富水砂卵石层深基坑支护技术研究

摘要：富水卵石层是当前地下工程建设过程中普遍面临的问题，受制于富水卵石层实际特点，在相关地区进行基坑开挖作业过程中极易出现较大程度的底层变形，这种情况会大幅降低基坑安全性，本文所提及的工程在富水卵石层进行基坑挖掘作业中出现了涌砂和涌水现象，其对富水卵石层深基坑支护技术提出明确要求。因此本文以该工程为例，结合对富水卵石层深基坑施工特点研究与分析，提出其在实际工程中的应用，如基坑的止水和降水设计、基坑开挖过程中的降水设计和富水砂土层和隔水层降止水有效措施等内容，以供进而为保障深基坑支护技术的施工质量提升做出技术保障。

关键词：富水卵石层;深基坑挖掘;支护技术

中图分类号：U415.6

0引言

在当前我国城市化发展进程不断深化背景下，各类地下工程数量逐年提升，各类基坑工程数量也随之提升。其中最具代表性的工程为地下过街通道明挖深基坑工程，此类工程在实际作业过程中对周边建筑、管线具有直接影响，一旦挖掘作业过程中出现事故极易导致施工地区出现大面积地面位移或沉降，不仅对深基坑安全性造成严重威胁，同时也会威胁周边建筑安全性。这种威胁会在面对富水卵石层等特殊地层时愈发严重。考虑到富水卵石层存在结构松散、渗透性较强、粘聚力较低等特点，实际作业过程中受地下水渗的几率较大，进而引发突涌及地层坍塌问题，同时此类事故还会导致基坑边缘出现地基下沉情况，可能导致周边建筑坍塌或倾斜，威胁群众生命财产安全。因此，加强对富水卵石层深基坑支护技术的研究具有重要现实意义。

1富水卵石层深基坑施工特点概述

1.1施工引发地表沉降

通过对当前深基坑挖掘作业进行分析可知，随着基坑降水作业及开挖作业逐步开展，施工地点周边地表逐渐出现沉降现象。根据施工地周边设置的监测点所收集数据，可以总结出施工各阶段结束后地表沉降结果。受富水砂卵石层低黏聚力、高渗透性等特点影响，在相关区域进行作业引发的地表沉降值与影响范围相对较大[1]。从实际情况分析沉降位置与围护结构距离呈正比关系，距离越近沉降范围越大，沉降曲线越陡，导致这种情况的主要原因在于砂卵石层黏聚力较低，与围护结构之间的摩擦力较小，直接导致制约土体下沉能力直线下降，因此可得出结论，与基坑围护结构距离越近，土体沉降量越大。

1.2施工地区渗流场分布情况

随着工程深基坑开挖作业与降水程序逐渐深入，坑外地下水位也随之下降，进而在施工地点周边形成运动渗流场，土体中的孔隙水压力不断降低，孔压分布不均匀。地下水流动趋向可以通过渗流速度矢量分布显示，考虑到坑内外水头差因素，基坑外速度矢量直线基坑内部，在富水砂卵石层深基坑连续降水作业过程中，深基坑内部土体会在渗透水流作用下出现沙粒在孔隙中移动情况，并在此过程中不断被水流带走，土体孔隙不断扩大，水流速度不断提升，在渗透水流作用下土体中细颗粒在粗颗粒形成的突袭中不断移动，最终导致基坑土体内部形成空洞，该空洞的面积会不断提升或流失，引发流土、管涌等渗透破坏，最终导致深基坑作业过程中出现地层坍塌、基坑坍塌等安全事故[2]。

1.3渗流压力分析

根据实际工程建设情况分析，渗流压力与水力坡度成正比关系，基坑围护结构在不同开发深度会处于不同情况。考虑到季节性降水对地下水的影响，微承压性会存在一定差异，而此变化会导致深基坑建设过程中出现渗透破坏的可能性大幅提升。随着降水作业及开挖进程不断推进，基坑围护结构两侧的水力坡降增大，渗流力最大值分布在连续墙嵌固深度范围内偏下处，基坑开挖深度愈大，渗流力越大，这也与流速矢量分布一致。除此以外，随着基坑围护结构嵌固深度不断提升，地下水渗流路径也随之提升，水头损失也不断增大，渗流速度不断减少，渗流压力也随之减小[3]。

