富水砂卵石層深基坑支護技術研究

摘要：富水卵石層是當前地下工程建設過程中普遍面臨的問題，受制于富水卵石層實際特點，在相關地區進行基坑開挖作業過程中極易出現較大程度的底層變形，這種情況會大幅降低基坑安全性，本文所提及的工程在富水卵石層進行基坑挖掘作業中出現了涌砂和涌水現象，其對富水卵石層深基坑支護技術提出明確要求。因此本文以該工程為例，結合對富水卵石層深基坑施工特點研究與分析，提出其在實際工程中的應用，如基坑的止水和降水設計、基坑開挖過程中的降水設計和富水砂土層和隔水層降止水有效措施等內容，以供進而為保障深基坑支護技術的施工質量提升做出技術保障。

關鍵詞：富水卵石層;深基坑挖掘;支護技術

中圖分類號：U415.6

0引言

在當前我國城市化發展進程不斷深化背景下，各類地下工程數量逐年提升，各類基坑工程數量也隨之提升。其中最具代表性的工程為地下過街通道明挖深基坑工程，此類工程在實際作業過程中對周邊建筑、管線具有直接影響，一旦挖掘作業過程中出現事故極易導致施工地區出現大面積地面位移或沉降，不僅對深基坑安全性造成嚴重威脅，同時也會威脅周邊建筑安全性。這種威脅會在面對富水卵石層等特殊地層時愈發嚴重。考慮到富水卵石層存在結構松散、滲透性較強、粘聚力較低等特點，實際作業過程中受地下水滲的幾率較大，進而引發突涌及地層坍塌問題，同時此類事故還會導致基坑邊緣出現地基下沉情況，可能導致周邊建筑坍塌或傾斜，威脅群眾生命財產安全。因此，加強對富水卵石層深基坑支護技術的研究具有重要現實意義。

1富水卵石層深基坑施工特點概述

1.1施工引發地表沉降

通過對當前深基坑挖掘作業進行分析可知，隨著基坑降水作業及開挖作業逐步開展，施工地點周邊地表逐漸出現沉降現象。根據施工地周邊設置的監測點所收集數據，可以總結出施工各階段結束后地表沉降結果。受富水砂卵石層低黏聚力、高滲透性等特點影響，在相關區域進行作業引發的地表沉降值與影響范圍相對較大[1]。從實際情況分析沉降位置與圍護結構距離呈正比關系，距離越近沉降范圍越大，沉降曲線越陡，導致這種情況的主要原因在于砂卵石層黏聚力較低，與圍護結構之間的摩擦力較小，直接導致制約土體下沉能力直線下降，因此可得出結論，與基坑圍護結構距離越近，土體沉降量越大。

1.2施工地區滲流場分布情況

隨著工程深基坑開挖作業與降水程序逐漸深入，坑外地下水位也隨之下降，進而在施工地點周邊形成運動滲流場，土體中的孔隙水壓力不斷降低，孔壓分布不均勻。地下水流動趨向可以通過滲流速度矢量分布顯示，考慮到坑內外水頭差因素，基坑外速度矢量直線基坑內部，在富水砂卵石層深基坑連續降水作業過程中，深基坑內部土體會在滲透水流作用下出現沙粒在孔隙中移動情況，并在此過程中不斷被水流帶走，土體孔隙不斷擴大，水流速度不斷提升，在滲透水流作用下土體中細顆粒在粗顆粒形成的突襲中不斷移動，最終導致基坑土體內部形成空洞，該空洞的面積會不斷提升或流失，引發流土、管涌等滲透破壞，最終導致深基坑作業過程中出現地層坍塌、基坑坍塌等安全事故[2]。

