以三角形穩固基礎來處理深基坑邊坡及控制流砂

廣西建工集團有限責任公司 南寧 530012

1 工程概況

南寧國際互聯網專用通道與云計算業務研發中心工程位于廣西南寧市中國-東盟商務區紫荊路東北側，地下1 層，地上12 層。該工程基坑開挖深度約6 m，采用人工挖孔樁基礎，場地地層自上而下可分為：素填土、硬塑狀粉質黏土、強風化泥巖、中風化泥巖。其中粉質黏土層承載力低，屬中等壓縮性土。因場地地下水為上層滯水，主要賦存于素填土層中，受大氣降水滲透補給，地下水位埋深在1.82～3.74 m之間，標高在111.85～114.41 m之間，枯水季節場地上層滯水水位將下降1～3 m。2012年8月開始進行基坑開挖，在基坑開挖時發現基坑底部出現流砂現象。

2 流砂問題分析[1,2]

2.1 流砂成因

流砂現象產生的原因是水在土中滲流所產生的動水壓力對土體作用的結果。滲流在土體孔隙中流動產生動水壓力D，當其與有效壓力P方向相反時，土的抗剪強度τ減小，即：

其中σ、φ分別為作用在剪切面上的法向應力和內摩擦角。當動水壓力D不斷增大，達到D=P，土的抗剪強度等于零，即τ=0，此時，土體顆料呈現為懸浮狀態。當動水壓力方向向上且足夠大時，土顆粒被帶出而形成為流砂，而動水壓力方向向下時，如發生土顆粒的流動，其方向向下，使土體穩定。因此，防治流砂的基本原則是減少或平衡動水壓力，設法使動水壓力方向向下，截斷地下水流。

根據現場情況，主要是地下水位較高，基坑開挖擾動粉質黏土層引起，但坑壁上部土層工程地質性質較好，粉質黏土層地基承載力可滿足設計要求，因此需通過快速施工，確保基槽穩定。

2.2 防治方法

在實際施工過程中遇到流砂，通常處理的方法有應急堵漏、加強支護、降排水、凍結法等。具體處理應結合工程特點、場地工程地質水文地質條件、施工工藝水平、材料設備等客觀條件選定。 根據實際情況，本工程采用樁承臺剪力墻與混凝土連系梁聯合進行基坑的流砂處理和邊坡支護，該方法是綜合了應急堵漏和加強支護2 種施工方法的優點。采用樁承臺剪力墻代替磚胎模的目的有2 個：

1）能快速地形成剪力墻并進入流砂表面一定深度，增加地下水從坑外流入坑內的滲流長度，以減小水力坡度，從而減小動水壓力，防止流砂產生。

2）對邊坡進行支護。充分利用剪力墻承臺與型鋼或木樁共同受力，對邊坡土體起到支護作用，保證邊坡的穩定性，同時減少了基坑大開挖和加強支護的費用。

樁承臺剪力墻加固如圖1所示。

圖1 樁承臺剪力墻加固示意

2.3 工藝原理

一般首先處理影響區域的3 根工程樁以形成三角形穩固區域，通過樁承臺剪力墻與混凝土連系梁聯合加強支護邊坡和穩固流砂，從而達到抵抗流砂產生的不良影響的目的，同時承臺剪力墻可作為邊坡支撐，起到穩固邊坡作用。

首先判斷流砂影響區域和影響大小，對動水壓力影響區域的人工挖孔樁由原來的承臺磚胎模改為剪力墻形式進行處理，剪力墻承臺模對樁周流砂起到止水作用。逐漸開挖樁間土層，在樁間澆筑形成混凝土連系梁及對樁周邊墊層進行封閉處理，形成三角形穩固區域。承臺剪力墻與型鋼或木樁共同作用對邊坡進行支撐，起到穩固邊坡作用。如果流砂產生影響的面積比較大，可先開挖部分區域，待處理完成后再依次開挖后續部分區域，如此逐段完成地基的流砂處理問題。

3 施工過程控制要點[3-5]

3.1 工藝流程

施工前期準備→基坑邊坡打樁（木樁或型鋼板樁）→流砂段基槽分段開挖→基坑排水→樁承臺內、外模框制作→將鋼筋插入墊層混凝土內→澆筑承臺剪力墻混凝土→混凝土連系梁澆筑施工→樁周混凝土封閉處理→剩余的流砂段基槽開挖→土方回填

