城市地下空間富水深基坑支護安全的探討

謝 亮

(湖南省地質(zhì)建設(shè)工程(集團)總公司，湖南 長沙 410000)

進入20世紀以來，隨著應(yīng)用需要，我國在地下空間利用上有著很大的發(fā)展，特別是近幾年城市地下空間的開發(fā)迎來了建設(shè)高潮，在設(shè)計和施工安全的問題上尤顯重要。深基坑的安全主要包括設(shè)計、施工兩部分。支護設(shè)計從兩大體系考慮：一是支撐體系，包括現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐和鋼支撐等；二是圍護體系，包括圍護、錨固和止水系統(tǒng)等。基坑的安全不僅要保證在基坑施工及使用期間，基坑支護結(jié)構(gòu)、周邊各類管線、建筑物的安全，還兼顧造價經(jīng)濟、施工方便、工期節(jié)省、環(huán)保衛(wèi)生。

1 深基坑支護設(shè)計內(nèi)容及步驟

(1)了解工程環(huán)境。包括鄰近建筑(構(gòu))物及地下管線的現(xiàn)狀，測量其至基坑開挖線的距離；(2)會審地下室及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)情況，確定基坑開挖深度和范圍；(3)了解工程地質(zhì)勘察報告，分析各層土的物理力學(xué)性質(zhì)及地下水情況；(4)確定最佳支護結(jié)構(gòu)各部尺寸，計算作用于支護結(jié)構(gòu)上的荷載；(5)計算支護結(jié)構(gòu)的嵌固深度、內(nèi)力、錨固力和變形量等；(6)驗算基坑穩(wěn)定性；(7)繪制施工圖紙和專家論證審定[1]。

2 深基坑支護設(shè)計施工實例

2.1 工程概況

擬建步步高置業(yè)·新天地(九華)商業(yè)區(qū)項目位于湘潭市北二環(huán)的南面，地下室基坑底標(biāo)高為25.20 m，開挖深度在7.0～15.6 m。據(jù)建設(shè)方調(diào)查，地表各種管線埋深均小于2.0 m[2]。

2.1.1 工程地質(zhì)概況

根據(jù)詳勘報告，場地內(nèi)對基坑支護有影響的地層從上往下依次為：雜填土、粉質(zhì)黏土、礫砂、圓礫、粉質(zhì)黏土、含礫粉質(zhì)黏土、強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。

2.1.2 地下水

場地見上層滯水和潛水，上層滯水主要賦存于雜填土、淤泥質(zhì)雜填土和粉質(zhì)黏土的頂部裂隙中；潛水主要賦存于礫砂、圓礫、含礫粉質(zhì)黏土的底部中，勘察間測得混合靜止水位1.20～9.50 m。

2.2 設(shè)計主要參數(shù)

巖土層力學(xué)工程特性指標(biāo)值如表1所示。

表1 巖土層力學(xué)工程特性指標(biāo)值表

2.3 基坑支護設(shè)計方案

根據(jù)場地地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件、地下室埋深及參數(shù)要求，經(jīng)過周密計算和校驗調(diào)整，設(shè)計確定采用"樁錨+土釘墻+放坡"的支護方式，具體為：基坑DEF段采用樁錨支護，樁間旋噴止水；ABBCCDGHHJ段采用土釘墻支護，三重高壓旋噴止水帷幕；FGJKLMNA段采用放坡支護，噴射砼護面，三重管高壓擺噴止水帷幕，具體如圖1所示。

圖1 平面布置圖

2.4 基坑支護施工

2.4.1 施工計劃安排

綜合實際和設(shè)計情況，施工安排分三個階段進行：(1)施工準備階段：平整場地，布置好臨水、臨電等臨時設(shè)施建設(shè)；(2)土方開挖前：圍護樁、止水帷幕、坑頂截排水以及安全護欄施工；(3)基坑內(nèi)施工階段：土方開挖及外運、冠梁、腰梁、錨索、土釘、掛網(wǎng)噴砼和坑底截排水的施工。

2.4.2 主要施工步驟要點

(1)圍護樁：布于DEF段，設(shè)計Φ1000@2000共65根，成孔采用XR280型旋挖機進行，泥漿護壁。

(2)止水帷幕：采用樁間旋噴、三重管高壓旋噴+擺噴形式，樁間旋噴設(shè)于DEF段，旋噴Φ700@800樁位于ABBCCDGHHJ段，擺噴Φ700@1000樁位于FGJKLMNA段，擺噴的擺角為20°。引孔選用PH-5D-Ⅲ型鉆機，設(shè)計要求注漿流量為70～90 L/min,空氣壓力為0.7 MPa，漿壓為30～33 MPa,旋轉(zhuǎn)速度為20 r/min，孔底靜噴為3 min，注漿提升速度為6～12 cm/min。根據(jù)工程實踐，施工中將旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整為12～15 r/min，將提升速度調(diào)整為8～10 cm/min。