2富水卵石层深基坑支护技术在工程中的具体应用

2.1工程概况

本工程为某下过街通道工程，整个通道呈现反“丁”字型布置，南北两侧共设置3处出入口，其中北侧有两处出入口，南侧有一处出入口。过街通道总长约204.1m，其中主通道长约67.4m，北侧出入口总长（含部分工作井）82.6m，南侧出入口总长（含部分工作井）54.1m。而过主街道全长为58.5m，采取矩形的顶管施工作业，埋深一般在9.08m。其围护结构主要以土体加固法为主，以钻孔灌注桩为辅。

在本工程內部设计的土层包含①-1、①-2、②-1b2-3、②-1d3-4、②-2b4、②-2d3-4。其中在工程场地内部的地下水分布情况为：孔隙潜水部分主要分布在①层和②-2b4层，而仅3-5年的最高地下水位埋深大约在0.5m，微承压水主要在②-2b41-2和②-5d1层的粉细砂中，水体排泄的方式主要是以侧向渗流为主。结合道路标准规范的相关要求，水文地址资料所标注该工程微承压水位埋深2-3m，标高为+4m-+5m之间。其具体的地层情况如表1所示。

2.2基坑降水止水设计

在本工程的通道基坑中，1#、2#位置采取SMW、 850@600mm的工法桩作为主要的支护桩，并且其兼具止水帷幕的作用，整体桩体长度为6-21m，坑内采取该型号的三轴泥搅拌桩为主要的加固部件，整体桩体长度为3m，另外设计端封墙措施，采取该型号的三轴深搅桩，桩体长度为6m。

3#通道的围护采取 1000@1200mm的钻孔灌注桩体加上SMW、 850@600mm的工法桩进行支护设计，在坑体内部采取三轴水泥土搅拌桩满堂地基加固形式，在钻孔的桩体外部采取三轴水泥土搅拌桩进行止水作业。同时下井管采用钻机的卷扬装置，采用井托法逐节吊放，井管的连接采取竹片，利用8号铅丝绑紧，绑扎间距为1m。需要保障井管的顺直，在井孔内部居中。滤料需要从管井的周围均匀填入，避免将井管挤扁。利用钢丝网将井管包好，包扎至-2.0m为宜。

2.3基坑开挖过程中的降水设计

本工程在1#、2#通道设置降水井和回灌井，在3#通道处设置接收井和降水将，并且井深均为原来地面到基底以下6m。同时为了满足施工工期要求，需要先采用规格为20-80T扬程的30m深井潜水泵，其布置方式需要结合现场实际地下水位进行调整。随后结合降水井的设计要求，拟选择YQ型潜水泵，流量为60-80t/h，扬程高于30m，降水泵功率前4个月采取5.0kW型号，在后8个月采取3.5kW型号。如果在施工期间遇到降水，则需要24小时值班作业，分布情况为每天3台班或者每天6人。

2.4富水砂土层和隔水层降止水有效措施分析

（1）1#通道垫层管涌降水措施。在基坑的北侧设置3口30m深度的降水井，并以涌砂和涌水点进行中心布置，将降水井下降到地面②-4d1-2层中11m。其中降水井孔径为1m，管径为60cm。随后将3口降水井一同启动，将地下水位降到基坑下部的1m左右位置。

（2）2#通道涌砂涌水止水措施。沿着2#通道的12m长度SMW工法桩内侧向东1m位置，南北横向打出一排拉森钢板桩，并且其与工法桩体的间隙位置各施打3根高压旋喷桩，进行搭接位置的要和，将通道进行闭水封闭设置。当2#通道的基坑被再次开挖后，可以有效的控制涌砂涌水问题，并注意开挖期间需要利用注浆方式来对其轻微的漏点进行封堵，避免高压旋喷桩出现事故和问题。

