富水地層基坑懸臂式樁板墻砂石反濾防滲漏施工技術

尹華松 王志強

中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司 山西 太原 030006

基坑工程是一門集巖土、結構、水文地質等于一體，綜合性、實踐性很強的學科，涉及土體的強度、變形、滲流、結構穩定、時空效應等問題[1-4]。近年來，因為地下水引發的基坑工程事故不斷發生，防滲體破壞、降雨補給等原因造成滲流場的突變，導致基坑土體及其支護體系產生較大的變形甚至突然垮塌的工程事故頻發[5-7]。資料表明：滲流作用是引起基坑工程失穩的重要原因之一。對國內多項基坑工程進行了分析，發現在引起基坑事故的眾多因素中，由于地下水處理不當引發的事故約占22%，甚至更高，可見地下水是引起基坑破壞的重要因素之一[8-11]。

本文以東南沿海某地鐵停車場富水地層基坑工程為依托，針對富水地層深基坑滲漏問題，對傳統施工技術進行創新，提出了懸臂式樁板墻砂石反濾防滲漏成套施工技術。

1 工程概況

1.1 工程簡介

東南沿海某地鐵停車場位于兩地鐵站之間，為半地下室停車場，建筑面積55 795 m2，結構形式為框架結構，基坑最大開挖深度16 m，支護采用懸臂式樁板墻。

1.2 水文地質

場地所涉及水系主要為上埠河、小和溪與楊府溪。上埠河距離場地紅線最近90 m。楊府溪寬5.0～10.0 m，河岸為直立漿砌塊石護坡，河水流向由南向北，水深最大為1.1 m，河底淤泥厚約10 cm；小和溪河寬約6.5 m，河岸采用直立漿砌塊石護坡，河水流向由南向北，水深約0.5 m，河底淤泥厚約5 cm。2條河道水體均向北匯入上埠河。

地下水類型主要可分為松散巖類孔隙潛水和松散巖類孔隙承壓水。場地潛水主要賦存于淺部填土層、礫石土層中。潛水初見水位埋深為地面下0.50～9.70 m。潛水主要受大氣降水與地下同層側向徑流補給，以豎向蒸發及地下同層側向徑流方式排泄，并呈季節性變化，自然歷史條件下，年水位變幅為1.0～1.5 m。沿線場地承壓水主要為微承壓水，分布于下部的礫石混粉質黏土中，該微承壓水埋深較淺，隔水頂板（粉質黏土以及淤泥質粉質黏土）埋深在10 m左右，隔水層層厚約3 m，承壓水水頭埋深為3.44 m。現場地形地貌如圖1所示。

圖1 現場地形地貌

1.3 工程特點

停車場用地范圍位于山地坡腳，南高北低，場坪標標高為14.00 m，場地標高在14～30 m，基坑最大開挖深度16 m；本工程存在舊基礎和碎塊石地層，地質條件較為復雜且水系發達；工程周圍環境極為復雜，有規劃路、市政管線、既有建筑等。如何確保基坑永久安全，是本工程需要研究的課題。

2 方案選擇

結合本工程基坑特點，分別對放坡方案、樁＋錨索方案、樁板墻（砂石反濾層）方案進行了比選。由于空間受限，無放坡條件，放坡方案不可行。采用樁＋錨索方案，錨索會穿越規劃路、市政管線、既有建筑等，進入其他未知地塊，無打錨索條件。本工程基坑支護必須為永臨結合，采用錨索耐久性稍差，故樁＋錨索方案不可行。采用懸臂式樁板墻（砂石反濾防滲漏）方案具有耐久性高、造價適中等優點。因此，經過方案反復比選，決定采用樁板墻（砂石反濾防滲漏）方案。具體方案比選情況如表1所示。

表1 方案的比選

3 理論計算

為驗證方案的可行性，選取區段地質較差的鉆孔，采用有限元軟件進行了計算，主要計算結構的最大水平位移、應力極值、最大彎矩、最大彎矩所在位置等。計算結果如圖2、圖3、表2所示。

圖2 位移云圖

圖3 應力云圖

表2 結果匯總

根據分析，應力及變形等均滿足要求。但是由于本工程所在區域地表水及降雨較為豐富，需要充分考慮樁板墻結構因滲流造成基坑失穩的情況，做好樁間防排水并設置反濾層。必須在擋墻頂部設置永久排水系統，緩解水害對樁板墻結構的影響。

4 支護系統及工作原理

4.1 支護系統構造

懸臂式樁板墻（砂石反濾防滲漏）支護系統主要包括雙排灌注樁、擋土墻、樁前擋土板、砂礫石反濾層4個部分，如圖4所示。根據地質條件，嵌固原則如下：樁底進入中風化泥巖層不小于3 m，巖面較高處樁底提前進入中風化泥巖且嵌固深度不小于10 m。

圖4 支護結構構造

4.2 工作原理

樁板墻通過大樁的樁體本身的強度及剛度抵抗樁后土體的土壓力。樁板墻本身具有一定的防滲作用，考慮富水地層深基坑水壓力下的滲流造成的支護結構破壞，在擋土墻部位和擋土板部位增設防滲排水系統，達到延長滲徑、減少滲透坡降的防滲效果。同時，增設的砂礫石反濾層能減小地層的含水率變化，避免含水率變化造成的土壤黏聚力和內摩擦角變化，有效緩解水害對樁板墻結構的影響，增強其結構的整體安全穩定性。

