超厚高透水性砂层城市深基坑施工技术研究

2021-06-19毕大博

建筑与装饰 2021年16期

毕大博

建设综合勘察研究设计院有限公司北京 100000

引言

城市基坑工程建设具有较大的难度，深基坑位置大多处于比较复杂的环境中，周围有大量的建筑或市政设施，所以在基坑开挖过程中应重视周边建筑物或各项基础设施的安全。尤其是在超厚高透水性砂层地质施工中，应做好相应的防护措施，避免引发不必要的安全事故。基于此，在具体施工过程中科学应用深基坑施工技术就显得十分重要，不仅可以为施工安全提供保障，而且还可以有效促进施工进程的加快，节省施工成本，所以应不断加强对超厚高透水性砂层城市深基坑施工技术的研究[1]。

1 工程概况

本项目是某城市地下商业街修建工程，总长度为587.54m，宽度为24.00m，净高为4.6m。此工程全部是地下建筑物，经研究决定采用明挖方式进行建设。基坑开挖面积约为26300m2，基础埋置最深位置是﹣6.54m，周边建筑物数量较多，建筑物离基坑开挖位置最近为7m，而且地下铺设着大量的排水、燃气和通信管道。水文质地情况也比较复杂，通过现场勘测发现地下70m深处分布着承压水，承压水的正水头高度是4.0～9.0m。上部地下水类型为空隙潜水，含水层厚度为19m，地下40～70m的位置分布着多层细砂隔水层，上部潜水和下部承压水没有水力联系。此种地质环境为施工作业带来较大阻碍，较厚的砂层让止水帷幕的施工作业难度增大，施工场地面积较小，维护结构施工困难，而且工程处于城市中心繁华地段，对基坑变形提出较高要求。

2 无止水帷幕的深基坑降水施工技术

2.1 确定施工方案

通常情况下，在基坑开挖过程中为了避免受到地下水的影响，需要将止水帷幕设置在基坑周边。由于此区域具有较厚的砂层，而且还含有夹层，使得止水帷幕设置工作难度加大，对止水帷幕的施工质量也带来影响，存在着工期延误的风险。因此，经研究决定使用无止水帷幕的深基坑降水施工技术，在施工之前制定了完善的施工方案，将工程安全作为重点关注内容，在此基础上开展施工作业。

2.2 布置降水井

以地下水分布情况和基坑形状为依据，确定了降水井的数量和具体分布情况，本项目利用井点群井降水方式，对降水井的深度进行了合理调整，并根据地下水的流向确定了基坑长轴方向，使二者方向保持一致，此种设计可以在一定程度上缩短施工周期。把降水井布设在支护桩中心线向外1.6m等间距位置，由于基坑的长宽比具有较大差异，整个基坑接近于长方形，这样容易使降水封闭基坑形成[2]。为了方便降水井施工钻机的安放，在支护桩中心线向外1.6m的位置设置降水井，降水井深度为16～17m，全部降水井数量为137个。以施工现场条件为依据，确定注水井布置数量和观测井数量，并确保观测井和注水井交叉布置，在基坑内部设置了集水井，起到辅助排水的作用。