1.3滲流壓力分析

根據實際工程建設情況分析，滲流壓力與水力坡度成正比關系，基坑圍護結構在不同開發深度會處于不同情況。考慮到季節性降水對地下水的影響，微承壓性會存在一定差異，而此變化會導致深基坑建設過程中出現滲透破壞的可能性大幅提升。隨著降水作業及開挖進程不斷推進，基坑圍護結構兩側的水力坡降增大，滲流力最大值分布在連續墻嵌固深度范圍內偏下處，基坑開挖深度愈大，滲流力越大，這也與流速矢量分布一致。除此以外，隨著基坑圍護結構嵌固深度不斷提升，地下水滲流路徑也隨之提升，水頭損失也不斷增大，滲流速度不斷減少，滲流壓力也隨之減小[3]。

2富水卵石層深基坑支護技術在工程中的具體應用

2.1工程概況

本工程為某下過街通道工程，整個通道呈現反“丁”字型布置，南北兩側共設置3處出入口，其中北側有兩處出入口，南側有一處出入口。過街通道總長約204.1m，其中主通道長約67.4m，北側出入口總長（含部分工作井）82.6m，南側出入口總長（含部分工作井）54.1m。而過主街道全長為58.5m，采取矩形的頂管施工作業，埋深一般在9.08m。其圍護結構主要以土體加固法為主，以鉆孔灌注樁為輔。

在本工程內部設計的土層包含①-1、①-2、②-1b2-3、②-1d3-4、②-2b4、②-2d3-4。其中在工程場地內部的地下水分布情況為：孔隙潛水部分主要分布在①層和②-2b4層，而僅3-5年的最高地下水位埋深大約在0.5m，微承壓水主要在②-2b41-2和②-5d1層的粉細砂中，水體排泄的方式主要是以側向滲流為主。結合道路標準規范的相關要求，水文地址資料所標注該工程微承壓水位埋深2-3m，標高為+4m-+5m之間。其具體的地層情況如表1所示。

2.2基坑降水止水設計

在本工程的通道基坑中，1#、2#位置采取SMW、 850@600mm的工法樁作為主要的支護樁，并且其兼具止水帷幕的作用，整體樁體長度為6-21m，坑內采取該型號的三軸泥攪拌樁為主要的加固部件，整體樁體長度為3m，另外設計端封墻措施，采取該型號的三軸深攪樁，樁體長度為6m。

3#通道的圍護采取 1000@1200mm的鉆孔灌注樁體加上SMW、 850@600mm的工法樁進行支護設計，在坑體內部采取三軸水泥土攪拌樁滿堂地基加固形式，在鉆孔的樁體外部采取三軸水泥土攪拌樁進行止水作業。同時下井管采用鉆機的卷揚裝置，采用井托法逐節吊放，井管的連接采取竹片，利用8號鉛絲綁緊，綁扎間距為1m。需要保障井管的順直，在井孔內部居中。濾料需要從管井的周圍均勻填入，避免將井管擠扁。利用鋼絲網將井管包好，包扎至-2.0m為宜。

2.3基坑開挖過程中的降水設計

本工程在1#、2#通道設置降水井和回灌井，在3#通道處設置接收井和降水將，并且井深均為原來地面到基底以下6m。同時為了滿足施工工期要求，需要先采用規格為20-80T揚程的30m深井潛水泵，其布置方式需要結合現場實際地下水位進行調整。隨后結合降水井的設計要求，擬選擇YQ型潛水泵，流量為60-80t/h，揚程高于30m，降水泵功率前4個月采取5.0kW型號，在后8個月采取3.5kW型號。如果在施工期間遇到降水，則需要24小時值班作業，分布情況為每天3臺班或者每天6人。

2.4富水砂土層和隔水層降止水有效措施分析

（1）1#通道墊層管涌降水措施。在基坑的北側設置3口30m深度的降水井，并以涌砂和涌水點進行中心布置，將降水井下降到地面②-4d1-2層中11m。其中降水井孔徑為1m，管徑為60cm。隨后將3口降水井一同啟動，將地下水位降到基坑下部的1m左右位置。

（2）2#通道涌砂涌水止水措施。沿著2#通道的12m長度SMW工法樁內側向東1m位置，南北橫向打出一排拉森鋼板樁，并且其與工法樁體的間隙位置各施打3根高壓旋噴樁，進行搭接位置的要和，將通道進行閉水封閉設置。當2#通道的基坑被再次開挖后，可以有效的控制涌砂涌水問題，并注意開挖期間需要利用注漿方式來對其輕微的漏點進行封堵，避免高壓旋噴樁出現事故和問題。