3.2 操作要點

1）施工準備。在進行基礎開挖施工之前先認真閱讀地質勘察報告書，編制三角形穩固基礎處理流砂施工專項施工方案，計算并確定流砂影響的大小和范圍。準備能快速施工的土方開挖機械、抽水設備。

2）為了防止基礎四周土方發生塌方，在施工過程中可以根據實際情況在流砂處理的邊坡周圍布置型鋼樁或木樁，起到防止基礎四周土方塌陷及減少動水壓力的作用。打樁過程中，要注意樁距有無偏移和傾斜現象，同時注意樁距和打樁深度，如發現問題，須及時進行糾正。

3）流砂段基槽分段開挖。對有流砂段基坑部分，開挖深度為原設計墊層標高多挖40 cm，寬3 m、沿邊坡長20 m。先開挖一半，寬1.5 m，這樣開挖的目的主要是減小開挖面，縮短放置時間，減少擾動，可有效抑制流砂及側壁坍塌現象的發生。

開挖時選擇機械挖土，這樣可以提高速度，使挖土速度超過冒砂速度，在挖至標高后立即鋪竹、蘆席，并拋大石塊，以平衡動水壓力，將流砂壓住。

4）基坑排水。待基底漏出后在來水方向挖集中排水井進行抽水，保證基礎作業面位于水面以上。集水井的位置設置要根據基坑平面開頭與大小，土質與地下水位的高度與流向、降水深度等決定，設置在地下水流的上游一側，整個抽水過程要持續到土方和基礎施工結束時為止。

如果流砂現象較為嚴重，則必須采用人工降低地下水位法即采用井點降水法，使地下水位降低至基坑底面以下。

5）承臺內、外模框制作。首先使用模板按比承臺尺寸多5 cm左右拼裝好內、外模框等半成品，模框內外的間隔尺寸同設計磚胎模尺寸。在邊坡基坑開挖至流砂前制作完成好承臺內、外模，制作時確保模板體系穩定、安全、可靠。在承臺周邊土方開挖出位置后立即按照承臺位置用塔吊吊裝就位，放置內、外模，加固并打上穿墻螺桿。

加固完畢后將準備好的φ14 mm鋼筋按間距150 mm插入承臺內、外模框內，每次對稱插入2 根鋼筋，從而形成與模框相平行的2 排鋼筋，繞模框一周且均勻布置。待鋼筋完成后，澆筑混凝土并及時養護。當混凝土強度達到初凝后拆模，拆模時發現模板會伸到墊層混凝土以下，可用人工鑿除方法鑿除多余的木模板，待清理干凈后，用高一等級的混凝土對鑿除的混凝土孔洞進行回填。

6）澆筑承臺連系梁及剩余的流砂段基槽開挖。在樁承臺胎模澆筑完混凝土后施工承臺連系梁，待樁基混凝土剪力墻承臺模達到設計混凝土強度的70%后，對剩余的流砂段進行基槽開挖，重復上述施工。待基槽混凝土強度達到設計混凝土強度后，快速進行土方回填，回填土方應達到穩定地下水位以上。

4 質量控制[6-8]

為確保工程質量，對該類型條件下流砂的防治和質量的控制應主要做到以下幾點：

1）集中優勢兵力，加大機械化作業，快速施工，將距鋼板樁3.0 m范圍內的土方挖至要求標高，機械作業時人工配合清底，快速形成此范圍的墊層混凝土。

2）鋼筋混凝土樁承臺模混凝土采用C25，混凝土內摻入超早強減水劑。要求澆筑的鋼筋混凝土結構質量良好，能提早起到支護作用。宜采用小型振動棒或高頻振動片振搗，確保混凝土澆筑密實。

3）為了防止雨水沖刷基坑邊坡，基坑的土壁全部采用C15混凝土進行封閉處理。一旦發現邊坡表面噴涂的混凝土出現開裂，立即用高一強度等級的混凝土進行封閉。

4）基坑邊坡頂部1.2 m外設排水溝，排水溝尺寸可取300 mm×400 mm，同時按每15 m設一集水井，使坑外的水不滲入到基坑邊坡土體中。

5 結語

該施工工藝綜合了傳統的加固地基基礎的施工技術，施工簡便、快捷。通過上述技術處理措施，解決了粉質黏土或砂質土且富含地下水的基坑工程的邊坡支護及流砂處理問題，為下一步施工提供了條件和安全保障，也為基坑的進一步開挖提供了參考。最終順利完成了該工程地下室施工，對于類似條件的深基坑工程有一定的借鑒意義。