浅谈复合重力坝围护施工质量控制

姚士威，王家岳，刘 聪，邵珠令（中建八局第二建设有限公司，上海 201313）

0 引 言

重力坝是由水泥搅拌桩组成的具有重力作用的防渗墙。它既有很好的防渗性能，又有很强的挡土能力，因此被广泛使用。在软黏土地层中，7 m以下的基坑通常采用水泥土重力式围护结构，但其所占的空间大，而且对变形的控制功能不强。在基坑周边场地不能满足传统的水泥土围护要求的情况下，通常需要在围护结构中加设内撑板，采用复合重力坝围护，确保基坑的安全。

随着我国城镇化进程的加速，城市地下空间的深度开发与利用日趋复杂化与多元化，基坑工程由于其工程规模大，基坑深度不一，对周围环境的防护要求也不尽相同，因此，采用单一的支护方案难以同时兼顾安全、经济和工期[1]。在这种条件下，采用复合重力坝围护，更显经济、更具合理性。本文结合某深基坑项目（以下简称“项目”）实例，对深基坑围护结构的施工方案进行确认，并提出主要的工艺步骤及控制点，以供后续同类工程借鉴。

1 项目概况

项目为群体性的高层住宅，地下结构1层、局部区域2层。项目基坑的面积为48 000 m2，其平面形状为不规则的长方形，如图1所示。一般情况下，地下1层井深为4.95 m，2层井深为9.20 m。基坑周围的环境状况较为复杂：东侧和南侧是已经修建好的市政道路，在路面下面有大量的市政管道，距基坑的最小间距为3.40 m；西面和北面都是经过修整的城区河流；土地红线和基坑之间的距离非常接近，只有3.70 m。

图1 基坑平面及周边环境

项目所处地貌属于沿海平原，对基坑产生影响的主要是浅部的潜水地下水。根据勘察报告，静态地下水埋深在1.08～2.06 m。因此，设计考虑0.5 m的地下潜水位。在北边靠近基坑边界的地方有暗浜，呈东西方向，暗浜深度范围约1.1～1.6 m，宽度范围约1～10 m，主要的填充物是黑色泥土、沙子，土质较差，需注意防范相关风险。基坑围护结构的设计参数，如表1所示。

表1 基坑围护设计参数表

2 基坑围护设计

基于项目的独特性质，采取分区顺序作业的整体施工方案，旨在达成保证安全性，控制成本和简化工序等目标。综合周边地块的用途与保护要求及各个区域下的开挖深度等因素，采取复合重力坝的支护措施。地下1层区域根据情况选用自立式围护结构，局部地下2层区域采用板撑式围护结构。为应对基坑位于不同的地下室层次，本文将其划分成靠近1层和2层的2个区域。所有工作均依序展开，遵循从下往上的挖掘步骤并各自独立实施，尽可能控制基坑的各项变形，保护基坑周边构筑物等环境，以达到缩减基坑外露时间与面积、限制沉降变形的程度以及维护周边生态的目标[2]。

2.1 地下1层区域

地下1层区域整体开挖深度为4.95 m，局部加深，基坑面积35 000 m2。因项目西侧、北侧区域用地红线距基坑边线较近，最宽处只有4 m，施工间距无法满足放坡开挖的条件要求，但在实际施工中，斜拉桩支护施工过程较为烦琐、施工时间长、施工成本高。综合考虑各项情况，结合项目深基坑现场实际情况以及项目进度，决定采用水泥土重力式围护墙的围护形式；同时在基坑周围采用了一种被动区域桥墩加固方式。为保证围护结构的完整性、稳定性及其他方面的需要，在围护墙的迎坑面间穿插型钢。地下1层区域围护结构剖面布置图，如图2所示。

