深基坑围护结构施工技术及其突发事故的处理

2015-09-18何建波张省华

建筑施工 2015年9期

关键词：土方立柱标高

何建波王俊张省华徐龙

上海绿地建筑工程有限公司上海 200063

1 工程概况

1.1 一般概况

背景工程为人防地下车库，位于昆山市花桥镇，为地下2层框架结构，地库大面积开挖深度为9.20 m，集水井开挖深度为10.20 m。

1.2 周边环境

本地库地处场地内部，距离周边市政管线和市政道路较远，在基坑开挖范围以外。地库结构外墙距用地红线尚远，但基坑四周邻近在建的号房共计11栋，为14～34层高层住宅楼，地库基坑围护结构距号房最近为1.50 m，最远的距离基坑边31 m。待地库开挖时周边号房已经结构封顶，且周边号房底板底标高为-4.70 m及-6.70 m，地库的挖深标高为-9.30 m，最大高差4.60 m，因此地库周边的环境保护主要是针对在建住宅楼及其工程桩。

1.3 地质情况

拟建场地属长江三角洲滨海平原相地貌类型，为古河道沉积区，土层主要由杂填土、黏性土、淤泥质土、粉土及砂土等组成。地下水浅水位年变化幅度约1 m，常年最高浅水位埋深0.50 m，承压水主要赋存于⑨层细砂层中，埋深约70 m，故本场地承压水对工程建设无影响。

1.4 基坑围护结构概况

基坑围护结构形式为：外排止水帷幕采用φ850 mm三轴水泥土搅拌桩，内排围护桩采用混凝土强度等级为C30的φ800 mm钻孔灌注桩，再加2道强度等级为C30的钢筋混凝土支撑。同时，考虑到施工道路、挖土操作面及混凝土浇筑等情况，故在第1道支撑上布置栈桥板，如图1所示，其中阴影部分为栈桥。

图1 第1道支撑平面及土方开挖流程

1.5 主要施工难点

本工程为地下2层车库，基坑深、地下水位高，基坑四周11栋高层住宅已完成结构封顶且局部距基坑较近，导致施工现场围护支撑体系、止水帷幕体系、高层建筑物监测等存在一些难以解决的问题。

2 基坑围护结构工程施工

2.1 基坑围护结构形式

基坑外排采用φ850 mm三轴水泥土搅拌桩止水，内排采用φ800 mm钢筋混凝土钻孔灌注桩，另加2道钢筋混凝土支撑。基坑围护施工的场地平面布置如图2所示，基坑围护结构剖面如图3所示。

2.2 基坑围护桩施工

1）水泥土搅拌桩施工。止水帷幕采用φ850 mm三轴水泥土搅拌桩，桩间搭接0.85 m（打一套一），水泥强度等级为P.O 42.5，水泥用量为25%，水灰比1∶0.5。采用一喷一搅方式，搅拌头提升速度控制在1 m/min以内，注浆泵出口压力控制在0.40～0.60 MPa。桩与桩搭接时间不应超过24 h，若超过24 h，则第2根桩在施工时要增加注浆量20%左右，同时减慢提升速度；如因相隔时间太长，致使无法搭接的，则要在外侧补1～2根搅拌桩，以确保将来基坑开挖时不至于大量漏水。搅拌桩施工完成28 d后，方可进行基坑开挖。

图2 基坑围护施工平面布置示意

图3 基坑围护结构剖面示意

2）围护钻孔灌注桩施工。钻孔灌注桩桩身混凝土设计强度等级为C30，混凝土保护层厚35 mm，钻孔灌注桩采用的水泥强度等级不得低于P.O 42.5，严禁采用快硬性水泥，不同品牌、强度等级、厂家的水泥不得用于同一根桩内。钢筋笼主筋采用焊接，搭接长度为双面焊5d，单面焊10d，主筋接头间距不小于1 m，同一截面钢筋接头不得大于总根数的1/2。钢筋笼必须采用两点起吊，确保垂直度。试件采用边长10 cm的试模制作，每根桩不少于1组，采用标养。

