软土地层中地下空洞的围护结构实施方法分析

2020-04-07上海长凯岩土工程有限公司上海200093

安徽建筑 2020年1期

曾龙（上海长凯岩土工程有限公司，上海200093）

0 前言

随着城市建设的发展，城市用地日益紧张，在旧建筑物原址上重建成为目前城市建设的主要方式，上部建筑的拆除施工方法相对比较成熟，但原有建筑的旧支护、旧桩、残留的地下混凝土结构等，对于新建筑而言都是要清除的地下障碍物，它们往往成为现在基坑施工的难题之一，直接影响着工程进度与施工质量。因此基坑施工中针对具体情况采取合适的清障方法，是保证基坑施工顺利进行的关键[1]。目前，对在含有地下空洞的土质地层中施工围护结构时，一般有两种处理方案。第一种方案首先对空洞进行大开挖之后，清除空洞周围的混凝土外壳体，然后再施工基坑围护结构；第二种方案采用咬合桩替换其它常规的围护方案实施围护结构。第一种方案很多时候因为场地条件限制不能对空洞进行大开挖；第二种方案在空洞体量较小的情况下，经济成本比较大，性价比不高。文章以上海杨浦区某工程为例，提出了一种围护结构土层地下空洞清障方法，该清障方法可在不开挖土体的条件下完全有效地实现原围护方案，且相对咬合桩更经济，施工工艺更简单。

1 工程概况

拟建场地位于上海市杨浦区，该工程涉及到的拟建建筑物分为护理中心地块及会所、住宅地库地块，主要包括10幢6F住宅楼及1幢3～4F商业及会所。具体见下表1。

拟建建筑物性质一览表表1

本工程住宅基坑总开挖面积约31000m2，其中1#基坑（含会所和部分地库）开挖面积6500m2，基坑周长368m，其中会所面积约3000m2。2#基坑开挖面积约24500m2，基坑周长612m。会所基坑开挖深度为9.70m，住宅地库基坑开挖深度为5.75m，局部深坑超挖深度1.30m/1.40m。本工程1#基坑除南侧外，围护体系建议采用灌注桩结合三轴搅拌桩止水帷幕，南侧为分坑边界，拟采用SMW工法桩，便于后期施工。2#基坑后施工，采用常规排桩+斜抛撑围护方案，即先盆式开挖，待基坑中部底板达到设计强度后才能安装斜抛撑，最后挖除斜抛撑处的留土。

2 基坑特点及难点

2.1 场地地层特点

场地内浅层填土较厚，平均层厚3.23m，且场地中部地表下约2m有一层20～30cm厚水泥地坪，围护结构施工前应做好必要的清障、破除工作，确保基坑围护结构顺利施工。

住宅基坑底部位于第②3层灰色砂质粉土，搅拌桩施工时较难搅拌均匀，止水帷幕质量不易保证，基坑开挖后容易造成流砂、管涌等不利情况。

基坑开挖范围内存在第③淤泥质粉质粘土，平均层厚约4.08m，该层土的物理力学指标较差，并具有明显的流变性，不利于基坑变形控制。

2.2 基坑本身的特点

本工程基坑开挖深度中等，在基坑开挖至基础完成前，由于卸荷作用，产生坑底土回弹，应考虑所引起的临时性负摩擦力对桩身强度的影响。基坑开挖会引起土体变形，根据类似工程经验，开挖中应充分利用土体时空效应规律，严格掌握施工工艺要点：沿纵向按限定长度逐段开挖，在每个开挖段分层、分小段开挖，随挖随撑，及时施工底板，减少暴露时间。本工程场地条件有限，基坑开挖时出土速度难以得到有效保证，应考虑适当增加围护体系刚度，控制基坑开挖引起围护本体及周边环境的变形。

2.3 周边环境特点

本工程周边环境条件较复杂。基坑周边主要环境保护对象临近道路及地下管线、场地东侧永久围墙和场地周边建筑物。

2.4 围护结构范围地下障碍物分布

本工程基坑的西北角和西南角涉及围护钻孔桩及止水桩（三轴搅拌桩及双轴搅拌桩）范围地面以下5～7m部位存在有地下障碍物（通过采用勘察和物探的手段，确定地下空洞外壳体主要为防空洞混凝土板或混凝土构筑物、管道等）。该地下空洞距周边围墙较近，无法进行开挖清障，因此围护结构无法按常规方案正常实施。

3 解决方案

根据本工程现场场地条件限制，无法采用大面积开挖后再实施清障处理工作，另外由于涉及到清障处理的体量很小，采用咬合桩经济较差，因此本工程采用的是一种可在不开挖土体的条件下对地下障碍物进行清除处理的方法。

3.1 地下空洞的处理方案[2]

①首先通过勘探钻机和物探手段，沿着围护结构走向确定地下空洞的平面范围和顶、底板的埋深范围。

②根据地下空洞的范围，并结合围护结构的形式，确定地下障碍物清障范围。当围护结构位于空洞内时，考虑到临空土体应力释放对围护结构施工质量的影响，清障范围需超出围护结构外边线一定范围（4～5m左右）；当空洞位于围护结构范围以内时，清障范围为地下障碍物范围。

③采用冲孔钻机（地下障碍深度＞3 m的选择采用CZ－8F型冲击式工程桩钻孔机施工工程桩[3]）按图1中的序号（走向方向和垂直走向均按跳格施工）对地下空洞进行清障，首先采用冲击钻对地下障碍物进行冲击破碎，然后采用反循环泥浆方式进行碎渣清孔。

④待障碍物碎渣清孔完毕之后，采用素填土分层回填、压实至原地面标高。

⑤待每个孔清障、回填完毕之后，再实施下一个孔的清障、回填工作。

图1 地下障碍物处理范围平面图

图2 地下障碍物处理范围剖面图

⑥待所有障碍物清理完毕并分层回填压实素填土之后，按正常工序施工围护结构。

3.2 基坑围护主体结构实施方案

本工程基坑围护结构施工过程中，遇到地下障碍物，严重影响了原围护结构施工方案的实施。

一般情况下，先施工外围的止水帷幕，然后再施工挡土结构围护灌注桩。但是本工程因在部分区域施工围护结构过程中遇到地下障碍物，影响了正常的施工顺序；因此止水帷幕和灌注桩施工顺序有所调整，且止水帷幕三轴搅拌桩（3φ650@900）调整为高压旋喷桩（φ800@500），另外，针对三轴搅拌桩和旋喷桩之间的冷锋搭接进行了相应的处理，见下图3。

图3 冷锋搭接节点图

3.3 基坑围护辅助措施

根据以往工程经验，砂质土层中采用旋喷桩作为止水帷幕，其止水效果相对搅拌桩较差，因此本工程采用了从桩顶至坑底随挖随挂网喷的辅助措施，以防基坑围护结构漏水。挂网喷施工后的结构效果图见下图。

图4 挂网喷施工后的结构效果剖面图

图5 挂网喷施工后的结构效果平面图

图6 挂网喷面层节点图

3.4 应急预案

该区域围护结构作为本工程的安全隐患源，为了确保基坑工程安全，基坑开挖时应采取小范围分块、分层开挖，并在开挖后及时浇筑垫层（开挖到底后8小时内浇筑垫层）并做到对基坑进行实时监测，如在开挖过程中发现坑内外水位异常或者基坑止水结构出现漏水现象，根据现场不良现象的严重程度采取压密注浆（双液注浆）或回土措施；若采取回土措施，回土后重新在坑外施工高压旋喷桩，并在高压旋喷桩达到相应的强度后再采取开展下一步的开挖工作。