圆台形地下结构土方及垫层施工出现的问题及处理方案

2016-10-05田栋杰刘海燕

河南建材 2016年5期

关键词：垫层扰动深基坑

田栋杰　刘海燕

河南工业大学土木建筑学院（450001）

圆台形地下结构土方及垫层施工出现的问题及处理方案

田栋杰刘海燕

河南工业大学土木建筑学院（450001）

结合一圆台形地下结构项目土方开挖及垫层施工过程，针对施工过程中出现的地基土扰动、垫层施工缝开裂等问题，分析了问题产生的原因，提出了针对性的处理方案，为以后同类工程中出现的类似问题提供参考。

地下结构；垫层；施工缝开裂；地基土扰动

文章涉及的地下结构，基坑为圆形，采用有围护体系的深基坑支护方式，长臂挖机分层、分块逐步开挖，在支护附近采用人工开挖。基坑逐层开挖逐层支护，有效地保证了基坑的安全性。工程所在地区为黄河冲击平原，基坑底部多为砂土和粉土，黏聚性差，不利于有坡度地下结构的施工。为了解决这个问题并为基坑下一步施工提供可靠的工作面，在基坑底部浇筑一个圆台形垫层［1］。由于地下水位起伏，垫层受到地下水扰动，出现了开裂现象，且基坑底部地基土由于经过地下水作用发生扰动，本文根据现场出现的实际问题，提出了切实可行的解决办法。

1　工程概况

该工程位于河南省郑州市中牟县，基坑为圆形深基坑，采用深基坑围护支护体系，最深处位于地下-20.00m。

图1　基坑剖面图

基坑地基持力层为粉土和粉砂层，土壤含水量非常高，历史最高水位在地下-1.000m处。在水位很高的地方开挖基坑，很容易造成基坑浸水，使施工困难度加剧，降低土体承载力。同时还有可能在水压力的作用下发生管涌、边坡失稳等危害基坑支护的现象。所以基坑开挖前必须先把地下水位降到开挖面以下，采取有效的降水措施。为保证开挖过程在干燥状态下施工，采用管井进行降水，降水井井深在自然地面下28m，降水井为施工直径600 mm，内置管径（外径）400mm的无砂过滤井管，孔隙率大于30%，外包100目以上过滤网。根据场地形状，共布置了18眼降水井，井间距10m。在工程实施的整个过程中降水措施一直持续，保证地下水位低于施工面。

经复核计算，在不考虑上部荷载和周边土体变形产生的水平向推力作用的情况下，下部锥体边坡安全系数0.65左右，存在塌方风险，也没有考虑夯填振动对边坡锥体的影响，为此，素土夯填的质量和施工工艺对维持锥体的安全起到关键的作用。为了提供可靠的工作面，在基坑底部做垫层隔离砂土。垫层为漏斗圆锥形，直径为12.5m，高度为9.2m。垫层厚度为0.12m，所用材料为C20素混凝土，并在垫层上铺设防水卷材、高弹性防水胶和无纺布等防水材料，防止地下水通过垫层渗入结构内部。

地下结构对防漏和防渗要求极为严格，属于一级防水，要求在使用期间必须保证不漏水、不渗水。因此其防水必须严格按照国家标准实施。防水措施具体做法如图2。

图2　垫层防水做法示意图

2　工程地质与水文状况

该地下结构建设位于黄河冲积平原，微地貌为风积砂丘。地基持力层为粉土和粉砂层，地基承载力为170～220kPa。根据场地岩土工程勘察报告，该工程岩土分布依次为①粉质黏土：层厚0.3～4.0m，平均埋深1.23m；②粉土：层厚0.4～4.3m，平均埋深3.25m；③粉砂：层厚1.3～11.7m，平均埋深7.45m。

场地地下水位位于地下0.6～6.6m，地下水类型为潜水，年变化幅度为1.50m左右，主要受大气降水补给，历史最高水位为-1.000m。拟建场地地下水对混凝土结构具有微腐蚀性，对混凝土结构内的钢筋具微腐蚀性。

3　施工中出现的问题

3.1垫层施工缝开裂

由于基坑开挖深度大，且基坑底部土为细砂、流砂层，开挖面呈坡状，易造成土方大面积塌陷。结合实际情况，施工单位随着垫层的开挖深度逐步浇筑垫层，致使垫层存在施工缝（如图3）。

图3　垫层裂缝现场照片

在垫层整体浇筑完成后，工地停电，基坑降水停止了4个小时，造成地下水位上升，在垫层底部出现了一定的积水。施工单位采取紧急降水措施，后发现垫层施工缝处出现了很多细微的裂纹，基坑底部地基土发生了塌陷。

地下水位上升使垫层受到了一个浮力，地下水位下降后整个垫层受到地下水下降产生的向下吸附力，垫层便向下移动。垫层由于存在施工缝，致使垫层每个部位位移量不同，施工缝又比较薄弱，在施工缝中产生的应力比较大，混凝土黏结力不强，造成了拉裂。

3.2基坑底部地基土扰动

基坑开挖后，对基坑底部的砂土进行素土夯实，然后在夯实过的地基上浇筑垫层。在基坑降水停止、地下水位上升后，重新浸泡了垫层下的地基土，当地下水位下降后，被浸泡过的地基土密实度降低，并且一部分地基土顺着地下水移动，造成基坑底部地基土受到扰动，基坑底部地基土局部发生了塌陷［2］。

4　处理措施

1）垫层施工缝开裂处理

垫层出现裂缝主要是垫层的施工缝比较薄弱，在受到力的情况下很容易使地下水通过裂缝渗入结构层内部，如果长时间不处理裂缝可能会进一步扩大，垫层会损坏。为了防止以后再出现类似情况，需对垫层所有的施工缝统一作防水处理：沿垫层各道施工缝处，剔U形槽，在U形槽中注入可与混凝土产生结晶的防水胶，粘贴500mm宽无纺布一层（150g/m2），垫层通体喷涂永凝液一道。

2）基坑底部地基土扰动处理

基坑底部砂土受到扰动，承载能力下降，不能满足设计要求。所以须按设计尺寸超挖700mm，底部做200mm厚干拌混凝土，振捣密实，上部做500 mm厚C20混凝土，振捣密实。