富水砂層區域深基坑局部降水施工技術

（中國建筑第五工程局有限公司，湖南長沙 410004）

1 工程概況

項目位于衡陽市珠暉區酃湖鄉，屬湘江Ⅰ級階地，主要包括10棟33層框剪結構高層建筑，地下室一層，塔樓部分地下室層高為5.80 m。地下水類型主要為賦存于中砂、圓礫層中的潛水，具有承壓性。潛水穩定水位埋深介于0.50～2.10 m之間，標高52.68～55.48 m，地下室底板絕對標高51.00 m，遠低于潛水水位，電梯井等局部深基坑施工困難，原設計集水明排法無法滿足施工要求。

2 局部深基坑施工難點

本工程地下室電梯井絕對標高為49.50 m，井底設計承臺基礎尺寸為4.2 m×4.2 m×1 m，承臺下部位10 cm厚C15混凝土墊層，實際開挖深度至標高48.4 m。持續降水過程中，側壁粉土與中砂層形成與地下水貫通的過水孔隙，流沙隨水流被帶走，導致側壁坍塌或者已施工完成的墊層面層下陷，基坑難以成型。如何實現電梯井等部位的局部降水，以防坑底涌水涌砂，暫緩基坑側壁坍塌成為亟待解決的難題。

3 降水設計

本工程開挖至基底的地層主要由粉土與中砂層組成，其特性為：①第四系沖洪積（Qal+pl）粉土。黃褐色，稍密，稍濕，搖振反應中等，無光澤反應，干強度低，韌性低。②第四系沖洪積（Qal+pl）中砂。黃褐色，松散，濕，母巖成分由砂巖組成，級配一般，分散性較好，含少量黏性土。

其中，中砂層潛水具備承壓性，施工過程中如無有效預防和解決措施，將對底板施工造成較大的破壞。在充分考慮工期緊張以及施工質量的情況下，多方比選降水方案，確定降水井+局部拉森鋼板樁支護的方式，最適宜富水砂層區域的深基坑局部降水[1]。

3.1 降水井降水

因基坑開挖較深，且地下室底板在粉土與中砂層上，明排法降水極易帶走流沙，導致底板下部淘空，抽水部位周邊位置環境破壞下沉，需要采用降水井進行整體降水。降水井采用網格化布置，間距40～50 m，選擇臨近電梯井、集水井且位于承臺以外的區域設置，井口高程50.5 m（略低于地下室底板高程），井底標高43.5 m，井深7 m。

3.2 拉森鋼板樁

為防止砂層在電梯井開挖過程中坍塌，在電梯井等部位仍需設計鋼板樁，起到支護和止水帷幕的作用。

（1）電梯井采用拉森鋼板樁支護結構，設計樁頂高程51.5 m，樁底高程45.5 m，樁長6.0 m，其中擋土段2.0 m、嵌固段3.0 m，空置1.0 m。（2）拉森鋼板樁型號采用Ⅱ型，材質采用Q235，每延米板樁截面積為156 cm，每延米板樁壁慣性矩為8 500 cm，每延米板樁的抗彎模量為850 cm，抗彎力為215 MPa。（3）鋼板樁采用50 t振動錘振動插入，兩樁之間連接應緊密，當縫隙過大出現滲水現象時，應用瀝青麻絮封堵。（4）鋼板樁定位應避開樁基礎位置，不影響樁基礎施工及電梯井施工，沿電梯井承臺范圍外擴25 cm為宜。

拉森鋼板樁大樣圖如圖1所示。

圖1 拉森鋼板樁大樣圖（單位：mm）

4 拉森鋼板樁拔出時間分析

根據設計文件，鋼板樁拔出時間應為混凝土達到設計強度后。電梯井承臺與側壁剪力墻設計混凝土等級為C30 P6，達到設計強度至少需28 d，難以滿足施工進度以及鋼板樁在不同電梯井之間周轉使用的要求。通過分析電梯井鋼板拔出過程對電梯井側壁剪力墻的影響主要為：（1）拔出過程中，振動錘拖拽鋼板樁的激振力作用在電梯井側壁剪力墻上的影響；（2）拔出后，周邊土產生的側向剪力作用在電梯井側壁剪力墻。

