方面保證設計體型，防止粉細砂被水帶走起到反濾作用；另一方面有效利用防滲墻的強度，阻止了土體剪切破壞，有效解決涌水和側壓力的問題，確保施工安全。

5 基坑開挖注意事項

開挖之后，砼墊層及時澆筑，保護好注意成品。下雨期間進行挖土時，需做好防滑措施。

施工過程中，注意施工道路布置。針對粉細砂地基的特點，施工道路應采用砂礫石或級配碎石回填、整平、碾壓。防止在施工過程中出現開挖設備及運輸車輛陷車等現象。

若有土體整體失穩現出現，則應在設計單位和臨理單位同意的前提下，采用壓密注漿、水泥旋噴樁或加大邊坡坡度等方法加固土體，使基坑施工的安全性得到保障。

應該禁止在邊坡上側堆土，在邊坡一側放置材料時應距離邊坡上邊緣1.0 m以外，材料堆置高度低于1.5 m。

6 結語

對于復雜地質條件下粉細砂地基的深基坑開挖，傳統意義上上說，邊坡粉細砂土體內潛在滑動面上的抗滑力始終保持大于該滑動面上的滑動力，才能開挖放坡開挖機。在施工過程中，如設計齒槽開挖、集水井等施工部位設計體型局部突變，放坡施工很難保證設計體型，甚至會超出建筑物設計邊線。而塑性混凝土防滲墻和高噴防滲墻不僅使邊坡滑動力的外部荷載得到有效的控制，還解決了在施工期間，邊坡受到氣候季節變化和降雨、涌水、地下滲水、土內含水量增加、沖刷等作用使邊坡土質變松、土的自重加大以及降低邊坡土體抗剪強度，從而導致土體內的剪應力增加所造成的邊坡局部滑坍或產生破壞邊坡穩定的影響，確保復雜地質條件下粉細砂土體深基坑開挖的順利進行。