淺談復(fù)合重力壩圍護施工質(zhì)量控制

姚士威，王家岳，劉 聰，邵珠令（中建八局第二建設(shè)有限公司，上海 201313）

0 引 言

重力壩是由水泥攪拌樁組成的具有重力作用的防滲墻。它既有很好的防滲性能，又有很強的擋土能力，因此被廣泛使用。在軟黏土地層中，7 m以下的基坑通常采用水泥土重力式圍護結(jié)構(gòu)，但其所占的空間大，而且對變形的控制功能不強。在基坑周邊場地不能滿足傳統(tǒng)的水泥土圍護要求的情況下，通常需要在圍護結(jié)構(gòu)中加設(shè)內(nèi)撐板，采用復(fù)合重力壩圍護，確保基坑的安全。

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加速，城市地下空間的深度開發(fā)與利用日趨復(fù)雜化與多元化，基坑工程由于其工程規(guī)模大，基坑深度不一，對周圍環(huán)境的防護要求也不盡相同，因此，采用單一的支護方案難以同時兼顧安全、經(jīng)濟和工期[1]。在這種條件下，采用復(fù)合重力壩圍護，更顯經(jīng)濟、更具合理性。本文結(jié)合某深基坑項目（以下簡稱“項目”）實例，對深基坑圍護結(jié)構(gòu)的施工方案進行確認，并提出主要的工藝步驟及控制點，以供后續(xù)同類工程借鑒。

1 項目概況

項目為群體性的高層住宅，地下結(jié)構(gòu)1層、局部區(qū)域2層。項目基坑的面積為48 000 m2，其平面形狀為不規(guī)則的長方形，如圖1所示。一般情況下，地下1層井深為4.95 m，2層井深為9.20 m。基坑周圍的環(huán)境狀況較為復(fù)雜：東側(cè)和南側(cè)是已經(jīng)修建好的市政道路，在路面下面有大量的市政管道，距基坑的最小間距為3.40 m；西面和北面都是經(jīng)過修整的城區(qū)河流；土地紅線和基坑之間的距離非常接近，只有3.70 m。

圖1 基坑平面及周邊環(huán)境

項目所處地貌屬于沿海平原，對基坑產(chǎn)生影響的主要是淺部的潛水地下水。根據(jù)勘察報告，靜態(tài)地下水埋深在1.08～2.06 m。因此，設(shè)計考慮0.5 m的地下潛水位。在北邊靠近基坑邊界的地方有暗浜，呈東西方向，暗浜深度范圍約1.1～1.6 m，寬度范圍約1～10 m，主要的填充物是黑色泥土、沙子，土質(zhì)較差，需注意防范相關(guān)風險。基坑圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，如表1所示。

表1 基坑圍護設(shè)計參數(shù)表

2 基坑圍護設(shè)計

基于項目的獨特性質(zhì)，采取分區(qū)順序作業(yè)的整體施工方案，旨在達成保證安全性，控制成本和簡化工序等目標。綜合周邊地塊的用途與保護要求及各個區(qū)域下的開挖深度等因素，采取復(fù)合重力壩的支護措施。地下1層區(qū)域根據(jù)情況選用自立式圍護結(jié)構(gòu)，局部地下2層區(qū)域采用板撐式圍護結(jié)構(gòu)。為應(yīng)對基坑位于不同的地下室層次，本文將其劃分成靠近1層和2層的2個區(qū)域。所有工作均依序展開，遵循從下往上的挖掘步驟并各自獨立實施，盡可能控制基坑的各項變形，保護基坑周邊構(gòu)筑物等環(huán)境，以達到縮減基坑外露時間與面積、限制沉降變形的程度以及維護周邊生態(tài)的目標[2]。

2.1 地下1層區(qū)域

地下1層區(qū)域整體開挖深度為4.95 m，局部加深，基坑面積35 000 m2。因項目西側(cè)、北側(cè)區(qū)域用地紅線距基坑邊線較近，最寬處只有4 m，施工間距無法滿足放坡開挖的條件要求，但在實際施工中，斜拉樁支護施工過程較為煩瑣、施工時間長、施工成本高。綜合考慮各項情況，結(jié)合項目深基坑現(xiàn)場實際情況以及項目進度，決定采用水泥土重力式圍護墻的圍護形式；同時在基坑周圍采用了一種被動區(qū)域橋墩加固方式。為保證圍護結(jié)構(gòu)的完整性、穩(wěn)定性及其他方面的需要，在圍護墻的迎坑面間穿插型鋼。地下1層區(qū)域圍護結(jié)構(gòu)剖面布置圖，如圖2所示。

