富水淤泥地層基坑開(kāi)挖周邊房屋沉降控制施工技術(shù)

崔建東，李昌君

（北京城建軌道交通建設(shè)工程有限公司，北京 100027）

1 引言

在城市水網(wǎng)發(fā)達(dá)地區(qū)如何降低基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建構(gòu)筑物的影響？本文以某車(chē)站深基坑工程為例介紹了深基坑開(kāi)挖過(guò)程中采取的幾種施工技術(shù)，有效地解決了在城市水網(wǎng)發(fā)達(dá)地區(qū)，富水軟土地層條件下基坑開(kāi)挖引起的周邊建（構(gòu)）筑物沉降的問(wèn)題，為類(lèi)似工程施工提供借鑒[1]。

2 工程概況

本站為某號(hào)線工程新建段第11 座車(chē)站。車(chē)站位于布匹市場(chǎng)內(nèi)，周邊房屋均為布匹存儲(chǔ)庫(kù)房，大致呈東西走向。車(chē)站為地下3 層雙島站臺(tái)車(chē)站，全長(zhǎng)271.7 m，標(biāo)準(zhǔn)段無(wú)柱段寬21.7 m，車(chē)站基坑開(kāi)挖深度為24.4～27.5 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻（800 mm/1 000 mm），基坑內(nèi)支撐采用混凝土支撐+鋼支撐支護(hù)體系，整體為2 道混凝土支撐+2 道鋼支撐（擴(kuò)大段及斜撐為混凝土撐）。

3 工程地質(zhì)、水文條件及周邊房屋概況

工程所在地的地層分布情況：＜1-1＞雜填土、＜2-1A＞淤泥、＜3-2＞中粗砂、＜5N-1＞粉質(zhì)黏土、＜6＞全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、＜7-2＞強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、＜7-3＞強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、＜8-3＞中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

由于車(chē)站位于廣州市重點(diǎn)地區(qū)輕工業(yè)區(qū)內(nèi)，車(chē)站周邊存在大量工業(yè)廠房，車(chē)站施工用地同樣為房屋拆遷后提供的建設(shè)用地。車(chē)站施工影響周邊范圍內(nèi)房屋一共17 棟，詳見(jiàn)圖1。房屋功能均為布匹庫(kù)房，堆載較重；房屋基礎(chǔ)形式大部分為天然條形基礎(chǔ)。

圖1 車(chē)站周邊房屋平面圖

周邊房屋均為20 世紀(jì)90 年代初期村民自建房，后期部分加高或者改造作為布匹庫(kù)房使用，其中以3 號(hào)房屋為代表重點(diǎn)介紹房屋基本情況。3 號(hào)房屋為一層布匹庫(kù)房，混合結(jié)構(gòu)建筑，頂部為輕鋼桁架+彩鋼，設(shè)方鋼立柱，立柱下設(shè)置1 m×1 m×0.5 m 獨(dú)立基礎(chǔ)，預(yù)埋M20 錨栓與立柱固定，外包砌體結(jié)構(gòu)圍墻，圍墻基礎(chǔ)為200 mm×500 mm 鋼筋混凝土圈梁。作倉(cāng)庫(kù)使用，施工開(kāi)挖基坑位于該房屋的北側(cè)，距離該房屋26 m。

4 房屋沉降原因分析

4.1 房屋沉降過(guò)程

2020 年5 月底，基坑開(kāi)挖至強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖地層，基底開(kāi)始出現(xiàn)大量涌水，判斷為基巖裂隙水，為確保施工可以繼續(xù)進(jìn)行，對(duì)基底的基巖裂隙水開(kāi)始抽排，抽排量約650～700 m3/d。截至2020 年6 月8 日，2 號(hào)、3 號(hào)、17 號(hào)房屋累計(jì)沉降較大，其中2 號(hào)房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)JGC2-4 累計(jì)值為-45.95 mm，累計(jì)為黃色預(yù)警；3 號(hào)房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)JGC3-1 累計(jì)值達(dá)-43.05 mm，累計(jì)為橙色預(yù)警，JGC3-3 累計(jì)直達(dá)-71.34 mm，累計(jì)為2 級(jí)紅色預(yù)警，JGC3-4 累計(jì)值為-64.56 mm，累計(jì)為2 級(jí)紅色預(yù)警，累計(jì)為3 級(jí)紅色預(yù)警；17 號(hào)房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)JGC17-3 累計(jì)為-50.26 mm，累計(jì)為黃色預(yù)警。從建筑物沉降曲線圖可看出房屋在2020 年5 月18 日到5 月28 日期間較為穩(wěn)定，在5 月29 日沉降速率增大，5 月29 日至6 月8 日均勻沉降。