5 施工技術控制要點

5.1 樁基施工

1）為防止碎塊石掉入孔內對樁基質量造成影響，對樁位處的雜土預先清除，同時用護筒隔開，避免碎塊石掉進孔內而影響施工。

2）淺層局部淤泥質土具有高壓縮性及蠕變性，且易頸縮，采用加長鋼護筒解決了此問題。

3）澆筑混凝土前檢查孔底地質和孔徑是否達到設計要求，并將孔底清理干凈，排干積水。同時，封底前要把鄰近孔位的積水同時抽出，以減少鄰孔的積水對工作孔的影響。

5.2 擋墻施工

1）模板分為底板、墻面板、護壁3大部分。其中，墻面板采用定型鋼模板，底板、護壁采用高強竹膠模板。為防止漏漿，模板兩側加設雙面膠條。

2）混凝土澆筑分為2次，先澆筑底板，當底板強度達到2.5 MPa后，立即澆筑墻身，以減少溫差。澆筑長度按擋土墻分段長度20 m分為一節段。墻身立壁應嚴格分層，混凝土澆筑工作連續進行，一次澆完，不得間歇。

3）當立壁和墻底板混凝土強度達到設計強度的70%以上時，方可進行袋裝砂礫石反濾層碼放，并分層回填黏性土壓實。壓實墻背填料過程中，應防止立壁內側及扶肋受撞損壞，卸料時，運輸機具和碾壓機具應離扶肋1.5 m。扶肋1.5 m范圍內宜采用人工攤鋪，配以小型壓實機具碾壓，使其密度達到設計要求。擋土墻完成情況如圖5所示。

圖5 擋土墻施工完成

5.3 樁前擋土板施工

5.3.1 鋼筋預埋

本工程樁前擋土板采用了現澆工藝，為了確保樁前擋土板的整體性，在鋼筋籠制作時預埋水平向的鋼筋，待樁間土開挖完成后，采用人工鑿除的方法破除樁面保護層，使預埋到鋼筋籠的水平鋼筋外露。具體如圖6所示。

圖6 鑿出預埋鋼筋

5.3.2 砂礫石反濾層施工

根據反濾層設計機理，順著水流的方向顆粒逐漸增大，任一層的顆粒都不允許穿過相鄰較粗一層的孔隙，同一層的顆粒也不能產生相對移動。設置反濾層后，滲透水流出時就帶不走邊坡中的土壤，從而可防止管涌和流土的發生。因此，本工程墻背最低排泄水孔至墻頂以下0.5 m高度內設厚0.5 m砂夾卵石反濾層，反濾層由厚0.15 m中礫（粒徑4～6 mm，平均粒徑4.6 mm）和小卵石（粒徑30～40 mm，平均粒徑34 mm）組成，粗粒徑填在靠墻一側。擋土墻最低排泄水孔的下部設隔水層（夯填黏土）。

為確保施工質量，搭設雙排外架人工碼放，先采用編織袋分別將不同粒徑的砂礫石反濾層包裝好，然后將細粒徑放置在內側，粗粒徑放置在外側，分層堆碼整齊，編織袋不宜裝滿，便于濾料無縫搭接，具體如圖7所示。同時，按2～3 m間距梅花形布置泄水孔，橫向樁間居中，設置φ100 mm的PVC泄水孔，外傾5%。

圖7 袋裝砂礫石反濾層

砂礫石反濾層無污染是確保起到作用的關鍵，為此設置內側模板，防止混凝土漿液滲入反濾層。

5.3.3 內側模板安裝

模板采用竹膠板，安裝時采用雙面膠帶塞縫，確保接縫良好、不漏漿。模板支設完成后掛線進行精調，確保模板支設符合要求。為確保施工質量，開發了模板工裝。

5.3.4 樁前擋土板鋼筋混凝土施工

內側模板安裝完畢后，綁扎縱橫向分布筋，支設外模板。混凝土采用罐車運輸，由吊車吊送或泵送入模板，每層混凝土澆筑高度不超過6 m。混凝土運至現場后，先對混凝土的工作性能進行檢測，滿足要求后方可進行澆筑。混凝土澆筑過程中，施工人員采用小型振搗設備進行振搗。混凝土強度等級達到2.5 MPa后方可拆除側模。完成終凝后，及時進行養護，養護期不少于7 d。為解決養護困難的問題，采用節水保濕養護膜技術。完工后的樁板墻如圖8所示。

圖8 樁板墻完成

5.4 變形監測

對樁板墻及周圍建筑物等進行變形監測，確保施工及運營期的安全，主要監測項目有支護結構變形監測、周邊建筑物沉降監測、坑外地下水監測、地表沉降監測等。經過對監測數據的分析，變形均未超預警值，支護結構穩定可靠。

6 結語

本工程位于山地坡腳，場地高低起伏，周圍環境復雜，水系發達。通過研究摸索，創新提出富水地層基坑懸臂式樁板墻砂石反濾防滲漏施工技術，解決了永久基坑支護問題。采用該技術取得了良好的效果，保證了工期節點目標、工程質量和安全，取得了良好的社會和經濟效益。本技術在富水地層、環境復雜、場地高差大等建筑、市政工程的深基坑施工、邊坡防護中均有廣泛的推廣應用價值，值得同類工程借鑒。