谈地下水丰富的深基坑开挖施工技术

2012-11-06陈云东

山西建筑 2012年33期

陈云东

(中铁十二局集团第三工程有限公司，山西太原 030024)

1 概述

1.1 地质情况

地质情况从上至下为:耕植土、可塑粉质粘土、软塑粉质粘土、粉土、细砂、稍密圆砾、松散圆砾等。地下水十分丰富，地下水位为地面以下2.0 m(148.5 m)。场地内地层结构较复杂，土层类型较多且厚度变化较大，局部地段岩面起伏较大，岩土层均匀性较差，属于不均匀地基，存在地基土强度变形和不均匀沉降问题。场地内土的类型划分见表1。

表1 场地内土的类型划分

1.2 周边情况

肖家船闸位于桃花江右侧江岸上，船闸左侧为桃花江，江面宽80 m左右，正常水位147.2 m，洪水水位150.7 m，船闸右侧为农田。

1.3 设计标准

桃花江肖家船闸主体建筑长70 m，宽20.8 m，基坑开挖留0.5 m工作面，开挖边坡为1∶1，开挖深度为7.0 m，开挖采用分层开挖，设2.0 m平台，在第一层开挖(深2.0 m)后沿基坑边缘四周打高压旋喷桩止水帷幕进行止水，在基坑内采用井点降水方式进行基坑内降水至基础地面以下0.5 m，确保基坑基本处于无水状态，再开挖至基底标高。

2 基坑施工方法对比分析及选择

2.1 采用高压旋喷桩止水帷幕施工方案

分层开挖第一层支护完毕，在平台上沿基坑周围打高压旋喷桩进行止水，桩底标高打至基岩面或相对不透水层，将基坑四周地下水封住。桩径1.0 m，桩间距0.7 m，双排交叉相互咬合(见图1，图2)。

图1 基坑高压旋喷桩止水帷幕平面布置示意图

止水帷幕施工完毕后，在基坑范围内布置降水井点，采用能够满足抽水要求的抽水设备进行基坑降水，将基坑内水位降至基坑底以下后，基坑土体增强了自稳能力，再进行开挖，此时，边坡稳定性好，能够顺利、快速地开挖至设计基坑底面标高。

图2 基坑开挖剖面示意图

2.2 边坡喷锚支护方案

根据地质报告，地层地质为砂砾层，边坡支护需采用钢管注浆加固土体，提高土体稳定性，且由于桂林市地形为喀斯特地形，地下暗河和溶洞极多，对边坡的注浆量难以预算。分层开挖，需采取边开挖边支护的方式，第一层开挖完毕时，对边坡喷射混凝土5 cm～10 cm，需待喷射混凝土达到一定强度，边坡相对稳定时，方能进行下一层开挖，这样将会产生一些停滞时间，对施工的流水作业有一定的影响。从可行性、安全性、技术经济合理性等方面考虑，经过分析研究，采用高压旋喷桩止水帷幕施工最为合理。故选择高压旋喷桩止水帷幕进行本船闸施工，结果验证此方案切实可行。

3 施工工艺

3.1 工艺流程

深基坑开挖工艺流程图见图3。

3.2 施工方法

1)土方开挖前，首先对场地进行清理。用挖掘机配合推土机将开挖范围内的表层耕作杂物、树木、树根及建筑物予以清除，集中堆放，装载机装车，自卸汽车外运至弃土区堆放清理。对于开挖范围内的树木、电力及通讯设施，配合业主将其迁移出开挖范围之外。2)基坑土方开挖至148.5 m标高处，地下水十分丰富，在此标高处开始做基坑止水帷幕，同时进行地基处理高压旋喷桩施工，预留2.0 m平台。

图3 深基坑开挖工艺流程图

3.2.1 高压旋喷桩止水帷幕施工前准备工作

1)认真研究施工工点地质报告，进一步了解施工工点地基土的性质、埋藏条件。2)准备充足的水泥加固料和水。水泥的品种、规格、出厂时间经试验室检验符合国家规范及设计要求，并有质量合格证方可使用。严禁使用过期、受潮、结板、变质的加固料。一般水泥为425号普通硅酸盐水泥。水要干净，酸碱度适中，pH值在5～10之间。3)配合比选择。一般水灰比可取1.0～1.5。为改善水泥土的性能、防沉淀性能和提高强度，可适当掺入木质素磺硫钙、石膏、三乙醇胺、氯化钠、氯化钙、硫酸钠、陶土、碱等外掺剂。若试验之前土样的含水量发生了变化，应调整为天然含水量。4)试桩试验。根据试验确定的施工喷浆量、水灰比制备水泥浆液在工点打设数根试桩，并根据试桩结果，调整加固料的喷浆量，确定搅拌桩搅拌机提升速度、搅拌轴回转速度、喷入压力、停浆面等施工工艺参数。5)根据施工现场实际情况，施作临时排、截水设施，并在施工范围以外开挖废泥浆池以及施工孔位至泥浆池间的排浆沟。6)按要求完成施工放样，用木桩定出桩位，用白石灰作出明显标识。

3.2.2 高压旋喷桩止水帷幕施工工艺

1)钻机定位。移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳，钻杆的垂直度偏差不大于1% ～1.5%。2)制备水泥浆。桩机移位时，即开始按试验确定的配合比拌制水泥浆。3)插管。当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管两道工序可合二为一。4)提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值(20 MPa～40 MPa)，坐底喷浆30 s后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。5)桩头部分处理。当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0 m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5 m，直至桩顶停浆面。6)若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌，按上述4)步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵(清水泵、空压机)，停止水泥浆(水、风)的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。7)清洗。向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。8)移位。移动桩机进行下一根桩的施工。9)补浆。喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。10)高压旋喷桩施工工艺流程图见图4。11)待止水帷幕及地基处理高压旋喷桩初凝后再继续开挖到标高144.0(设计高程143.5 m)处，预留0.5 m采用人工开挖，确保桩基不受扰动。开挖边坡坡率以1∶1控制。为保证基坑底部始终处于无水状态，在基坑四周布设集水井至基础底标高以下4 m处，用水泵抽水排至基坑外侧。12)0.5 m厚淤泥采用人工开挖，避免地基发生扰动，开挖工作在下道工序准备工作完毕后突击进行，采用人工开挖成堆，吊篮清土，自卸汽车运输的方法进行。开挖完成后，按照规范对地基处理桩基进行检测，合格后按照规范要求对桩基和基坑等隐蔽工程进行联合验收，合格后方可进行下道工序施工。