4.2 沉降原因分析

車(chē)站周邊房屋基礎(chǔ)形式大部分為條形基礎(chǔ)，房屋下部淤泥層及中粗砂層較厚，達(dá)到9 m 左右。基坑開(kāi)挖至強(qiáng)風(fēng)化層后，基巖裂隙水發(fā)育，基坑內(nèi)抽排水使基巖裂隙水壓力損失，周邊房屋下部砂層內(nèi)潛水快速補(bǔ)給至巖層，導(dǎo)致淤泥層、砂層失水固結(jié)沉降。淤泥層、中粗砂層為松散-稍密程度[2]，有一定的壓縮空間。故房屋下部的軟土地層淤泥層和砂層失水固結(jié)沉降引起房屋下沉。

5 控制房屋沉降的方法

5.1 控制基坑變形

5.1.1 減少每次開(kāi)挖長(zhǎng)度和增加支撐的剛度

鋼支撐段開(kāi)挖長(zhǎng)度不得超過(guò)12 m（2 根圍檁長(zhǎng)度），混凝土支撐開(kāi)挖長(zhǎng)度不得超過(guò)18 m（2 根支撐），并間隔9 m 架設(shè)1根臨時(shí)支撐（采用同等鋼支撐）。臨時(shí)支撐無(wú)須施做圍檁，直接用三角托架支托鋼支撐作用于地連墻墻面上，即最大限度地縮短開(kāi)挖面暴露時(shí)間。開(kāi)挖范圍內(nèi)混凝土支撐及腰梁需在開(kāi)挖結(jié)束后3 d 內(nèi)完成澆筑，混凝土支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值70%以上時(shí)拆除臨時(shí)支撐。

5.1.2 及時(shí)抽排開(kāi)挖面積水，避免泡槽

這一點(diǎn)在軟土基坑施工時(shí)尤為重要，軟土或者泥巖地層，遇水后迅速軟化、崩解，被動(dòng)土壓力迅速降低，對(duì)地下連續(xù)墻反作用力減小，引起基坑變形。故下雨后或者基坑內(nèi)出水時(shí)需立即組織抽排。

5.2 減少抽排基巖裂隙水

基坑封閉后開(kāi)挖之前為便于基坑內(nèi)軟土地層順利開(kāi)挖應(yīng)設(shè)置疏干井，及時(shí)疏干淤泥層和砂層內(nèi)的第四系孔隙水。疏干井設(shè)置深度應(yīng)超過(guò)基底以下至少1 m，由于上文已分析抽排基巖裂隙水會(huì)引起基坑外部地層失水引起房屋下部軟土地層固結(jié)沉降，故疏干井抽水時(shí)要嚴(yán)格控制抽水深度，上部軟土地層開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)禁抽排下部巖層的基巖裂隙水，只需抽排至開(kāi)挖面或者砂層底部，滿足土方開(kāi)挖作業(yè)面無(wú)水開(kāi)挖需求即可[3]。

由于車(chē)站內(nèi)分布大量詳勘地質(zhì)鉆孔，車(chē)站開(kāi)挖至下部巖層后，需及時(shí)封堵地質(zhì)鉆孔，防止地質(zhì)鉆孔內(nèi)返水，封堵地質(zhì)鉆孔采用向孔內(nèi)注入水泥-水玻璃雙液漿或者化學(xué)漿，注漿深度為基底以下1 m。

基坑土方開(kāi)挖完成后，需在基底設(shè)置盲溝和集水井，明排或引流抽排基底基巖裂隙水，以滿足基底防水和主體結(jié)構(gòu)正常施工需求。待主體結(jié)構(gòu)底板完成后，需立即提高集水井內(nèi)水泵高度，控制基巖裂隙水的水頭高度，以控制水位低于底板，達(dá)到滿足作業(yè)面施工的條件，其目的是減少抽排基巖裂隙水。

5.3 對(duì)周邊軟土地層進(jìn)行回灌

5.3.1 回灌井位置及數(shù)量確定

在房屋與基坑中間設(shè)置回灌井，以減少基坑內(nèi)抽排基巖裂隙水造成周邊地層失水引起固結(jié)沉降對(duì)房屋變形的影響。回灌井?dāng)?shù)量共計(jì)10 口，分別于3 號(hào)房屋西側(cè)設(shè)置4 口，14 號(hào)房屋南側(cè)設(shè)置2 口，17 號(hào)房屋南側(cè)設(shè)置1 口，18 號(hào)房屋南側(cè)設(shè)置1 口，21 號(hào)房屋南側(cè)設(shè)置2 口。

