富水淤泥地层基坑开挖周边房屋沉降控制施工技术

崔建东，李昌君

（北京城建轨道交通建设工程有限公司，北京 100027）

1 引言

在城市水网发达地区如何降低基坑开挖对周边建构筑物的影响？本文以某车站深基坑工程为例介绍了深基坑开挖过程中采取的几种施工技术，有效地解决了在城市水网发达地区，富水软土地层条件下基坑开挖引起的周边建（构）筑物沉降的问题，为类似工程施工提供借鉴[1]。

2 工程概况

本站为某号线工程新建段第11 座车站。车站位于布匹市场内，周边房屋均为布匹存储库房，大致呈东西走向。车站为地下3 层双岛站台车站，全长271.7 m，标准段无柱段宽21.7 m，车站基坑开挖深度为24.4～27.5 m。围护结构采用地下连续墙（800 mm/1 000 mm），基坑内支撑采用混凝土支撑+钢支撑支护体系，整体为2 道混凝土支撑+2 道钢支撑（扩大段及斜撑为混凝土撑）。

3 工程地质、水文条件及周边房屋概况

工程所在地的地层分布情况：＜1-1＞杂填土、＜2-1A＞淤泥、＜3-2＞中粗砂、＜5N-1＞粉质黏土、＜6＞全风化泥质粉砂岩、＜7-2＞强风化粉砂质泥岩、＜7-3＞强风化泥质粉砂岩、＜8-3＞中风化泥质粉砂岩。

由于车站位于广州市重点地区轻工业区内，车站周边存在大量工业厂房，车站施工用地同样为房屋拆迁后提供的建设用地。车站施工影响周边范围内房屋一共17 栋，详见图1。房屋功能均为布匹库房，堆载较重；房屋基础形式大部分为天然条形基础。

图1 车站周边房屋平面图

周边房屋均为20 世纪90 年代初期村民自建房，后期部分加高或者改造作为布匹库房使用，其中以3 号房屋为代表重点介绍房屋基本情况。3 号房屋为一层布匹库房，混合结构建筑，顶部为轻钢桁架+彩钢，设方钢立柱，立柱下设置1 m×1 m×0.5 m 独立基础，预埋M20 锚栓与立柱固定，外包砌体结构围墙，围墙基础为200 mm×500 mm 钢筋混凝土圈梁。作仓库使用，施工开挖基坑位于该房屋的北侧，距离该房屋26 m。

4 房屋沉降原因分析

4.1 房屋沉降过程

2020 年5 月底，基坑开挖至强风化粉砂质泥岩地层，基底开始出现大量涌水，判断为基岩裂隙水，为确保施工可以继续进行，对基底的基岩裂隙水开始抽排，抽排量约650～700 m3/d。截至2020 年6 月8 日，2 号、3 号、17 号房屋累计沉降较大，其中2 号房屋监测点JGC2-4 累计值为-45.95 mm，累计为黄色预警；3 号房屋监测点JGC3-1 累计值达-43.05 mm，累计为橙色预警，JGC3-3 累计直达-71.34 mm，累计为2 级红色预警，JGC3-4 累计值为-64.56 mm，累计为2 级红色预警，累计为3 级红色预警；17 号房屋监测点JGC17-3 累计为-50.26 mm，累计为黄色预警。从建筑物沉降曲线图可看出房屋在2020 年5 月18 日到5 月28 日期间较为稳定，在5 月29 日沉降速率增大，5 月29 日至6 月8 日均匀沉降。

4.2 沉降原因分析

车站周边房屋基础形式大部分为条形基础，房屋下部淤泥层及中粗砂层较厚，达到9 m 左右。基坑开挖至强风化层后，基岩裂隙水发育，基坑内抽排水使基岩裂隙水压力损失，周边房屋下部砂层内潜水快速补给至岩层，导致淤泥层、砂层失水固结沉降。淤泥层、中粗砂层为松散-稍密程度[2]，有一定的压缩空间。故房屋下部的软土地层淤泥层和砂层失水固结沉降引起房屋下沉。

5 控制房屋沉降的方法

5.1 控制基坑变形

5.1.1 减少每次开挖长度和增加支撑的刚度

钢支撑段开挖长度不得超过12 m（2 根围檩长度），混凝土支撑开挖长度不得超过18 m（2 根支撑），并间隔9 m 架设1根临时支撑（采用同等钢支撑）。临时支撑无须施做围檩，直接用三角托架支托钢支撑作用于地连墙墙面上，即最大限度地缩短开挖面暴露时间。开挖范围内混凝土支撑及腰梁需在开挖结束后3 d 内完成浇筑，混凝土支撑强度达到设计值70%以上时拆除临时支撑。

5.1.2 及时抽排开挖面积水，避免泡槽

这一点在软土基坑施工时尤为重要，软土或者泥岩地层，遇水后迅速软化、崩解，被动土压力迅速降低，对地下连续墙反作用力减小，引起基坑变形。故下雨后或者基坑内出水时需立即组织抽排。