图2 地下1层区域围护结构剖面布置图

2.2 地下1层临近周边道路区域

地下1层空间东、南紧邻市区交通干道，地下埋有大量的市政管道，属于二级环保标准。为降低基坑开挖过程中对周围环境造成的冲击，项目围护结构采用双排钻孔灌注桩，桩径φ700 mm，间隔2 000 mm，并且根据计算在灌注桩顶及中间设置钢筋混凝土梁，和水泥土搅拌桩构成一个整体。该结构可以有效提高墙体的横向刚度，增强墙体的整体抗变形性能。这不仅有利于基坑的稳定性，而且有利于控制基坑的变形，还可减小基坑施工对周围环境的影响；同时，由于不需要内部支承，便于施工，大大缩短了施工时间。

2.3 局部地下2层区域

局部地下2层区的挖掘深度平均为9.2 m，基坑面积为13 000 m2，该地区的外围与主干道接壤。在该区域内，基坑的止水帷幕使用的是三轴水泥土搅拌桩，围护结构是钻孔灌注桩，并且在上下设置2道钢筋混凝土水平支撑，形成完整的围护结构体系。基坑中的被动土用搅拌桩墩进行加固，围护桩与加固体间的间隙用高压旋喷桩进行充填。目前，该技术已较为成熟，且对周边环境影响较小。支护桩具有很高的刚性和控制变形的能力；同时，与外挡水板的隔水性相结合，能够满足围护结构的抗渗要求。通过对双撑、角撑的平面布置，配合围护结构栈桥的设置，有利于土方开挖，加快基坑的流水施工，缩短施工时间。地下2层区域围护结构剖面布置图，如图3所示。

图3 地下2层区域围护结构剖面布置图

3 围护体系施工控制要点

3.1 确保水泥土置换率

水泥搅拌桩的强度和桩身质量直接受到水泥土置换率的影响，如果未达到设计要求，强度无法保证，将会对围护结构整体的稳定性造成一定的影响，从而无法保证基坑的施工安全。

在围护结构施工过程中可采取下列方法提高置换率：

通过抵挡作业，控制下搅和提升的速度，同时，增加机械搅拌喷浆的次数，并且严格均匀地搅拌、喷浆。另外，充分进行搅拌水泥浆并确保施工过程中在搅拌、稠度以及温度等方面达到设计要求后，再进行输送[3]。

3.2 确保合理的水灰比和掺入比

水泥拌合料的性能及成排打桩的质量取决于2个主要因子，即水灰比和水泥掺入量。由于该项目建筑基础的特殊性——其底层填充了大量的沙砾以及含有大量淤泥质的土壤，这种情况在施工之前需要进行严密的实验室测试以调整最佳混凝土配比[4]。此外，还需要对该段地下水的深度有足够的了解，以确保能够顺利打入数米深的水平钻孔。通过对砂层和淤泥层进行分离，并进行适当的试验，找到合适的水泥含量和水泥混合材料的比例，以符合水泥搅拌桩的设计强度要求，同时确保在施工过程中的输浆管通畅，防止不必要材料的浪费情况。

项目基坑中采用水灰比为0.55∶1、0.55∶0.6，掺入比为12%、13%、15%的配合比进行成桩试验。最终选择水灰比为0.6∶1、掺入比为12%进行正式桩施工。

