复杂地质环境下的基坑施工

黄展华

摘要：在复杂的地质环境下，综合运用软基处理的相关技术措施，可以迅速提高持力层的承载能力。此外，在地下水位线较高，侧壁反复渗水的情况下，基坑排水施工的效率决定了基坑施工的整体工期。针对复杂的地质环境下基坑施工的相关问题，提出相应的解决措施，并在这个基础上对复杂地质环境下的基坑施工做定性总结。

关键词：复杂地质；环境；基坑施工

中图分类号：TU753

文献标志码：A

文章编号：2095-5383（2018）01-0046-04

随着我国建筑行业的不断发展，施工效率成为当下建筑行业赖以生存的关键。无论是传统的浇灌式建筑流程还是装配式施工流程，基坑的施工总是建筑施工的主要前提。而基坑施工作为对建筑基础及荷载的主要控制手段，在很大程度上难以通过简化流程的手段达到质量与效率并行的效果。從建筑的安全性上来说，基坑的施工工艺流程应当严格按照规范执行，因此，基坑施工流程的规划就非常重要，它将直接影响基坑施工的效率和耗时。在建筑行业产业化的大趋势下，提高施工工艺对于复杂地质环境下的适应能力，是当下兼顾效率与基坑施工质量的主要技术手段。[1]本文从地质环境的类别与由地质环境引起的基坑施工的相关问题入手，对当下我国复杂地质环境下的基坑施工做相关的问题分析，并针对各个地质环境提出相应的解决措施[2]。

1 基坑施工质量控制体系

1.1 质量控制意义

我国的基建行业随着经济的发展正不断成熟，装配式建筑、绿色节能建筑、结构难点建筑不断频繁出现。这不仅说明了我国作为基建行业的大国在技术水平上的造诣，同时也体现了我国建筑施工行业出色的施工水平。但在我国高速的经济发展推动下，建筑行业面临转型升级的迫切需求，基建行业需要建立一套行之有效的质量控制制度，以应对“一带一路”所带来的基建行业出口的巨大需求。[3]而在这个需求中，质量控制制度将有效地保障基建行业未来施工的精准度。

1.2 质量控制措施

从“一带一路”的项目背景看，面对陌生的施工环境，建筑质量的主要把控方向应当是对基坑的施工质量进行有效把控。因此，面对复杂且未知的地质环境，建立一套与之对应的施工方案是提高基坑施工质量的有效手段。从质量管控的措施上说，施工单位应当做到以下3点：1）强化前期勘查工作的准确性，尤其是对地质环境勘查的准确性，把软基问题作为优先勘查对象，当地质环境下具有不确定因素时，应确定软基成因的尺寸与位置，为施工后期做好铺垫。2）优化施工人员结构，对结构验算小组实行技术考核制，严格控制现场施工过程中对地质环境加固的验算工作，确保施工质量。[4]3）推行确实有效的基坑施工技术措施，加强面对复杂未知地质环境下的基坑施工技术措施，有效地提高基建行业的施工水平。[5]

2 复杂地质环境对基坑施工的影响

对于具有部分承载能力的地质环境，在面对不一样的地质环境时，往往会对施工现场造成一定的阻碍，下面对复杂地质环境的分类及其相关问题进行分析：

2.1 地下水文环境的影响

在适用性较高的结构形式中，高层建筑火灾抗震系数较高的情况下，基坑的开挖深度要比以往传统的建筑深出许多。当项目所在地的地下水位线较高或者土壤含水量较高时，容易引发基坑土壤的粘度增大、灌注浆及混凝土无法凝固的问题。此外，有些国家的区域还有地下高压水源的情况，在施工过程中，如果开挖到类似区域，对施工现场将造成不可避免的灾害。[6]