(3)土方開挖及外運：施工安排10臺PC200型挖機配60臺Q165泥頭車由南向北分段分層依次進行，分段長度不大于20 m，一次開挖深度不大于2.0 m。遵守先支后挖的原則，坑底留500 mm厚土層由人工挖掘修整。

(4)錨索：設(shè)計4Φ15.2共三道，布于DEF段，投入3臺MDL-135D鉆機成孔Φ150 mm，采用二次高壓注漿法。第一次低壓注漿，注漿壓力為0.2～0.5 MPa，灰砂比為1∶0.5～1∶1；第二次高壓注漿，水灰比為0.45～0.55，注漿時間在第一次灌漿的水泥砂漿初凝后即刻進行，注漿壓力不小于2.0 MPa。張拉在錨固段注漿體強度達到設(shè)計強度的75%且大于15 MPa后進行。

(5)錨桿土釘：除DEF段外均設(shè)有，投入8臺MDL-135D鉆機，成孔Φ130 mm，注漿用BW250/50泵灌注，水灰比為0.4～0.55，注漿壓力為0.2～0.3 MPa，注漿管插入距孔底約100 mm處，至鉆孔飽滿孔口溢漿為止。

2.5 信息化施工及安全監(jiān)測

為確保基坑支護安全，在施工中實施信息化施工，即在施工前對周圍構(gòu)筑物拍照做好標(biāo)記，記錄歷史變形情況，施工期對基坑的動態(tài)變化進行監(jiān)測，并把獲得的信息通過修改設(shè)計反饋到施工中去，提高基坑支護方案的科學(xué)性和合理性。為此，在基坑場地或附近地段設(shè)置位移觀測點，監(jiān)測基坑以及鄰近建筑物、道路的水平及垂直位移情況，對基坑設(shè)計方案通過信息化施工加以補充完善。本基坑監(jiān)測設(shè)置允許警界值如下：

(1)監(jiān)測變形允許值：最大水平、垂直位移25 mm，變化速率7 mm/d；

(2)監(jiān)測報警界限：水平、垂直位移累計20 mm，變化速率大于5 mm/d；

3 施工過程中常見基坑隱患應(yīng)急安全處理措施

(1)防地面沉降、裂縫保護措施。地層水位下降或水土流失，均可造成地面沉陷，基坑降水前，必須確保基坑止水系統(tǒng)已施工完成，形成閉合；基坑周邊布設(shè)水位觀測井，發(fā)現(xiàn)水位下降嚴重，可采取回灌措施，必要時采取注漿加固措施。

(2)基坑變形過大、圍護體失穩(wěn)應(yīng)急措施。發(fā)現(xiàn)基坑局部變形過大或速率過大，超過設(shè)計允許值導(dǎo)致圍護體失穩(wěn)情況時，應(yīng)暫停施工，利用基坑土方或外運土方進行回填反壓，同時進行坑頂卸載減少坑壁側(cè)壓力。分析原因，報告建設(shè)方、設(shè)計方、監(jiān)理方，確定處理措施后方可繼續(xù)施工。

(3)圍護結(jié)構(gòu)滲漏水應(yīng)急措施。一般性滲漏水首先查明滲漏部位，根據(jù)滲漏面積及出水情況，布置安放PVC導(dǎo)管后用快硬水泥抹面封堵，待導(dǎo)管內(nèi)出水量減少后再逐個將導(dǎo)流管封堵；如發(fā)現(xiàn)嚴重滲漏水或流砂現(xiàn)象，應(yīng)立即停止施工，疏散人員，采取基坑周邊井點降水或施工止水帷幕，基坑壁采用導(dǎo)管引流、化學(xué)注漿等辦法綜合處理。

(4)坑底涌水、冒砂或隆起應(yīng)急措施。當(dāng)遇到坑底涌水、冒砂或隆起現(xiàn)象時，立即檢查地下水位，加大降水強度，確保地下水位降至坑底以下。

4 結(jié)束語

(1)城市地下空間富水深基坑支護的安全是一個復(fù)雜系統(tǒng)工程，理論與施工實踐相結(jié)合十分重要。

(2)深基坑雖是臨時性的，但如何根據(jù)不同的地質(zhì)條件和施工技術(shù)，選擇合理、經(jīng)濟的支護方案，是深基坑支護安全問題研究的一個重要內(nèi)容。