4.1 振動錘激振力對電梯井剪力墻的影響

本工程采用DJZ60振動錘進行鋼板樁施工，其產生的激振力為0～477 kN，鋼板樁長6 m。鋼板樁每塊寬度400 mm，由于起拔過程中土層內力作用復雜，不考慮砂土、粉土層在鋼板樁振動過程中的“液化”[2]。此處簡化起拔過程中，單塊鋼板樁帶動周邊土層對電梯井側壁剪力墻的影響面積為0.4 m×1.5 m=0.6 m2，將受影響部位的電梯井壁視為持續受到477 kN的側向剪力。原設計為節約混凝土，基礎與底板之間縫隙≥1 m，砌筑磚胎膜填土肥槽，為方便計算，此處視為鋼板樁拔出時，激振力通過回填土擠壓力，直接傳遞至電梯井側壁剪力墻。將電梯井側壁剪力墻等效為連續梁斜截面承載力計算模型，鋼筋保護層厚度為40 mm，則井壁受壓截面寬度為400 mm，高度為260mm，其斜截面受壓滿足[3]：

式中：fc——C30混凝土設計標準抗壓強度值（N/mm），此處取14.3 N/mm；b——等效受壓截面寬度（mm）；h0——截面的有效高度（mm）；hw——截面的腹板高度（mm），此處取矩形截面；βc——混凝土強度系數，此處取1。

計算得到實際斜截面承載力為：V≤371.8 kN，即電梯井剪力墻側向承載力小于側向壓力477 kN，鋼板樁拔出時，易造成電梯井壁的開裂破壞。拉森鋼板樁平面布置示意圖如圖2所示，電梯井簡化受力模型如圖3所示。

圖2 拉森鋼板樁平面布置示意圖

圖3 電梯井簡化受力模型

本工程為解決鋼板樁拔出過程中，擾動導致電梯井側壁開裂破壞，為現鋼板樁在各個電梯井之間進行周轉使用，提高電梯井側向抗剪切能力，基礎與底板間隙均采用同標號素混凝土填充，在填充一側增加配筋，井壁受壓截面寬度為400 mm，高度為960 mm。根據工程需要，澆筑混凝土3 d左右需拔出鋼板樁，進行周轉使用，C30混凝土基本能到達到50%強度，斜截面受壓推導如下：

計算得V1≤686.4 kN，可見增加素混凝土和配筋之后電梯井斜截面受壓得到明顯改善，3 d混凝土強度的承載力686.4 kN≥477 kN，滿足鋼板樁拔出時最壞情況下的承載力要求。基礎與底板間隙素混凝土填充如圖4所示。

圖4 基礎與底板間隙素混凝土填充

4.2 周邊土剪力對電梯井剪力墻影響

根據地勘報告，鋼板樁拔出后，側向土對電梯井壁最大剪力為50.41 kN≤686.4 kN，可判斷鋼板樁拔出后，側向土壓力對3 d齡期的電梯井混凝土影響極小。內力位移包絡圖如圖5所示。

圖5 內力位移包絡圖

5 結語

富水砂層區域的局部深基坑降水施工，采用降水井+局部鋼板樁圍堰的方式進行，為滿足施工進度以及鋼板樁在不同電梯井之間周轉，電梯井壁設計厚度需能夠承受鋼板樁拔出時振動錘擾動，設計壁厚不足時，在電梯井基礎與底板間隙采用素混凝土填充，可提高電梯井壁的承載力，滿足混凝土澆筑后盡快拔出鋼板樁進行周轉使用的施工要求，減小電梯井滲漏風險。