2.2 软地基的影响

从地质结构的种类与形式来看，流沙层是部分存在与结构持力的一种不具备荷载能力的地质成分。而流沙层的持力特性也分为两类：一类是局部的流沙层，流沙层周围仍然是具有承载能力的地质环境，这类的软地基在荷载性质上对主要基础结构并没有太大影响，但需要在施工的过程中强调柱基的埋深部分应当越过流沙层，保持柱基的持力层的位置不收到软地基的影响；另一类流沙层是大范围广面积的地下流沙层，这类流沙层对施工影响较大。而软地基对基坑的施工影响很大程度上体现在桩体搭建的环节上，如果在前期忽视软地基对施工带来的影响，有可能会造成施工过程中的维护墙体坍塌或者地面凹陷等危害，对施工单位或者后期的使用人员来说，软地基都是不可忽视的潜在威胁。[7]

2.3 高密度建筑群的影响

随着城市密度的不断加大，地下空间的充分利用成为当代建筑的设计主题之一。在地下室的设计流程中，根据项目的经济性与区域环境的特殊性，会在建筑的底部设置相应的地下空间作为建筑配建部分，实现建筑停车、仓库、短暂停留等多种功能。而根据目前对人防工程的需求，大部分的地下室都需要加设人防空间（多数为二等人员隐蔽或者战时物资库），这就无形中增大了地下基坑的开挖深度。当项目所在地位于城市核心区域时，较大的基坑开挖尺寸还会引起周围建筑的沉降问题，因此，对于在城市群里大尺寸的基坑开挖工作，是目前基坑施工中对外部影响较大的情况之一；严重的，可能会导致基坑挡土墙的坍塌，造成现场安全施工事故；更甚者，当基坑的开挖位置与高层建筑位置邻近时，可能会造成高层建筑的沉降突然增大的事故。

3 应对复杂地质环境的基坑施工措施

3.1 地下水井排水与水泥档板的运用

在应对地下水位过高带来的基坑施工问题时，地下水排水井的设置可以有效解决这个问题。具体的措施为：准确勘查局部地下水的所在位置、地下水的大致水容量与水成分。同时根据前期勘查报告，确定地下水是否是压力地下水。前期工作准备完成后，在地下水的所在位置设置定量的排水井，通过大口径的排水管与高功率的排水泵将地下水排除。同时，关注地下水的去向问题。根据水文环境开发的LID（Low Impact Development，低影响开发理念）原则，在类似场合应回灌地下水，因此，在勘查初期，应当提供地下水文环境的综合报告，对排水去向做好前期LID规划，以确保水文生态环境的安全。[8]

此外，在面对高渗透的土壤施工环境时，可以在基坑以下的部位设置排水坑。排水坑的有效影响面积不大于半径5 m，根据这点对基坑的下部土壤进行水量控制。在水量得到控制之后，通过及时地敷设灌浆物，提高基坑底部的抗渗透性。对于侧墙的水渗透问题，可以在基坑开挖前期，通过在侧墙上涂刷的速干水泥浆提高侧墙的抗渗透性，并在这个基础上对侧墙进行水泥挡板的施工。

3.2 灌注桩施工工艺与灌注浆料的运用

在对待软地基的处理方式上，灌注桩式提高结构地基持力最为有效的办法。通过在基础以下加设跨越软地基的持力桩，进而基础在竖直方向上的荷载能力。在一般情况下，对于建筑荷载中上级别的建筑构造物，可以使用一般的灌注桩进行处理。处理流程通常分为钢箱灌注处理与钢网灌注处理，前者运用的环境较为狭隘，在不考虑地震水平破坏力以及不用考虑地质水平变形的情况下可以使用；而后者使用的范围较广，且普适性较强，适用于广大灌注桩基础建设，但施工过程复杂、成本较高，需要与前者综合对比进行决策。[9]

