富水粉砂地层异形深基坑施工安全控制技术研究

孟 振 韩 磊

1深圳市罗湖区建设工程监管和住房保障中心 广东 深圳 518000 2中国建筑第八工程局有限公司 上海 200122

我国国土面积辽阔，地形地质多种多样，其中，富水粉砂地层砂粒含量达30%以上，其具有含水量大，孔隙比大，承载力小，流动性大，自稳性差等特点，在这种地质环境下施工，存在较大的施工安全风险隐患，任何一个环节的失误都有可能导致施工失败，甚至造成重大事故。富水粉砂地层施工安全控制，是地下工程施工安全控制的重点。深基坑围护是常用的加固和保护措施，具有技术要求高和操作复杂的特点，其能保证地下结构施工和基坑周围环境安全，提高地基的稳定性，减少不良地质对地基的影响。富水粉砂地层条件比较复杂，地质会受到水文、施工等各种因素的影响，而异形深基坑工程的涉及范围比较广泛，容易造成深基坑周围地基变形等，因此，必须要加强施工安全控制，保证深基坑工程的质量和效益。

1 异形深基坑支护体系的选型

异形深基坑通常规模不大、深度较深，富水粉砂地层深基坑支护体系的选型需要严格遵循如下原则，即结构刚度大、变形小，具有良好的连续性和止水性，施工设备当地易找到、支护桩能自由组合。支撑圈梁、支撑梁、顶撑梁等通常选择钢筋混凝土或型钢、钢管等材料，可有效保证支护保证体系的安全性和可靠性。支护桩通常选择柱列式灌注桩、排桩加水泥旋喷桩止水支护等。用于支撑的圈梁可选择钢筋混凝土、钢管、工字钢等支撑系统，如果是应用钢管支撑，钢管的长细比要小、相关构件要粗壮。如果是非圆形平面结构的支护体系，还需要在其转角处放置八字撑来进行辅助支撑[1]。

2 工程概况

某城市地铁两站区间，基坑需要开挖的深度是15.76m～17.5m。地下一层放坡开挖宽70m～90m，开挖深度8.4m；地下二层基坑地下车库段宽30.95m，剩余段宽 11.9m～24.1m，基坑开挖深度是8.0m～11.5m。深基坑开挖方法采取的是明挖法。在基坑开挖深度范围内，通过分析，发现地质构成主要是砂质粉土、杂填土、砂质粉土夹粉砂等，整体土质结构比较松散。施工长度周边有宽约 8.5m、深约1.1m的河道，河岸处的土质主要为粉（砂）土，具有良好的透水性，同时，地下水水位埋深较浅，水位变化经勘测，幅度较大，且地表水与地下水在水力方面联系紧密[2]。

3 异形深基坑施工安全控制技术

3.1 基坑监测

基坑工程监测是对异形深基坑工程设计方案正确性进行检验的重要手段，也是确保基坑施工成败的关键，加强基坑监测才能为正确施工提供保障，避免发生施工安全事故。从大量的基坑工程安全事故中可知，很多事故的发生都与监测不准确或不力有直接关系。案例工程在支护桩顶设置了对称的四个水平位移观测点、四个水位观测孔。基坑监测点布设2d后，由专业人员负责读测原始值，每日不少于2次。在深基坑开挖后，读测频率变为1d一次，基坑开挖完成进行结构施工后，变为每3d一次。

3.2 降水井施工及布置

异形深基坑开挖前20d，施工单位要应用基坑内的井点进行预降水，然后再进行排水。井深为H+5m，此处H表示开挖的井点的深度，井点需要降到基坑底板下3m深处。实施预降水后，要对水位进行观测，当比原地下水位降低0.5m后，需要再进行补水。基坑开挖过程中，当达到基坑设计标高后，就每隔400m2在井点管位置设置一个底板泄水孔，并将井点管拆除。降水井的底部一般应有1.0m左右碎石或碎石砂砾填料，完成基坑顶板覆土及内部铺砌施工之后，再对底板泄水孔进行封孔[3]。

在降水施工设计方面，当完成围护结构施工，同时，连续墙混凝土的强度也能满足设计标准，就进行基坑降水，管井采用井深H+5m、直径700mm的管井及273钢管。沿着基坑中线两侧、地下连续墙两侧线型设置管井，避开底梁及支撑位置，管井之间的距离应达到16m。在案例工程中，疏干井设置506口，井深在9m～16m之间。进行降水作业前，需要对静态水位进行测量，抽水设备、电缆和排水管道等也要设置好。降水深度控制在作业面以下0.5m～1m为宜，在施工中要密切观察水位变化和周围地面沉降情况，合理控制降水强度和深度，避免发生过度降水的情况。如果有必要，可采用补水回灌技术来对土壤固结度和地面沉降量进行改善[4]。

