超厚高透水性砂層城市深基坑施工技術研究

畢大博

建設綜合勘察研究設計院有限公司 北京 100000

引言

城市基坑工程建設具有較大的難度，深基坑位置大多處于比較復雜的環境中，周圍有大量的建筑或市政設施，所以在基坑開挖過程中應重視周邊建筑物或各項基礎設施的安全。尤其是在超厚高透水性砂層地質施工中，應做好相應的防護措施，避免引發不必要的安全事故。基于此，在具體施工過程中科學應用深基坑施工技術就顯得十分重要，不僅可以為施工安全提供保障，而且還可以有效促進施工進程的加快，節省施工成本，所以應不斷加強對超厚高透水性砂層城市深基坑施工技術的研究[1]。

1 工程概況

本項目是某城市地下商業街修建工程，總長度為587.54m，寬度為24.00m，凈高為4.6m。此工程全部是地下建筑物，經研究決定采用明挖方式進行建設。基坑開挖面積約為26300m2，基礎埋置最深位置是﹣6.54m，周邊建筑物數量較多，建筑物離基坑開挖位置最近為7m，而且地下鋪設著大量的排水、燃氣和通信管道。水文質地情況也比較復雜，通過現場勘測發現地下70m深處分布著承壓水，承壓水的正水頭高度是4.0～9.0m。上部地下水類型為空隙潛水，含水層厚度為19m，地下40～70m的位置分布著多層細砂隔水層，上部潛水和下部承壓水沒有水力聯系。此種地質環境為施工作業帶來較大阻礙，較厚的砂層讓止水帷幕的施工作業難度增大，施工場地面積較小，維護結構施工困難，而且工程處于城市中心繁華地段，對基坑變形提出較高要求。

2 無止水帷幕的深基坑降水施工技術

2.1 確定施工方案

通常情況下，在基坑開挖過程中為了避免受到地下水的影響，需要將止水帷幕設置在基坑周邊。由于此區域具有較厚的砂層，而且還含有夾層，使得止水帷幕設置工作難度加大，對止水帷幕的施工質量也帶來影響，存在著工期延誤的風險。因此，經研究決定使用無止水帷幕的深基坑降水施工技術，在施工之前制定了完善的施工方案，將工程安全作為重點關注內容，在此基礎上開展施工作業。

2.2 布置降水井

以地下水分布情況和基坑形狀為依據，確定了降水井的數量和具體分布情況，本項目利用井點群井降水方式，對降水井的深度進行了合理調整，并根據地下水的流向確定了基坑長軸方向，使二者方向保持一致，此種設計可以在一定程度上縮短施工周期。把降水井布設在支護樁中心線向外1.6m等間距位置，由于基坑的長寬比具有較大差異，整個基坑接近于長方形，這樣容易使降水封閉基坑形成[2]。為了方便降水井施工鉆機的安放，在支護樁中心線向外1.6m的位置設置降水井，降水井深度為16～17m，全部降水井數量為137個。以施工現場條件為依據，確定注水井布置數量和觀測井數量，并確保觀測井和注水井交叉布置，在基坑內部設置了集水井，起到輔助排水的作用。

3 深基坑開挖和抗浮施工技術

3.1 基坑支護形式

根據觀測到的降水數據信息分析，基坑開挖施工作業在地下水位降到基坑底部以下一米范圍時開始進行，由于受到場地環境和條件的制約，采用支護樁和預應力錨桿相結合的復合支護形式，支護樁采用長螺旋鉆孔灌注樁后置鋼筋籠的施工技術，為了提升施工質量，在實際施工過程中采用了下面幾種技術控制措施：第一，為了避免出現混凝土堵管的情況，選用的是具有較好和易性的混凝土，坍塌度18～22cm，粗骨料直徑在0.4～1.3cm之間，外加劑應根據實際運輸距離酌情添加。泵送混凝土工作需要保持連續性，中間不可斷開。當鉆機需要移動位置時，混凝土料斗內的混凝土攪拌工作應繼續進行，為了防止空氣進入而導致堵管現象發生，應確保料斗內混凝土的高度不可低于400mm。第二，嚴格控制樁頂標高，結合分析地質報告中的土層深埋情況，將每根樁需要用的混凝土數量計算出來，還應保證混凝土充盈系數大于1，在樁身做好標記，嚴格控制樁頂標高。為了避免孔內有土體進入，應及時清除孔口部位的積土。第三，制作并安裝鋼筋籠，應嚴格控制鋼筋籠材料的質量，確保能夠滿足相應的設計要求，驗收工作也要嚴格遵循國家工程質量標準要求。驗收合格之后，將導管放進鋼筋籠內，讓導管、鋼筋籠和振動錘三者之間相互連接，然后在使用起重機將振動錘和鋼筋籠吊起，讓鋼筋籠保持垂直，慢慢下放到剛成樁的樁位，隨后啟動振動錘將鋼筋籠打入地下，直至達到設計標高為止，需要注意的是在導管提升的過程中不能讓振動錘停止[3]。為了降低鋼筋籠的變形程度，在實際吊運過程中需要在起吊點增設起吊桿，這樣可以讓起吊點的受力面積增大，在起吊過程中還要關注鋼筋籠的垂直度，隨時進行調整。