3）格构柱及立柱桩施工。格构柱所有钢构件采用的钢材均为Q235，所有焊缝均为满焊，焊缝高10 mm，焊条型号为E43型。立柱桩采用钻孔灌注桩，立柱桩φ850 mm，施工要求同围护钻孔灌注桩，内插格构钢立柱，格构柱插入立柱桩内长度不小于2 m，插入时严格控制顶端标高，防止格构柱顶低于第1道支撑底面。格构柱锚入第1道支撑梁内500 mm处，垂直度控制在1/200内，中心偏差值为-10～+10 mm。穿过底板的立柱桩在底板中需加焊止水片，防止地下水渗入。

4）压密注浆施工。由于水泥土搅拌桩与钻孔灌注桩之间的间隙存在土体，此部分砂性土及粉性土容易在开挖和降水过程中流失，造成水泥土搅拌桩折断，从而使止水帷幕局部失效而引起渗漏，因此在搅拌桩与灌注桩之间的间隙处采用压密注浆的形式进行填充。压密注浆浆液的水泥（P.O 42.5级）∶水=1∶0.5，注浆管分层厚度为0.50 m，注浆流量为6～8 L/min，单点注浆量为30 L。

2.3 降水施工

本工程基坑降水采用真空深井泵降水结合轻型井点降水。按设计要求，深井泵按每350 m2布置1口，基坑内共设置37口井；轻型井点降水沿基坑周边均匀布置，分3次降水，每次12套，共36套（图4）。

图4 深井降水平面布置示意

2.4 土方开挖、支撑施工

土方开挖流程为：设备进场→平整场地→深井降水→深井降水预降7 d后开始第1层土方开挖，开挖至基坑标高-1.65 m→圈梁、第1道钢筋混凝土支撑、栈桥施工→混凝土养护→第2层土方开挖至第2道支撑底标高-6.30 m→第2道钢筋混凝土支撑和混凝土围檩施工→开挖第3层土方至基坑底标高-9.30 m（其中包括电梯井深坑部位挖土）。

开挖原则：基坑土方开挖共分3层进行，土方开挖总体流向为由西向东，按照后浇带进行分段，共分为6个流水段；后段土体开挖须待前段支撑或底板强度达到80%以上；第2层土方开挖须在第1道支撑全部完成7 d后；第3层土方开挖须在第2道支撑全部完成7 d后，且开挖进度与底板施工需同步进行，开挖长度不能超过底板浇筑段50 m。

由于支撑分段施工，每次浇筑支撑混凝土要记录日期，确保下道土体开挖时，支撑混凝土强度满足设计要求[1,2]。

3 基坑施工遇到险情及监测数据报警的处理

3.1 基坑漏水处理

3.1.1 第1次堵漏

在31#房处施工开挖到第2道支撑底标高时，围护坝体出现1个φ30 cm的缺口，发生大量漏水的情况，水流又大又急，抢险人员无法在里侧进行封堵，只能把已开挖的土体回填，回填范围以透水部位为中心半径为10 m的范围内，并进行压实。再从原高压旋喷桩部位用双液注浆进行加固，深度为至坑底以下2 m。坑外加固完成，隔天再将回填土体开挖，在原来渗漏点处插入导流管，并在其周边利用快硬水泥进行封堵，最后再将引流管进行结扎。

3.1.2 第2次堵漏

在开挖第3层土体时，同一个部位，在标高-8.00 m处又出现严重渗漏，再次回填后，经研究决定仍采用坑外双液注浆。由于此处坑外地下障碍物较多，一般的取孔机打不下去，故借用检测中心钻心取样的机械设备进行打孔，深度至坑底以下2 m。经过2 d的注浆，监理也进行了旁站，本次注浆充分、到位，再开挖时未见渗漏现象。