2.5富水卵石層支護技術分析

基于本工程實際需求，選擇土體加固法作為其支護技術進行施工圍護，保障施工安全。首先在地下工程建設過程中需要對基坑進行加固，尤其是在富水卵石層基坑開挖作業中，如果缺失相應的加固措施，施工過程中基坑外部地下水會向基坑內部滲透，并在基坑底部形成降水漏斗，尤其是在坑角位置相關表現更為明顯。在此情況下，基坑坑壁穩定性會大幅下降，同時也會引發基坑周邊區域出現地基沉降問題[4]。因此，通常情況下施工團隊在實際作業過程中需要采用注漿工藝對土體進行加固，通過將以水泥基為主體的漿液材料注入施工區域地層中，利用漿液凝固硬化形成的加固層及止水層形成支護效果。

在相關試驗結果分析中指出，加固后基坑坑壁土體滲透系數會隨著注漿孔距的增加而增加，加固效果也會隨之下降，根據實際研究發現，采用單液漿與雙液漿進行加固同樣受此效果影響。同時，在試驗研究過程中還對注漿作業過程中的各種參數對最終加固效果的影響進行研究，并得出結論，超細水泥漿與砂卵石層的結合性較好，可以有效提升夾力注漿效果，同時注漿半徑也得到有效提升[5]。當前階段，應用最為廣泛的基坑支護方式為注漿加固，并衍生出wss工藝、tss管注漿工藝等多種工藝種類，并通過對相關數據進行科學計算分析，對注漿壓力、半徑等方面進行深入研究，并得出支護技術實際效果受工藝影響。

3結語

綜上所述，在富水卵石層進行基坑開挖作業過程中，受富水卵石層結構松散、滲透性較強、粘聚力較低等特殊的物理特性影響，如果在是實際施工過程中未能做好相應支護措施，會大幅降低基坑施工安全性。通過對當前常見的支護措施可以得出以下結論：第一，土體加固及設置止水帷幔法是當前比較常見的支護輔助措施，多數富水砂卵石深基坑施工作業主要采用上述兩種技術實現止水、加固目的，提升施工安全性;第二，考慮到施工區域的差異性，難以形成統一的標準，因此施工單位在實際開始作業之前需要針對實際情況進行數值模擬計算于分析，由于數值具有針對性，因此施工單位在實際采用土體加固的注漿工藝過程中尚需要進行探索;第三，當前階段，我國在富水砂卵石層基坑支護技術及相關施工工藝尚存在較大優化空間，從實際發展情況分析施工單位在施工前期進行數值模擬計算時所取數據往往與實際情況存在一定差異性，因此施工單位應注意模擬計算中存在的誤差。

參考文獻：

[1]何蕃民、彭濤、鄧安、李耀家、楊華斌、楊連枝.臨河富水砂卵石層深基坑降水方案分析[J].科學技術與工程，2020，537（32）：307-314.

[2]戴志仁，王俊，李小強，等.富水砂卵石地層礦山法隧道若干關鍵技術研究[J].鐵道建筑技術，2019，319（12）：97-103.

[3]趙風樓.富水砂卵石地層地鐵暗挖施工地下水防治技術[J].天津建設科技，2019，029（002）：27-31.

[4]戴志仁，任建，王俊，等.砂卵石地層礦山法隧道近距離穿越既有線關鍵技術研究[J].北京交通大學學報，2019，43（04）.

[5]潘世強，鄧俊.富水砂卵石層深基坑近接建筑物安全施工控制技術研究[J].公路工程，2018，43（3）：173-178.

[6]龐建勇，姚韋靖.松散富水砂卵石層注漿模擬試驗及其工程應用[J].地下空間與工程學報，2019，15（4）：1156-1163.

作者簡介：賀誠（1990-），男，甘肅定西人，漢族，工程師，本科學歷，土木工程專業，主要從事結構專業設計工作。