5.3.2 回灌井設(shè)計(jì)

回灌井采用正循環(huán)鉆機(jī)打設(shè)，鉆孔直徑600 mm，打設(shè)深度13～15 m，以進(jìn)入隔水層1 m 為終孔原則，主要針對(duì)房屋下部的軟土地層（砂層和淤泥層）進(jìn)行回灌，力求達(dá)到基巖裂隙水抽排量與回灌量的匹配。井管采用φ273 mm 鋼花管，頂部及底部鋼板焊接封口，頂部預(yù)留入水口與回灌水系統(tǒng)連接，并安裝壓力表，壓力表量程0.1 MPa。

采用專(zhuān)用接頭將回灌井口封堵并將接頭與主管連接，設(shè)置1 根主管，主管采用A150 mm PVC 管，并采用JL-200 增壓變頻離心清水泵作為動(dòng)力泵輸送回灌水源，主管設(shè)置壓力表。支管采用A50 mm PVC 管直接與回灌井井口連接，直管設(shè)置水表，記錄回灌量。

5.3.3 回灌操作

1）回灌前，通過(guò)水位觀測(cè)孔進(jìn)行水位觀測(cè)，記錄下原始水位后開(kāi)始注水，當(dāng)水位變化基本穩(wěn)定后，可改為每天觀測(cè)1次。在觀測(cè)水位的同時(shí)對(duì)回灌井的注水壓力和注水流量做好記錄。根據(jù)觀測(cè)水位變化及時(shí)調(diào)整注水量，以保持水位相對(duì)穩(wěn)定。通長(zhǎng)水泵出水口工作壓力擬定為0.1～0.5 MPa，具體壓力值可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回灌效果而定。

2）當(dāng)穩(wěn)定水位監(jiān)測(cè)高于本場(chǎng)地原始數(shù)據(jù)后可停止回灌，回灌停止后水位下降較大并低于原始水位后即可啟動(dòng)回灌井。

3）先期采用小壓力回灌，當(dāng)潛水水位無(wú)法滿足目標(biāo)要求時(shí)，或回灌量難以增加時(shí)可適當(dāng)加壓回灌，回灌壓力不能過(guò)大，以免影響回灌井周邊地層結(jié)構(gòu)。

4）回灌水源：回灌水源主要以基坑內(nèi)疏干井抽取的地下水作為回灌水，也可采用自來(lái)水作為回灌水。

6 施工效果

6.1 基坑變形效果分析

在同時(shí)采取多種措施后，順利完成基坑開(kāi)挖見(jiàn)底、主體結(jié)構(gòu)封頂施工，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明基坑地下連續(xù)墻墻體位移最大量為向基坑內(nèi)方向位移37.92 mm，滿足設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)計(jì)算報(bào)警值為±50 mm）；支撐軸力最大值為8 129 kN，滿足設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)計(jì)算報(bào)警值為16 000 kN）；包括地表沉降、墻頂位移、分層土體位移等監(jiān)測(cè)指標(biāo)變量均在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。通過(guò)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，軟土地層基坑開(kāi)挖時(shí)采取上述控制措施，達(dá)到良好效果。

6.2 房屋沉降控制效果分析

基坑自身變形均在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)，故房屋沉降與基坑變形無(wú)關(guān)。在采取控制基坑內(nèi)抽排水和基坑外回灌措施后，房屋沉降速率趨于平穩(wěn)，基坑周邊水位上升并趨于平穩(wěn)，水位波動(dòng)在±100 cm 范圍之內(nèi)。房屋沉降累計(jì)傾斜率均小于設(shè)計(jì)預(yù)警值2‰，房屋外觀無(wú)開(kāi)裂、破損，整體安全可控。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取控制基坑自身變形、控制抽排基巖裂隙水以及對(duì)基坑周邊上部砂層進(jìn)行回灌等施工技術(shù)，穩(wěn)定了軟土地層的部分失水固結(jié)沉降，成功解決了在城市重點(diǎn)地區(qū)富水軟土地層條件下基坑開(kāi)挖引起周邊建構(gòu)筑物沉降的問(wèn)題，為類(lèi)似工程施工提供了借鑒。同時(shí)，該方法減少了在城市水網(wǎng)發(fā)達(dá)地區(qū)拆遷占地或臨時(shí)搬遷的工作量，節(jié)約成本，縮短工期，為城市重點(diǎn)地區(qū)明挖基坑施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。