富水粉砂地層異形深基坑施工安全控制技術研究

孟 振 韓 磊

1深圳市羅湖區建設工程監管和住房保障中心 廣東 深圳 518000 2中國建筑第八工程局有限公司 上海 200122

我國國土面積遼闊，地形地質多種多樣，其中，富水粉砂地層砂粒含量達30%以上，其具有含水量大，孔隙比大，承載力小，流動性大，自穩性差等特點，在這種地質環境下施工，存在較大的施工安全風險隱患，任何一個環節的失誤都有可能導致施工失敗，甚至造成重大事故。富水粉砂地層施工安全控制，是地下工程施工安全控制的重點。深基坑圍護是常用的加固和保護措施，具有技術要求高和操作復雜的特點，其能保證地下結構施工和基坑周圍環境安全，提高地基的穩定性，減少不良地質對地基的影響。富水粉砂地層條件比較復雜，地質會受到水文、施工等各種因素的影響，而異形深基坑工程的涉及范圍比較廣泛，容易造成深基坑周圍地基變形等，因此，必須要加強施工安全控制，保證深基坑工程的質量和效益。

1 異形深基坑支護體系的選型

異形深基坑通常規模不大、深度較深，富水粉砂地層深基坑支護體系的選型需要嚴格遵循如下原則，即結構剛度大、變形小，具有良好的連續性和止水性，施工設備當地易找到、支護樁能自由組合。支撐圈梁、支撐梁、頂撐梁等通常選擇鋼筋混凝土或型鋼、鋼管等材料，可有效保證支護保證體系的安全性和可靠性。支護樁通常選擇柱列式灌注樁、排樁加水泥旋噴樁止水支護等。用于支撐的圈梁可選擇鋼筋混凝土、鋼管、工字鋼等支撐系統，如果是應用鋼管支撐，鋼管的長細比要小、相關構件要粗壯。如果是非圓形平面結構的支護體系，還需要在其轉角處放置八字撐來進行輔助支撐[1]。

2 工程概況

某城市地鐵兩站區間，基坑需要開挖的深度是15.76m～17.5m。地下一層放坡開挖寬70m～90m，開挖深度8.4m；地下二層基坑地下車庫段寬30.95m，剩余段寬 11.9m～24.1m，基坑開挖深度是8.0m～11.5m。深基坑開挖方法采取的是明挖法。在基坑開挖深度范圍內，通過分析，發現地質構成主要是砂質粉土、雜填土、砂質粉土夾粉砂等，整體土質結構比較松散。施工長度周邊有寬約 8.5m、深約1.1m的河道，河岸處的土質主要為粉（砂）土，具有良好的透水性，同時，地下水水位埋深較淺，水位變化經勘測，幅度較大，且地表水與地下水在水力方面聯系緊密[2]。

3 異形深基坑施工安全控制技術

3.1 基坑監測

基坑工程監測是對異形深基坑工程設計方案正確性進行檢驗的重要手段，也是確保基坑施工成敗的關鍵，加強基坑監測才能為正確施工提供保障，避免發生施工安全事故。從大量的基坑工程安全事故中可知，很多事故的發生都與監測不準確或不力有直接關系。案例工程在支護樁頂設置了對稱的四個水平位移觀測點、四個水位觀測孔。基坑監測點布設2d后，由專業人員負責讀測原始值，每日不少于2次。在深基坑開挖后，讀測頻率變為1d一次，基坑開挖完成進行結構施工后，變為每3d一次。

3.2 降水井施工及布置

異形深基坑開挖前20d，施工單位要應用基坑內的井點進行預降水，然后再進行排水。井深為H+5m，此處H表示開挖的井點的深度，井點需要降到基坑底板下3m深處。實施預降水后，要對水位進行觀測，當比原地下水位降低0.5m后，需要再進行補水。基坑開挖過程中，當達到基坑設計標高后，就每隔400m2在井點管位置設置一個底板泄水孔，并將井點管拆除。降水井的底部一般應有1.0m左右碎石或碎石砂礫填料，完成基坑頂板覆土及內部鋪砌施工之后，再對底板泄水孔進行封孔[3]。

在降水施工設計方面，當完成圍護結構施工，同時，連續墻混凝土的強度也能滿足設計標準，就進行基坑降水，管井采用井深H+5m、直徑700mm的管井及273鋼管。沿著基坑中線兩側、地下連續墻兩側線型設置管井，避開底梁及支撐位置，管井之間的距離應達到16m。在案例工程中，疏干井設置506口，井深在9m～16m之間。進行降水作業前，需要對靜態水位進行測量，抽水設備、電纜和排水管道等也要設置好。降水深度控制在作業面以下0.5m～1m為宜，在施工中要密切觀察水位變化和周圍地面沉降情況，合理控制降水強度和深度，避免發生過度降水的情況。如果有必要，可采用補水回灌技術來對土壤固結度和地面沉降量進行改善[4]。