在施工过程中要密切观察支护壁漏水情况，及时针对性的措施进行止水堵漏补强。先进行试运行，对降水效果进行验证，并对排水系统的畅通性进行检查。抽出的水要排放到市政管网中，这样可以放置抽水出现就地回渗的情况。排水主要是将地表和坑内集水排掉，除了拦截地表水外，还要注意周围地下管网截流和改道的情况。与地表水相比，地下水对异形深基坑工程施工的危险更大，因此在制定止水方案时，需要综合考量深基坑工程的防水、降水和排水问题，结合地质勘察结果对地下水的成因进行深入分析，将排、降、堵有机结合起来，以提高排水的效果。

3.3 三轴搅拌桩施工

设置止水帷幕桩时，应当沿基坑放坡坡顶一周进行设置，采用套接一孔的方式。止水帷幕桩直径0.85m，咬合0.25m，间距0.6m，加固深度25m。开始对地下连续墙进行施工前，需要沿着地下连续墙的墙体两侧设置三轴搅拌桩，如果实在加固区域，需要沿着基坑周边进行设置。如果深基坑坑底局部存在淤泥，需要进行相应的坑底加固施工，采用裙边(4m)+抽条(4m+4m）的形式进行加固，加固深度应达到坑底3m处。回掺应控制在坑底至6.0标高范围内。对于坑底～冠梁顶区域，可掺量10%水泥对其开展弱加固。

3.4 地下连续墙施工

地下连续墙是异形深基坑围护结构，在案例工程中，依据基坑形状布置286幅。地下连续墙的成槽深度在25m～45m左右，标准段长度为1506m，标准幅宽6m，在这其中，墙厚为800mm，空钻为5m。检测地下水位时，为了能全面掌握施工场地及周边的地质水文状况，需要在施工前加密地质水文钻探点，这样可以较为准确地对地层剖面和含水层的地下水位、岩性、埋深等情况进行掌握；测定含水层的水质，需要采集岩土样品和水样，同时还要对岩土含水层的水物理性质进行测定。富水性和水文地质参数，需要通过水文地质试验来获取。对地下水动态的监测，可利用钻孔进行。

槽段开挖分为标准槽段开挖和异形幅槽段开挖两种，在标准槽段开挖中，要结合开槽机的开口宽度和开槽段面长度进行施工，以确保成槽机切土时两侧条件保持平衡，用超声波测壁仪控制开槽的垂直度，使槽壁达到垂直的要求。在案例工程中，标准槽段长度设计为6m，施工方法选择跳槽法进行开挖。施工作业时，按施工顺序及各槽段上的油漆标记进行抓土，为了避免发生坍塌，还要及时补充泥浆，泥浆液位需要高于地下水位＞1.0m。利用开槽机纠偏装置控制好垂直度。对于异形幅槽段，案例工程中地下连续墙的异形幅有2种，形状全部是“L”形。如果有槽段超挖的部分，应在钢筋笼下放完后，对超挖部分填充土袋和接头箱，起到加固作用。成槽后还要对槽位、槽宽、槽深及垂直度等进行检查，确保成槽质量达到预期目标。如果检查合格，则可进行清底。墙体施工完成后，使用开槽机从一端抓到另一端清理孔底，一直清理到设计标高。在此基础上，再使用超声波壁厚仪对成槽的垂直度进行检测，使用量具、量锤对槽位深度、精度长度进行检测，最后依据检测结果进行修正。开槽深度为20m时，检测一次垂直度，槽深达到设计高度后复测一次。依据检测得到的波形曲线，来确定下一步是降下钢筋笼或修补槽段。

在接头防水处理方面，案例工程地下连续墙选择400mm×646mm工型止水钢板来进行防水。钢筋笼主筋与止水钢板采用焊接方式进行固定，同时止水钢板还将作为端头封堵板。进行墙趾注浆时，每幅地下连续墙设置2根注浆管，将其插入墙底0.8m处，设定的注浆范围是墙底下1.5m。在施工前需要通过试验明确注浆压力，合理控制压力将有助于降低墙体的竖向沉降发生几率。注浆过程中，要密切监测墙顶隆起情况，墙顶隆起不能大于1cm。注浆后3～5d，墙体混凝土初凝，之后再通过注入少量清水来对管路进行疏通，当17～20d左右，墙体混凝土强度达到70%后，再次开始注浆作业。

4 结束语

综上所述，富水粉砂地层异形深基坑施工存在较大的安全问题，受不良地质的影响，施工也较为复杂，为更好地保证施工安全及工程质量、效益，在实际施工中，要结合工程实际，选择有效的施工安全控制技术，提高施工的安全性和可靠性，促进施工顺利进行，以缩短工期，降低工程投资。