高水位情况下深基坑支护方案探讨

2020-08-10张达

工程建设与设计 2020年15期

张达

（山西省工业设备安装集团有限公司，太原030100）

1 引言

某工程包括4栋20层的高层建筑以及2层地下车库，总面积为67 000m2，住宅楼和地下车库采用框剪结构设计和筏板基础，由于拟建的建筑物基底部分位于强风化云母片石岩中，因此在本研究中开展深基坑支护设计时，除需要考虑局部开挖到标高外，还需要综合分析超挖到强风化云母片岩中的基坑，深度达到10m左右，该工程由于埋深大，而且基坑的周长达500m，具有较高的地下水位，土层渗透系数相对较大，丰富的地下水量使得在施工过程中很容易存在抗渗水、排水较难的问题，因此需要做好止排水工作，能够确保在施工时边坡稳定性，有效控制土体发生位移，同时，止排水也是地下车库施工的关键环节。目前，我国在深基坑支护技术上还比较薄弱，无论从施工、监控以及计算方面还在不断发展进步中都有待加强。

2 工程概况

在本项目中所研究的工程原是农用耕地，具有一定的水沟，而且地形较为平坦，场地为滨海平原，地下水位标高为3～4.9m，地层从上到下分别为素填土、淤泥粉质土、细沙、中砂、粉质黏土、全风化云母片岩、强风化云母片岩等，具体各个土层物理力学指标如表1所示。

表1不同土层物理力学指标

该场地的地下水类型分别为上层滞水以及第四系孔隙潜水，其中，第四系孔隙潜水对于整个深基坑施工产生的干扰性是比较大的，上层滞水包括1层素填土潜水含量，然后是细砂和中沙这2个土层的含水量较大，由于受到大气降水渗透以及周边含水层的补给，以及蒸发地下径流等多种方式排泄地下水位，随季节而发生变化地下水位相对稳定的埋深为1～3m，平均为2m，稳定标高为2～4m，平均标高为2.8m，地下水综合渗透系数长达4.5m/d【1】。

3 深基坑围护体系以及相应的降排水措施

3.1 深基坑围护体系

在工程开挖深度达到8～16m时，开挖范围逐渐扩大，该工程是于7月份开始施工的，在6～9月时水位较高，由于土层含有较大的渗透系数，大量地下水也是施工过程中需要考虑的因素，由于施工周期较短，要求确保施工安全的前提下能够缩短施工周期，采用更为合理的施工控制方案和有效的降排水措施是十分重要的。在本项目中我们结合实际施工情况，利用土地支护并结合方坡开挖的方式，综合采取有效的降排水措施完成深基坑工程施工。首先从深基坑的支护方式上来看，由于在地下室施工过程中需要进行大量土方开挖，选择放坡开挖是比较合适的方式，然而在开挖过程中要求有足够的场地，由于受到场地因素的限制，为确保在施工时边坡的稳定性以及防止周边基坑深层深土体出现位移，便于采用机械式开关，在本项目中主要使用复合土墙土钉墙施工支护和土地墙施工支护这2种方案，结合实际地质情况和周边建筑功能，可以将工程的基坑分为9个断面，其中4个断面采用土钉墙支护施工的方式，而其他断面采用复合土钉墙支护施工的方式。对于4个断面采用土钉墙支护方式的边坡来说，按照1∶0.5或者1∶1的比例进行放坡，可以将土钉成孔直径设为130mm，入射角15°，水平间距为1.5m，可以采用18mm×20mm的钢筋土钉端部能够与2根直径为16mm的钢筋焊接在一起，在坡面悬挂8mm×200mm×200mm的钢筋网，喷射厚度为80mm的细石混凝土作为护面，且坡顶外部向外翻2m左右【2】。针对5个断面采用复合土钉墙支护的边坡来说，下坡放坡率为1∶0.5，而上坡的方坡率为1∶1，土钉成孔直径长达130mm，入射角115°，锚杆成孔直径是150mm，入射角20°，锚杆与涂土钉的间距为1.5m，锚杆的腰梁可以使用2根槽钢，坡面可以悬挂8mm×200mm×200mm的钢筋网，喷射厚度为80mm的细石混凝土，坡顶外部可以向外翻2m，呈现一种内高外低的局面。

为确保整个工程的施工安全，在实际施工时可以采用有效的监测措施，能够对基坑周边土体水平位移、地表沉降以及地下水位变化情况进行实时的监测，严格按照国家有关规定进行支护结构设计，可以使用专业计算机模拟软件利用瑞典条分法，对工程边坡稳定性进行检测，典型基坑计算剖面图结构如图1所示。

图1典型基坑计算剖面图

为确保施工安全可以选择最不利的基坑完成计算，该计算时还需要综合考虑，当地面超载20kN/m2时，计算各个剖面抗倾覆稳定性，要求其系数均大于1.3，而抗滑移稳定性系数高于1.2，这种情况下可满足实际施工要求。

3.2 有效的降排水措施

在实际工程施工过程中，除采用复合土钉墙支护体系，还需要有效地进行地下水控制措施。为确保土体开挖和地下室施工过程中能够长期处于干燥状态，需要尽可能地降低地下水位，并且设置止水帷幕，进而确保基坑底部的地下水处于0.5～1m。在本施工过程中可以采用有效的降水、排水、止水措施进行施工，在开挖前需要对基坑顶部周边设置49口降水井进行有效的降水处理，同时，可以也在基坑底部设置6个积水坑，可实现重力顺渗流排水，利用管钉支护方式与放坡开挖方式进行融合开展，进一步实现基坑壁部封堵以及预埋管泄水引流的工程施工。在降排水时需要结合实际工程情况进行实时调整，在施工方案设计过程中，可以在基坡坡顶水平2.2cm左右的坡内设置1排水泥搅拌桩，桩之间咬合10cm作为止水帷幕，之后考虑到降水效果而且止水帷幕成本较高，最终没有采用该方案。通过实践证明，采用深井降水的方式可满足实际施工需求。

4 施工的要点以及有效的安全控制措施

由于该工程具有较大的基坑开挖面积，而且深度较深，不同地质情况存在一定差异，在整体施工时还需要合理进行工序安排，并且采取有效的安全处理措施，由于基坑挖土时土钉支护是按照步骤有序完成的，因此，在整个施工过程中复合土钉墙和支护系统需要与挖土作业彼此结合，合理安排进行有序施工。在开发过程中还需要逐层进行开发，每次开挖深度应当低于3m，并且严格禁止超挖问题或者没有加固上一层直接开展下一层的开挖，这些都是严令禁止的。挖出支护剖面之后需要及时进行护面操作，防止剖面在外部环境中暴露太多时间，需要有效控制降水速度，防止出现流沙的问题。在基坑开挖过程中需要实时监测，防止出现水平位移超过预设的位移值，一旦超过限制范围时需要及时对边坡位移进行有效处理。

随着基坑挖土逐步实施需要做好土钉墙的支护操作，确保土地支护施工与挖土交叉开展分层施工，基坑开挖前需要擦去预降水，基坑周边深井施工之后陆续进行降水处理，当水位表明基坑周边水位降低到粉砂层时再开展土钉支护以及基坑周边开挖工作，基坑土方在开发过程中还需要结合土钉支护完成分层、分段施工，要求每层开挖低于1.5m深度，分段开挖时长度控制在30m以内【3】。在机械开挖之后，需要及时做好剖面混凝土喷射处理，缩短外部暴露时间。在地下水位以下进行开挖时需要处理明沟集水井排水，控制降水速度，实现均匀降水，如果出现局部流沙时需要采取局部回填处理措施。