2.5富水卵石层支护技术分析

基于本工程实际需求，选择土体加固法作为其支护技术进行施工围护，保障施工安全。首先在地下工程建设过程中需要对基坑进行加固，尤其是在富水卵石层基坑开挖作业中，如果缺失相应的加固措施，施工过程中基坑外部地下水会向基坑内部渗透，并在基坑底部形成降水漏斗，尤其是在坑角位置相关表现更为明显。在此情况下，基坑坑壁稳定性会大幅下降，同时也会引发基坑周边区域出现地基沉降问题[4]。因此，通常情况下施工团队在实际作业过程中需要采用注浆工艺对土体进行加固，通过将以水泥基为主体的浆液材料注入施工区域地层中，利用浆液凝固硬化形成的加固层及止水层形成支护效果。

在相关试验结果分析中指出，加固后基坑坑壁土体渗透系数会随着注浆孔距的增加而增加，加固效果也会随之下降，根据实际研究发现，采用单液浆与双液浆进行加固同样受此效果影响。同时，在试验研究过程中还对注浆作业过程中的各种参数对最终加固效果的影响进行研究，并得出结论，超细水泥浆与砂卵石层的结合性较好，可以有效提升夹力注浆效果，同时注浆半径也得到有效提升[5]。当前阶段，应用最为广泛的基坑支护方式为注浆加固，并衍生出wss工艺、tss管注浆工艺等多种工艺种类，并通过对相关数据进行科学计算分析，对注浆压力、半径等方面进行深入研究，并得出支護技术实际效果受工艺影响。

3结语

综上所述，在富水卵石层进行基坑开挖作业过程中，受富水卵石层结构松散、渗透性较强、粘聚力较低等特殊的物理特性影响，如果在是实际施工过程中未能做好相应支护措施，会大幅降低基坑施工安全性。通过对当前常见的支护措施可以得出以下结论：第一，土体加固及设置止水帷幔法是当前比较常见的支护辅助措施，多数富水砂卵石深基坑施工作业主要采用上述两种技术实现止水、加固目的，提升施工安全性;第二，考虑到施工区域的差异性，难以形成统一的标准，因此施工单位在实际开始作业之前需要针对实际情况进行数值模拟计算于分析，由于数值具有针对性，因此施工单位在实际采用土体加固的注浆工艺过程中尚需要进行探索;第三，当前阶段，我国在富水砂卵石层基坑支护技术及相关施工工艺尚存在较大优化空间，从实际发展情况分析施工单位在施工前期进行数值模拟计算时所取数据往往与实际情况存在一定差异性，因此施工单位应注意模拟计算中存在的误差。

参考文献：

[1]何蕃民、彭涛、邓安、李耀家、杨华斌、杨连枝.临河富水砂卵石层深基坑降水方案分析[J].科学技术与工程，2020，537（32）：307-314.

[2]戴志仁，王俊，李小强，等.富水砂卵石地层矿山法隧道若干关键技术研究[J].铁道建筑技术，2019，319（12）：97-103.

[3]赵风楼.富水砂卵石地层地铁暗挖施工地下水防治技术[J].天津建设科技，2019，029（002）：27-31.

[4]戴志仁，任建，王俊，等.砂卵石地层矿山法隧道近距离穿越既有线关键技术研究[J].北京交通大学学报，2019，43（04）.

[5]潘世强，邓俊.富水砂卵石层深基坑近接建筑物安全施工控制技术研究[J].公路工程，2018，43（3）：173-178.

[6]庞建勇，姚韦靖.松散富水砂卵石层注浆模拟试验及其工程应用[J].地下空间与工程学报，2019，15（4）：1156-1163.

作者简介：贺诚（1990-），男，甘肃定西人，汉族，工程师，本科学历，土木工程专业，主要从事结构专业设计工作。