圖2 地下1層區(qū)域圍護結(jié)構(gòu)剖面布置圖

2.2 地下1層臨近周邊道路區(qū)域

地下1層空間東、南緊鄰市區(qū)交通干道，地下埋有大量的市政管道，屬于二級環(huán)保標準。為降低基坑開挖過程中對周圍環(huán)境造成的沖擊，項目圍護結(jié)構(gòu)采用雙排鉆孔灌注樁，樁徑φ700 mm，間隔2 000 mm，并且根據(jù)計算在灌注樁頂及中間設(shè)置鋼筋混凝土梁，和水泥土攪拌樁構(gòu)成一個整體。該結(jié)構(gòu)可以有效提高墻體的橫向剛度，增強墻體的整體抗變形性能。這不僅有利于基坑的穩(wěn)定性，而且有利于控制基坑的變形，還可減小基坑施工對周圍環(huán)境的影響；同時，由于不需要內(nèi)部支承，便于施工，大大縮短了施工時間。

2.3 局部地下2層區(qū)域

局部地下2層區(qū)的挖掘深度平均為9.2 m，基坑面積為13 000 m2，該地區(qū)的外圍與主干道接壤。在該區(qū)域內(nèi)，基坑的止水帷幕使用的是三軸水泥土攪拌樁，圍護結(jié)構(gòu)是鉆孔灌注樁，并且在上下設(shè)置2道鋼筋混凝土水平支撐，形成完整的圍護結(jié)構(gòu)體系。基坑中的被動土用攪拌樁墩進行加固，圍護樁與加固體間的間隙用高壓旋噴樁進行充填。目前，該技術(shù)已較為成熟，且對周邊環(huán)境影響較小。支護樁具有很高的剛性和控制變形的能力；同時，與外擋水板的隔水性相結(jié)合，能夠滿足圍護結(jié)構(gòu)的抗?jié)B要求。通過對雙撐、角撐的平面布置，配合圍護結(jié)構(gòu)棧橋的設(shè)置，有利于土方開挖，加快基坑的流水施工，縮短施工時間。地下2層區(qū)域圍護結(jié)構(gòu)剖面布置圖，如圖3所示。

圖3 地下2層區(qū)域圍護結(jié)構(gòu)剖面布置圖

3 圍護體系施工控制要點

3.1 確保水泥土置換率

水泥攪拌樁的強度和樁身質(zhì)量直接受到水泥土置換率的影響，如果未達到設(shè)計要求，強度無法保證，將會對圍護結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性造成一定的影響，從而無法保證基坑的施工安全。

在圍護結(jié)構(gòu)施工過程中可采取下列方法提高置換率：

通過抵擋作業(yè)，控制下攪和提升的速度，同時，增加機械攪拌噴漿的次數(shù)，并且嚴格均勻地攪拌、噴漿。另外，充分進行攪拌水泥漿并確保施工過程中在攪拌、稠度以及溫度等方面達到設(shè)計要求后，再進行輸送[3]。

3.2 確保合理的水灰比和摻入比

水泥拌合料的性能及成排打樁的質(zhì)量取決于2個主要因子，即水灰比和水泥摻入量。由于該項目建筑基礎(chǔ)的特殊性——其底層填充了大量的沙礫以及含有大量淤泥質(zhì)的土壤，這種情況在施工之前需要進行嚴密的實驗室測試以調(diào)整最佳混凝土配比[4]。此外，還需要對該段地下水的深度有足夠的了解，以確保能夠順利打入數(shù)米深的水平鉆孔。通過對砂層和淤泥層進行分離，并進行適當?shù)脑囼灒业胶线m的水泥含量和水泥混合材料的比例，以符合水泥攪拌樁的設(shè)計強度要求，同時確保在施工過程中的輸漿管通暢，防止不必要材料的浪費情況。

項目基坑中采用水灰比為0.55∶1、0.55∶0.6，摻入比為12%、13%、15%的配合比進行成樁試驗。最終選擇水灰比為0.6∶1、摻入比為12%進行正式樁施工。

施工過程中必須認真遵照特定的比例來混合水泥漿料，并持續(xù)不斷地攪動直至均勻分散，且每一次至少需要保證3 min以上的攪拌時長。

3.3 保證墻體的連續(xù)性

為了保證水泥攪拌樁圍護墻在基坑開挖時基坑變形的穩(wěn)定，各樁之間需要有效地連接成整體。因此在攪拌樁施工的過程中，特別注意水泥土的有效連接，避免冷縫的產(chǎn)生[5]。

（1）為了確保水泥土柱之間形成有效的連接并在硬化后得到充分的結(jié)合，應(yīng)該安排合理有序的水泥攪拌樁施工程序，同時考慮工時、場地布局和機械效率等因素。

（2）在建造的過程中需要緊密地按照計劃中的構(gòu)造方式接連拼裝，同時需要通過準確的檢查和測量手段來確保每一列之間的施工線都是符合要求且是均等的。

（3）機械24 h不間斷施工，確保樁體間的搭接強度滿足設(shè)計要求，保證水泥土攪拌樁的整體性。外界條件造成施工間隔的，要錯位搭接。

（4）為確保工程品質(zhì)優(yōu)良，工地設(shè)立有專職的檢查員，對每項工作進行全天的檢驗與督導(dǎo)，任何未達標準的步驟都將無法實施下一步操作程序。