圖1 深坑基坑現場支護

3.2 深基坑開挖

需要在基坑圍護結構設計指導下開展基坑開挖作業，施工過程應嚴格遵循工況發生的先后順序，基坑開挖采用的是分層、分段方式，具體開挖順序如下：第一層土體同時進行四個施工區段開挖作業，然后同時開挖第一施工區段和第二施工區段的第二層土體，再開挖第一施工區段的第三層土體。當第三層土體施工結束后，接著進行第二施工區段的第三層土體開挖，最后同時進行第三施工區段和第四施工區段的第二層和第三層土體的開挖作業。

3.3 深基坑抗浮施工技術

在基坑施工過程中，配重抗浮、抗拔錨桿和抗拔樁是三種比較常用的抗浮措施。通常情況下，斷樁和縮頸等質量問題多存在于抗拔樁施工過程中，而且抗拔樁方法的施工成本比其他兩種方法高。在抗拔錨桿設計過程中有可能會出現結構自重無法得到充分應用的情況，使得成本增加，并且容易發生安全事故。配重抗浮與上述兩種方法相比來說，具有十分明顯的應用優勢，能夠很好地避免上述問題，施工成本較低，而且具有較高的安全性。因此，通過對比本工程最終決定選用配重抗浮施工技術。

因為本工程施工周期較短，為了節省施工時間，在人防工程進入結構底板施工階段時，施工人員總結以往施工經驗，經過研究討論最后決定在底板下部設置結構抗浮配重體，如此一來不僅節省了施工需要的時間，而且還提升了施工過程中的安全性。抗浮配重體的設計工作是根據施工現場的實際情況進行，詳情如下：①配重體的軸線位置和混凝土的強度等級保持不變，將配重體由頂板上部垂直移動到底板下部。②利用連接插筋的方法將配重體和結構底板連接起來。③利用雙向布設配筋方法開展配重體的水平分布工作。④將加強筋設置在結構的高低差位置。在結構抗浮配重體施工完成后，通過監測分析得知，將抗浮配重體移到底板下部的措施取得了不錯的效果，說明這種施工方案是行之有效的。

4 監測和分析

4.1 降水監測和分析

在無止水帷幕的情況下開展基坑開挖工作，可能會發生地下水滲流的問題，導致基坑周邊土體出現固結沉降現象，對正常施工過程造成嚴重影響，基坑施工和原有建筑設施的安全性得不到保證。所以，在基坑降水過程中，需要做好地下水位的監測工作，并將監測到的數據信息記錄下來。通過對監測數據信息進行分析可以發現，雖然存在著水位差較大的情況，但應用了回灌施工技術之后，能夠讓地下水位的變化波動明顯降低，從而為基坑降水施工安全提供了保障。

4.2 沉降監測和分析

因為在基坑周邊有大量的建筑物和管道分布，所以在基坑開挖過程中應做好基坑周邊沉降現象的監測工作，一旦發現有沉降跡象，就要及時采取相對應的措施進行加固，避免基坑開挖導致周邊建筑物發生沉降現象帶來嚴重的損失。通過分析得知，在基坑開挖過程中基坑周邊沉降量較小，最大沉降量僅為2mm，由此判斷基坑開挖不會影響到周邊建筑或設施的安全。

5 結束語

綜上所述，在實際深基坑開挖過程中，應將施工安全作為重點關注內容，同時還要考慮工程的經濟效益和施工進度要求，應結合施工現場實際情況選擇合適的超厚高透水性砂層城市深基坑施工技術。