此处土体挖至坑底标高-9.30 m后，为了防止此处再发生渗漏现象，故在钻孔灌注桩上进行植筋，做1道长10 m、厚300 mm的钢筋混凝土挡墙，位于坑底以下500 mm、坑底以上1 500 mm处。

3.2 支撑轴力超报警值的处理

随着第2层土体的开挖，基坑西段第1道支撑的CL2、CL4、CL5三个轴力监测点的数据不断上升，其中，CL2轴力一度突破4 500 kN，设计报警值为3 000 kN。在监测报告所反映出的轴力不断上升过程中，多次同设计汇报此情况，催促设计进行复算，并出书面文件将2道支撑的轴力报警值提高至5 500 kN，此后支撑轴力均未超过5 500 kN。

3.3 立柱桩上浮及支撑裂缝处理

1）在第2层土体开挖后，监测报告显示第1道支撑①～⑧轴立柱桩上浮变化量比较明显，在35 mm上下浮动。虽未达到报警值，但此时我们也高度警惕，并及时与设计取得联系，经设计现场查看后进行复核，并将立柱桩上浮35 mm报警值调整为40 mm，同时加强立柱上浮监测及周边号房的监测。

2）在第3层土体开挖后，第1道支撑立柱桩上浮变化量继续增加，尤其是①～ 20 轴变化量最大，监测数据达到报警值，最高为50.20 mm。在此期间也发现多处上浮较大的立柱桩与支撑梁交界处两侧有头发丝粗细的细小裂缝，围檩梁与支撑梁交界处也发现细小裂缝，深度最大的达20 cm，后由建设单位组织各参建方一起对此细小裂缝进行查看研究，认为此类裂缝可能为伸缩裂缝，可待进一步观察，如深度不增加就不会产生大的影响。同时设计也作出书面要求，如立柱桩连续3 d超过报警值需采取加载措施，现场依据就地取材的原则，在立柱桩两侧支撑梁压砂袋或临时堆载整捆钢筋，加载质量每延米300 kg，应尽快将钢筋吊入基坑内反压在立柱桩周边，并且加快浇筑底板混凝土，以确保立柱桩不再上浮。目前，底板已完成，立柱桩上浮情况也已稳定。

3.4 深井降水废弃后的降水处理

在深井降水因滤头堵塞而被废弃的情况下，经研究决定采取二级轻型井点降水。先在标高-1.65 m处布置深6 m的轻型井点降水，降水7～10 d后进行开挖，开挖到标高-6.30 m后，在支撑部位再布置深3 m的轻型井点降水，降水2～3 d，满足支撑施工要求后拔除，再更换深6 m的轻型井点降水，其他位置直接布置深6 m的轻型井点降水，通过采取上述方法保证降水满足施工要求。实际效果比较理想，能满足施工要求。

3.5 挖土进度超过基础底板结构施工进度的处理

第3层土方开挖先定出原则：必须在第2道支撑全部完成7 d后，且开挖进度与底板施工须同步，开挖长度不能超过底板浇筑段50 m。采取此原则一是能确保底板施工有一定的工作面，二是能使基坑围护的变形量不至于过大，三是万一基坑出现险情能及时利用未挖土体及时回填。

但在实际挖土过程中，由于挖土进度快，底板施工慢，导致挖土量超过以上原则范围。经多方责令要求挖土单位停止挖土，同时加快基础底板施工进度，确保了基坑及施工的安全。

3.6 高层住宅楼沉降及垂直度监测的处理

本基坑工程监测需对1个单元住宅楼设6个监测点、对2个单元的住宅楼设8个监测点。监测内容主要有本期标高、本期沉降、变化速率及累计沉降等。基坑监测从围护桩开始施工时就进行检测，直至浇筑地下车库最后1块顶板混凝土。监测结果显示，本期最大沉降为1.10 mm，累计沉降最大值16.80 mm，两者均未达到2 mm、20 mm的报警值。