在施工過程中要密切觀察支護壁漏水情況，及時針對性的措施進行止水堵漏補強。先進行試運行，對降水效果進行驗證，并對排水系統的暢通性進行檢查。抽出的水要排放到市政管網中，這樣可以放置抽水出現就地回滲的情況。排水主要是將地表和坑內集水排掉，除了攔截地表水外，還要注意周圍地下管網截流和改道的情況。與地表水相比，地下水對異形深基坑工程施工的危險更大，因此在制定止水方案時，需要綜合考量深基坑工程的防水、降水和排水問題，結合地質勘察結果對地下水的成因進行深入分析，將排、降、堵有機結合起來，以提高排水的效果。

3.3 三軸攪拌樁施工

設置止水帷幕樁時，應當沿基坑放坡坡頂一周進行設置，采用套接一孔的方式。止水帷幕樁直徑0.85m，咬合0.25m，間距0.6m，加固深度25m。開始對地下連續墻進行施工前，需要沿著地下連續墻的墻體兩側設置三軸攪拌樁，如果實在加固區域，需要沿著基坑周邊進行設置。如果深基坑坑底局部存在淤泥，需要進行相應的坑底加固施工，采用裙邊(4m)+抽條(4m+4m）的形式進行加固，加固深度應達到坑底3m處。回摻應控制在坑底至6.0標高范圍內。對于坑底～冠梁頂區域，可摻量10%水泥對其開展弱加固。

3.4 地下連續墻施工

地下連續墻是異形深基坑圍護結構，在案例工程中，依據基坑形狀布置286幅。地下連續墻的成槽深度在25m～45m左右，標準段長度為1506m，標準幅寬6m，在這其中，墻厚為800mm，空鉆為5m。檢測地下水位時，為了能全面掌握施工場地及周邊的地質水文狀況，需要在施工前加密地質水文鉆探點，這樣可以較為準確地對地層剖面和含水層的地下水位、巖性、埋深等情況進行掌握；測定含水層的水質，需要采集巖土樣品和水樣，同時還要對巖土含水層的水物理性質進行測定。富水性和水文地質參數，需要通過水文地質試驗來獲取。對地下水動態的監測，可利用鉆孔進行。

槽段開挖分為標準槽段開挖和異形幅槽段開挖兩種，在標準槽段開挖中，要結合開槽機的開口寬度和開槽段面長度進行施工，以確保成槽機切土時兩側條件保持平衡，用超聲波測壁儀控制開槽的垂直度，使槽壁達到垂直的要求。在案例工程中，標準槽段長度設計為6m，施工方法選擇跳槽法進行開挖。施工作業時，按施工順序及各槽段上的油漆標記進行抓土，為了避免發生坍塌，還要及時補充泥漿，泥漿液位需要高于地下水位＞1.0m。利用開槽機糾偏裝置控制好垂直度。對于異形幅槽段，案例工程中地下連續墻的異形幅有2種，形狀全部是“L”形。如果有槽段超挖的部分，應在鋼筋籠下放完后，對超挖部分填充土袋和接頭箱，起到加固作用。成槽后還要對槽位、槽寬、槽深及垂直度等進行檢查，確保成槽質量達到預期目標。如果檢查合格，則可進行清底。墻體施工完成后，使用開槽機從一端抓到另一端清理孔底，一直清理到設計標高。在此基礎上，再使用超聲波壁厚儀對成槽的垂直度進行檢測，使用量具、量錘對槽位深度、精度長度進行檢測，最后依據檢測結果進行修正。開槽深度為20m時，檢測一次垂直度，槽深達到設計高度后復測一次。依據檢測得到的波形曲線，來確定下一步是降下鋼筋籠或修補槽段。

在接頭防水處理方面，案例工程地下連續墻選擇400mm×646mm工型止水鋼板來進行防水。鋼筋籠主筋與止水鋼板采用焊接方式進行固定，同時止水鋼板還將作為端頭封堵板。進行墻趾注漿時，每幅地下連續墻設置2根注漿管，將其插入墻底0.8m處，設定的注漿范圍是墻底下1.5m。在施工前需要通過試驗明確注漿壓力，合理控制壓力將有助于降低墻體的豎向沉降發生幾率。注漿過程中，要密切監測墻頂隆起情況，墻頂隆起不能大于1cm。注漿后3～5d，墻體混凝土初凝，之后再通過注入少量清水來對管路進行疏通，當17～20d左右，墻體混凝土強度達到70%后，再次開始注漿作業。

4 結束語

綜上所述，富水粉砂地層異形深基坑施工存在較大的安全問題，受不良地質的影響，施工也較為復雜，為更好地保證施工安全及工程質量、效益，在實際施工中，要結合工程實際，選擇有效的施工安全控制技術，提高施工的安全性和可靠性，促進施工順利進行，以縮短工期，降低工程投資。