4 基坑降水措施

4.1 基坑降水井的布設(shè)

項目采用真空負壓的方法降水，能夠加快孔間水的滲流速度，同時也能減少管井數(shù)目，節(jié)約工程投資。根據(jù)過去的工程實踐，各水井間的間隔應(yīng)為15～20 m，每一水井的排水面積應(yīng)為300 m，并且要保證各水井的有效半徑是相交的。井下管道使用的是直徑為350 mm、過濾管道纏繞鋼絲網(wǎng)眼的混凝土管道。井深10 m，在井深1 m處，留出部分瓜子皮充填區(qū)域，并用泥漿封蓋，填滿；留出1 m的空隙，以便觀測井口的水平面。

4.2 排水施工

開挖28 d前即開始排水，排水時井點應(yīng)均勻抽水，將水位差控制在規(guī)定范圍內(nèi)。在施工過程中，要不間斷地進行深水井的抽水，同時要加強降水的管理。根據(jù)觀察到的水位，對放水時段進行控制，并做好相關(guān)工作。汛期應(yīng)加大水位的監(jiān)測力度，保證在基坑施工前的降水量在0.5～1 m。

5 土方開挖技術(shù)措施

由于基坑開挖量大，最大的一次開挖深度達9 m以上，且未做任何支護措施，在項目施工過程中，土體橫向壓力的集中作用，會使大壩產(chǎn)生較大的變形，同時圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各項位移，使大壩產(chǎn)生脆性破壞。項目的土方開挖，嚴格利用時空效應(yīng)的原理，分層、分區(qū)、分塊等措施進行土方開挖，并對單體建筑和地下車庫分步施工。

按照要求分層、分區(qū)域進行開挖，先開挖主樓位置，剩余300 mm部分為減少土體擾動，采用人工開挖的方式來控制標高，嚴禁超挖。基坑最后一層到地下車庫標高時，施工方采取分區(qū)、分段、分段的方法對其進行施工，以保證基坑底部不會有太大的裸露區(qū)域。此外，要在8 h內(nèi)完成老層的施工，并按照后資帶的設(shè)置位置，及時分階段進行基坑施工，保證基坑施工質(zhì)量達到要求。

在進行土方開挖時，為了避免基坑邊坡失穩(wěn)和基樁被擠壓，不允許重載車輛在基坑邊緣移動。當遇到流塑狀的軟弱地基時，易引起坍塌，高差不宜大于1 m。在基坑內(nèi)部和坡頂周圍，開挖排水溝，讓雨水可以順暢地流到集水坑中，避免基坑積水泡濕，并做好圍護體系的止水、隔水和降水工作，保證基坑施工的安全性。

6 監(jiān) 測

在深基坑支護結(jié)構(gòu)的信息化施工中，現(xiàn)場監(jiān)測是非常重要的一種方法。在工程樁、圍護結(jié)構(gòu)和土體加固施工期間，由于土體應(yīng)力平衡受到破壞，會對周邊的道路及河道駁岸產(chǎn)生一定的消極影響，因此必須周期性地對周邊的道路及駁岸進行觀測，及時發(fā)現(xiàn)隱患，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對應(yīng)地及時調(diào)整施工方案，確保建筑物、道路及地下管線的安全運營和正常使用[6]。

通過對項目施工過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)（如表2所示）進行分析，得出結(jié)論：基坑施工過程中圍護結(jié)構(gòu)質(zhì)量良好，各項累計位移均滿足設(shè)計要求。

表2 水平位移監(jiān)測成果表

對基坑周圍地下水位的監(jiān)測，得到的數(shù)據(jù)表明：基坑周圍地下水位穩(wěn)定在距監(jiān)測孔口約1.2～1.5 m。每個點位的最終水位測量結(jié)果，如表3所示。同時，在基坑開挖后，沒有檢測到地下水的聚集現(xiàn)象。

表3 地下水水位監(jiān)測成果表

7 結(jié) 語

對于規(guī)模大、有多層開挖深度和多樣周邊環(huán)境的基坑工程，在設(shè)計中要把安全性、技術(shù)效率、施工可行性和經(jīng)濟性都考慮在內(nèi)，選擇適當?shù)闹ёo形式。本文通過對基坑特性及周邊環(huán)境特點的深入研究，在保證基坑安全性的基礎(chǔ)上，采取復(fù)合重力壩支護方式。在基坑開挖及施工期間，所獲得的資料能較好地反映出工程對周圍的影響，同時，基坑完成后的變形資料也能較好地反映變形控制是否在設(shè)計范圍之內(nèi)。采用復(fù)合重力壩支護方式，既能保證基坑施工的安全性，又能達到預(yù)期的施工進度及經(jīng)濟效益，對同類工程有一定的借鑒意義。