5.2 减少抽排基岩裂隙水

基坑封闭后开挖之前为便于基坑内软土地层顺利开挖应设置疏干井，及时疏干淤泥层和砂层内的第四系孔隙水。疏干井设置深度应超过基底以下至少1 m，由于上文已分析抽排基岩裂隙水会引起基坑外部地层失水引起房屋下部软土地层固结沉降，故疏干井抽水时要严格控制抽水深度，上部软土地层开挖时严禁抽排下部岩层的基岩裂隙水，只需抽排至开挖面或者砂层底部，满足土方开挖作业面无水开挖需求即可[3]。

由于车站内分布大量详勘地质钻孔，车站开挖至下部岩层后，需及时封堵地质钻孔，防止地质钻孔内返水，封堵地质钻孔采用向孔内注入水泥-水玻璃双液浆或者化学浆，注浆深度为基底以下1 m。

基坑土方开挖完成后，需在基底设置盲沟和集水井，明排或引流抽排基底基岩裂隙水，以满足基底防水和主体结构正常施工需求。待主体结构底板完成后，需立即提高集水井内水泵高度，控制基岩裂隙水的水头高度，以控制水位低于底板，达到满足作业面施工的条件，其目的是减少抽排基岩裂隙水。

5.3 对周边软土地层进行回灌

5.3.1 回灌井位置及数量确定

在房屋与基坑中间设置回灌井，以减少基坑内抽排基岩裂隙水造成周边地层失水引起固结沉降对房屋变形的影响。回灌井数量共计10 口，分别于3 号房屋西侧设置4 口，14 号房屋南侧设置2 口，17 号房屋南侧设置1 口，18 号房屋南侧设置1 口，21 号房屋南侧设置2 口。

5.3.2 回灌井设计

回灌井采用正循环钻机打设，钻孔直径600 mm，打设深度13～15 m，以进入隔水层1 m 为终孔原则，主要针对房屋下部的软土地层（砂层和淤泥层）进行回灌，力求达到基岩裂隙水抽排量与回灌量的匹配。井管采用φ273 mm 钢花管，顶部及底部钢板焊接封口，顶部预留入水口与回灌水系统连接，并安装压力表，压力表量程0.1 MPa。

采用专用接头将回灌井口封堵并将接头与主管连接，设置1 根主管，主管采用A150 mm PVC 管，并采用JL-200 增压变频离心清水泵作为动力泵输送回灌水源，主管设置压力表。支管采用A50 mm PVC 管直接与回灌井井口连接，直管设置水表，记录回灌量。

5.3.3 回灌操作

1）回灌前，通过水位观测孔进行水位观测，记录下原始水位后开始注水，当水位变化基本稳定后，可改为每天观测1次。在观测水位的同时对回灌井的注水压力和注水流量做好记录。根据观测水位变化及时调整注水量，以保持水位相对稳定。通长水泵出水口工作压力拟定为0.1～0.5 MPa，具体压力值可根据现场回灌效果而定。

2）当稳定水位监测高于本场地原始数据后可停止回灌，回灌停止后水位下降较大并低于原始水位后即可启动回灌井。

3）先期采用小压力回灌，当潜水水位无法满足目标要求时，或回灌量难以增加时可适当加压回灌，回灌压力不能过大，以免影响回灌井周边地层结构。

4）回灌水源：回灌水源主要以基坑内疏干井抽取的地下水作为回灌水，也可采用自来水作为回灌水。

6 施工效果

6.1 基坑变形效果分析

在同时采取多种措施后，顺利完成基坑开挖见底、主体结构封顶施工，监测结果表明基坑地下连续墙墙体位移最大量为向基坑内方向位移37.92 mm，满足设计要求（设计计算报警值为±50 mm）；支撑轴力最大值为8 129 kN，满足设计要求（设计计算报警值为16 000 kN）；包括地表沉降、墙顶位移、分层土体位移等监测指标变量均在设计允许范围之内。通过各项监测数据表明，软土地层基坑开挖时采取上述控制措施，达到良好效果。

6.2 房屋沉降控制效果分析

基坑自身变形均在设计允许范围之内，故房屋沉降与基坑变形无关。在采取控制基坑内抽排水和基坑外回灌措施后，房屋沉降速率趋于平稳，基坑周边水位上升并趋于平稳，水位波动在±100 cm 范围之内。房屋沉降累计倾斜率均小于设计预警值2‰，房屋外观无开裂、破损，整体安全可控。

7 结语

通过采取控制基坑自身变形、控制抽排基岩裂隙水以及对基坑周边上部砂层进行回灌等施工技术，稳定了软土地层的部分失水固结沉降，成功解决了在城市重点地区富水软土地层条件下基坑开挖引起周边建构筑物沉降的问题，为类似工程施工提供了借鉴。同时，该方法减少了在城市水网发达地区拆迁占地或临时搬迁的工作量，节约成本，缩短工期，为城市重点地区明挖基坑施工积累了宝贵经验。