对于建筑荷载相对较低且软地基是由地下水引起的软地基地质环境，可以通过采用灌注浆料的手段提高地质承载能力。具体的施工流程是：探明地下水的整体分布情况，根据下水含量与空间确定灌注浆料的固化施工方案。在确定下水位置之后，采用排水井及排水泵将地下水抽出，并在抽出之后的插入灌注降管，加压输送浆料直至地下水环境完全被浆料填充，达到固化软地基的效果。在使用灌注浆料前，需要注意2点：1）灌注浆料的固化方式使用范围较窄，且使用前应当根据建筑构造的总体荷载确定这个施工方法。2）对于地下水文环境的探查应当相对准确，保证地下水环境在总体应当保持与原来的情况一致。这就需要施工单位在水文勘查中保持一定的准确性，对于大面积的地下水文条件，宜采用灌注桩的形式进行软基加固。如果坚持使用灌注浆料的方式，应当向当地环保部门提交相关勘查材料，申请地下水抽出并回灌到周边区域的许可。在手续齐全之后方可施工。[10]

3.3 连续剪力墙挡板的运用

连续剪力墙挡板是在普通水泥挡板上的改进。在应对大尺寸基坑施工挡土墙问题时，具有很好的经济性与安全性。在基坑开挖到一定深度的时候，进行一部分的剪力墙施工，在侧墙上有限设置水泥挡板，稳定侧墙的抗渗透能力，然后在这个基础上根据周边的情况设置设计厚度的连续剪力墙。施工的流程为：基坑开挖至1 m时候，根据渗水情况设置水泥档土墙；侧墙稳定后，加设模板、钢筋笼、侧墙固定锚；灌注浆体直至浆体稳定；随后继续开挖2 m的基坑；反复施工直到基坑深度达到设计深度。此外，连续剪力墙的施工应当注意以下几点：

1）剪力墙的设计参数与实际操作无法实施或者参数超规范，例如剪力墙喷射混凝土的厚度<80 mm，内力折减系数<0.8，水灰比>0.5；或者最下面一排的剪力距离基坑底部<0.5 m。这些都属于设计参数超规范，造成实际操作无法实现，

2）在剪力墙坡顶设置排水沟。这一点最好不要做，如果迫不得已要做也得离基坑坡顶稍微远一些或者在基坑的底部。这主要是因为任何一种基坑支护型式都会造成基底发生变形，当在坡顶设置了排水沟的时候，由于剪力墙的支护结构的变形量比较大，经常在坡顶会出现裂缝，把砖砌排水（截）沟给拉裂开来，这样的话如果沟中有水就会通过坡顶的缝隙渗漏至土压力区，进而加速基坑发生变形，这样对于整个基坑是非常不利的。

3）在实际的项目过程中，锚杆的锁定值与设计值的预算值往往不能很好地匹配，從项目的实际经历上看，当锁定值为锚杆的拉力应值得0.3～0.6倍的时候，锚杆的设计是最为合理的。

4）如果锚杆设计配置的钢筋或者钢铰线和计算的荷载不太相符，超出锚杆的承载基础力，会导致锚杆无法完全承受基坑的水平压力。

3.4 全站仪监测技术的运用

对于在城市核心区域作业的深基坑施工，对沉降的监测是保障施工安全的必要环节。全站仪是沉降监测中较常见的监测设备。使用全站仪坐标法之前，应当根据基坑的水平位移的情况设置现场的基准点、观测点和监测点。通常基准点的设置应当保证其覆盖的范围大于基坑的平面范围。在使用数量上通常选择2～3个。表1为某项目的实际观测点位移统计表，在这个项目中，基坑深度为6 m，基坑作业点位于城市经济核心地段，距离基坑边界线300 m处有高层住宅建筑群，监测控制从基坑开挖流程开始时进行，观测点位9个（D1～D9），当连续5 d水平变形>1 mm/d时应报警，进行挡土墙加固之后方可继续施工。

4 结语

复杂的地质环境对基坑的施工具有决定性的影响，因此，根据施工现场所出现的地质环境，施工单位应具备相应的警觉性，并针对地质环境准备相应的施工方案。本文从基坑施工质量控制体系的建设点出发，对当下的复杂地质做了简要的分析并阐述与其相关的应对办法。从施工质量控制的角度上看，纵向地比较处理办法有益与施工现场做出相应的决策；在地质的处理办法上，通过分析多种简单的单一地质处理手段，来达到复杂地质的处理目的，并针对施工的主要内容优化施工顺序与成本控制。

参考文献：

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