3 深基坑开挖和抗浮施工技术

3.1 基坑支护形式

根据观测到的降水数据信息分析，基坑开挖施工作业在地下水位降到基坑底部以下一米范围时开始进行，由于受到场地环境和条件的制约，采用支护桩和预应力锚杆相结合的复合支护形式，支护桩采用长螺旋钻孔灌注桩后置钢筋笼的施工技术，为了提升施工质量，在实际施工过程中采用了下面几种技术控制措施：第一，为了避免出现混凝土堵管的情况，选用的是具有较好和易性的混凝土，坍塌度18～22cm，粗骨料直径在0.4～1.3cm之间，外加剂应根据实际运输距离酌情添加。泵送混凝土工作需要保持连续性，中间不可断开。当钻机需要移动位置时，混凝土料斗内的混凝土搅拌工作应继续进行，为了防止空气进入而导致堵管现象发生，应确保料斗内混凝土的高度不可低于400mm。第二，严格控制桩顶标高，结合分析地质报告中的土层深埋情况，将每根桩需要用的混凝土数量计算出来，还应保证混凝土充盈系数大于1，在桩身做好标记，严格控制桩顶标高。为了避免孔内有土体进入，应及时清除孔口部位的积土。第三，制作并安装钢筋笼，应严格控制钢筋笼材料的质量，确保能够满足相应的设计要求，验收工作也要严格遵循国家工程质量标准要求。验收合格之后，将导管放进钢筋笼内，让导管、钢筋笼和振动锤三者之间相互连接，然后在使用起重机将振动锤和钢筋笼吊起，让钢筋笼保持垂直，慢慢下放到刚成桩的桩位，随后启动振动锤将钢筋笼打入地下，直至达到设计标高为止，需要注意的是在导管提升的过程中不能让振动锤停止[3]。为了降低钢筋笼的变形程度，在实际吊运过程中需要在起吊点增设起吊杆，这样可以让起吊点的受力面积增大，在起吊过程中还要关注钢筋笼的垂直度，随时进行调整。

图1 深坑基坑现场支护

3.2 深基坑开挖

需要在基坑围护结构设计指导下开展基坑开挖作业，施工过程应严格遵循工况发生的先后顺序，基坑开挖采用的是分层、分段方式，具体开挖顺序如下：第一层土体同时进行四个施工区段开挖作业，然后同时开挖第一施工区段和第二施工区段的第二层土体，再开挖第一施工区段的第三层土体。当第三层土体施工结束后，接着进行第二施工区段的第三层土体开挖，最后同时进行第三施工区段和第四施工区段的第二层和第三层土体的开挖作业。

3.3 深基坑抗浮施工技术

在基坑施工过程中，配重抗浮、抗拔锚杆和抗拔桩是三种比较常用的抗浮措施。通常情况下，断桩和缩颈等质量问题多存在于抗拔桩施工过程中，而且抗拔桩方法的施工成本比其他两种方法高。在抗拔锚杆设计过程中有可能会出现结构自重无法得到充分应用的情况，使得成本增加，并且容易发生安全事故。配重抗浮与上述两种方法相比来说，具有十分明显的应用优势，能够很好地避免上述问题，施工成本较低，而且具有较高的安全性。因此，通过对比本工程最终决定选用配重抗浮施工技术。

因为本工程施工周期较短，为了节省施工时间，在人防工程进入结构底板施工阶段时，施工人员总结以往施工经验，经过研究讨论最后决定在底板下部设置结构抗浮配重体，如此一来不仅节省了施工需要的时间，而且还提升了施工过程中的安全性。抗浮配重体的设计工作是根据施工现场的实际情况进行，详情如下：①配重体的轴线位置和混凝土的强度等级保持不变，将配重体由顶板上部垂直移动到底板下部。②利用连接插筋的方法将配重体和结构底板连接起来。③利用双向布设配筋方法开展配重体的水平分布工作。④将加强筋设置在结构的高低差位置。在结构抗浮配重体施工完成后，通过监测分析得知，将抗浮配重体移到底板下部的措施取得了不错的效果，说明这种施工方案是行之有效的。

4 监测和分析

4.1 降水监测和分析

在无止水帷幕的情况下开展基坑开挖工作，可能会发生地下水渗流的问题，导致基坑周边土体出现固结沉降现象，对正常施工过程造成严重影响，基坑施工和原有建筑设施的安全性得不到保证。所以，在基坑降水过程中，需要做好地下水位的监测工作，并将监测到的数据信息记录下来。通过对监测数据信息进行分析可以发现，虽然存在着水位差较大的情况，但应用了回灌施工技术之后，能够让地下水位的变化波动明显降低，从而为基坑降水施工安全提供了保障。

4.2 沉降监测和分析

因为在基坑周边有大量的建筑物和管道分布，所以在基坑开挖过程中应做好基坑周边沉降现象的监测工作，一旦发现有沉降迹象，就要及时采取相对应的措施进行加固，避免基坑开挖导致周边建筑物发生沉降现象带来严重的损失。通过分析得知，在基坑开挖过程中基坑周边沉降量较小，最大沉降量仅为2mm，由此判断基坑开挖不会影响到周边建筑或设施的安全。