施工过程中必须认真遵照特定的比例来混合水泥浆料，并持续不断地搅动直至均匀分散，且每一次至少需要保证3 min以上的搅拌时长。

3.3 保证墙体的连续性

为了保证水泥搅拌桩围护墙在基坑开挖时基坑变形的稳定，各桩之间需要有效地连接成整体。因此在搅拌桩施工的过程中，特别注意水泥土的有效连接，避免冷缝的产生[5]。

（1）为了确保水泥土柱之间形成有效的连接并在硬化后得到充分的结合，应该安排合理有序的水泥搅拌桩施工程序，同时考虑工时、场地布局和机械效率等因素。

（2）在建造的过程中需要紧密地按照计划中的构造方式接连拼装，同时需要通过准确的检查和测量手段来确保每一列之间的施工线都是符合要求且是均等的。

（3）机械24 h不间断施工，确保桩体间的搭接强度满足设计要求，保证水泥土搅拌桩的整体性。外界条件造成施工间隔的，要错位搭接。

（4）为确保工程品质优良，工地设立有专职的检查员，对每项工作进行全天的检验与督导，任何未达标准的步骤都将无法实施下一步操作程序。

4 基坑降水措施

4.1 基坑降水井的布设

项目采用真空负压的方法降水，能够加快孔间水的渗流速度，同时也能减少管井数目，节约工程投资。根据过去的工程实践，各水井间的间隔应为15～20 m，每一水井的排水面积应为300 m，并且要保证各水井的有效半径是相交的。井下管道使用的是直径为350 mm、过滤管道缠绕钢丝网眼的混凝土管道。井深10 m，在井深1 m处，留出部分瓜子皮充填区域，并用泥浆封盖，填满；留出1 m的空隙，以便观测井口的水平面。

4.2 排水施工

开挖28 d前即开始排水，排水时井点应均匀抽水，将水位差控制在规定范围内。在施工过程中，要不间断地进行深水井的抽水，同时要加强降水的管理。根据观察到的水位，对放水时段进行控制，并做好相关工作。汛期应加大水位的监测力度，保证在基坑施工前的降水量在0.5～1 m。

5 土方开挖技术措施

由于基坑开挖量大，最大的一次开挖深度达9 m以上，且未做任何支护措施，在项目施工过程中，土体横向压力的集中作用，会使大坝产生较大的变形，同时围护结构产生各项位移，使大坝产生脆性破坏。项目的土方开挖，严格利用时空效应的原理，分层、分区、分块等措施进行土方开挖，并对单体建筑和地下车库分步施工。

按照要求分层、分区域进行开挖，先开挖主楼位置，剩余300 mm部分为减少土体扰动，采用人工开挖的方式来控制标高，严禁超挖。基坑最后一层到地下车库标高时，施工方采取分区、分段、分段的方法对其进行施工，以保证基坑底部不会有太大的裸露区域。此外，要在8 h内完成老层的施工，并按照后资带的设置位置，及时分阶段进行基坑施工，保证基坑施工质量达到要求。

在进行土方开挖时，为了避免基坑边坡失稳和基桩被挤压，不允许重载车辆在基坑边缘移动。当遇到流塑状的软弱地基时，易引起坍塌，高差不宜大于1 m。在基坑内部和坡顶周围，开挖排水沟，让雨水可以顺畅地流到集水坑中，避免基坑积水泡湿，并做好围护体系的止水、隔水和降水工作，保证基坑施工的安全性。

6 监 测

在深基坑支护结构的信息化施工中，现场监测是非常重要的一种方法。在工程桩、围护结构和土体加固施工期间，由于土体应力平衡受到破坏，会对周边的道路及河道驳岸产生一定的消极影响，因此必须周期性地对周边的道路及驳岸进行观测，及时发现隐患，并根据监测结果对应地及时调整施工方案，确保建筑物、道路及地下管线的安全运营和正常使用[6]。

通过对项目施工过程中的监测数据（如表2所示）进行分析，得出结论：基坑施工过程中围护结构质量良好，各项累计位移均满足设计要求。

表2 水平位移监测成果表

对基坑周围地下水位的监测，得到的数据表明：基坑周围地下水位稳定在距监测孔口约1.2～1.5 m。每个点位的最终水位测量结果，如表3所示。同时，在基坑开挖后，没有检测到地下水的聚集现象。

表3 地下水水位监测成果表

7 结 语

对于规模大、有多层开挖深度和多样周边环境的基坑工程，在设计中要把安全性、技术效率、施工可行性和经济性都考虑在内，选择适当的支护形式。本文通过对基坑特性及周边环境特点的深入研究，在保证基坑安全性的基础上，采取复合重力坝支护方式。在基坑开挖及施工期间，所获得的资料能较好地反映出工程对周围的影响，同时，基坑完成后的变形资料也能较好地反映变形控制是否在设计范围之内。采用复合重力坝支护方式，既能保证基坑施工的安全性，又能达到预期的施工进度及经济效益，对同类工程有一定的借鉴意义。