淺談粉細(xì)砂地層深基坑開(kāi)挖的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

王秀紅 程選勤

摘 要：飽和粉細(xì)砂地層深基坑開(kāi)挖施工中易產(chǎn)生管涌等現(xiàn)象，粉細(xì)砂地層具有高靈敏度、觸變特性，在動(dòng)力作用下極易造成土體破壞，施工過(guò)程中若施工不當(dāng)，極易造成流沙、沉降、塌方等現(xiàn)象。該文主要介紹了黃河海勃灣水利樞紐工程飽和粉細(xì)砂地層基坑開(kāi)挖和支護(hù)方面的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。該工程地層為黃河沖積地貌，系飽和粉細(xì)砂地層?；优潘?、基坑支護(hù)與基坑開(kāi)挖密切配合，基坑開(kāi)挖特殊部位要采用塑性混凝土和高噴防滲墻等施工方法，施工中堅(jiān)持“慎開(kāi)挖、勤監(jiān)測(cè)、快支護(hù)、早處理”的原則，組織嚴(yán)密，施工科學(xué)性可以確保了工程的施工安全和基坑邊坡穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：粉細(xì)砂 地基 開(kāi)挖 經(jīng)驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（c）-0222-02

黃河海勃灣水利樞紐工程的位置是內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市境內(nèi)，在黃河寧蒙段的綜合利用的水利樞紐工程中，是唯一一座已防凌、發(fā)電等為主的。為Ⅱ工程規(guī)模等大（2）型樞紐工程，樞紐主要組成部分為河床式電站、泄洪閘、土石壩等建筑物。壩頂總長(zhǎng)6905.7 m，壩頂高程1078.7 m，電站壩段最大壩高35.2 m。電站裝機(jī)4臺(tái)燈泡貫流式機(jī)組，裝機(jī)總量90 MW，多年平均發(fā)電量3.817億kW·h，水庫(kù)正常蓄水位1076.0 m，水庫(kù)總庫(kù)容4.87億m3。

1 地質(zhì)條件

黃河沖積地貌，堆積侵蝕地貌，和風(fēng)成地貌構(gòu)成樞紐庫(kù)區(qū)主要地貌形態(tài)。壩址區(qū)地貌形態(tài)分為黃河沖積地貌，河流堆積侵蝕地貌，風(fēng)成地貌。第四系松散堆積物是地層主要組成，厚度大于500 m。地基土層為第Ⅲ地質(zhì)單元（Q3al+l）地層，電站廠(chǎng)房段設(shè)計(jì)建基面EL1043.5～1048 m，在勘探深度范圍內(nèi)，上層土體以細(xì)砂、粉砂為主，夾有砂壤土、粉土、壤土和粘土透鏡體，中密～密實(shí)狀，層底埋深在河床面以下約40 m處，高程在1022～1026 m之間，；下層以砂礫石為主，中密～密實(shí)狀，泥質(zhì)含量高，夾有粘性土透鏡體。

2 粉細(xì)砂地基特性

粉細(xì)砂處于濕潤(rùn)態(tài)時(shí)的內(nèi)摩擦角為38°左右，且有微粘性，一般可以開(kāi)挖成很陡的邊坡。若開(kāi)挖地層有滲水或外力擾動(dòng)等外部荷載的作用，極易產(chǎn)生流滑，開(kāi)挖坡面急劇變緩。因此，粉細(xì)砂地基的開(kāi)挖與粉細(xì)砂含水量大小、滲流、補(bǔ)水情況有密切關(guān)系。施工過(guò)程中要有合理的施工工藝，以及合適的開(kāi)挖機(jī)械。

在無(wú)壓重?zé)o滲流條件下的粉細(xì)砂層，處于濕潤(rùn)狀態(tài)的粉細(xì)砂具有假粘聚力，可直接利用裝載機(jī)或反鏟開(kāi)挖，形成陡坡。但坡面會(huì)因失水干燥或雨水沖刷，風(fēng)蝕等影響導(dǎo)致滑塌，形成頂部1～1.5 m范圍內(nèi)為陡坎，以下為松散堆積的坡面。在有壓重?zé)o滲流條件下，干地直接開(kāi)挖面應(yīng)距路面、圍堰或壓重的坡腳要一定距離，以防止開(kāi)挖粉細(xì)砂危及基坑的安全。其次，形成粉細(xì)砂開(kāi)挖面只宜短期暴露，應(yīng)盡快施工護(hù)坡或采用墊層混凝土覆蓋。

3 地下水處理

3.1 處理水滲漏原因

使邊坡土體內(nèi)潛在滑動(dòng)面上的抗滑力始終保持大于該滑動(dòng)面上的滑動(dòng)力才能穩(wěn)定已開(kāi)挖基坑邊坡。設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，良好的降、排水措施，有效控制產(chǎn)生邊坡滑動(dòng)力的外部荷載非常必要，施工期間尚應(yīng)考慮，邊坡受到氣候季節(jié)變化和降雨、滲水、沖刷，風(fēng)蝕等外力作用使土內(nèi)含水量增加、土的自重加大、邊坡土質(zhì)變松、導(dǎo)致降低邊坡土體抗剪強(qiáng)度，從而產(chǎn)生不利于邊坡穩(wěn)定的影響或增加了土體內(nèi)的剪應(yīng)力所造成的邊坡局部滑坍。

3.2 地下水處理措施

隨著基坑開(kāi)挖的深度增加，大量的地下水和城市地下水涌入基坑，發(fā)生滲透破壞，出現(xiàn)粉細(xì)砂液化、管涌等大量的地質(zhì)災(zāi)害。施工中，一方面采用集水坑集中排水；另一方面施工中，分部位，分高程布置管井進(jìn)行井點(diǎn)降水，工程施工中累計(jì)布置140多口管井進(jìn)行降水作業(yè)，兩種引排方法的綜合利用較為有效的解決了涌水等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

管涌一般是由于基坑排水不暢，地下水未能快速降低而產(chǎn)生的涌水、涌沙現(xiàn)象。造成管涌的原因主要有薄弱沙土層有地下水穿過(guò)，地下滲出的承壓水頭或者向外流出所造成的。管涌現(xiàn)象在幾層出現(xiàn)，密切的觀(guān)察管涌，如果有渾水出現(xiàn)，就在管涌的泉眼上拋一層粗砂，其上再鋪級(jí)配一層碎石，泉眼中帶泥砂的混水，經(jīng)過(guò)沙、礫石的過(guò)濾之后，流出清水，引其到附近的排水溝中或增加管井進(jìn)行井點(diǎn)降水。

4 基坑開(kāi)挖施工工藝

4.1 開(kāi)挖原則

由于該工程土質(zhì)條件差，屬于粉細(xì)砂地基。基坑的開(kāi)挖施工要與排水和支護(hù)密切配合，所以基坑開(kāi)挖施工措施要安全可靠，堅(jiān)持“勤監(jiān)測(cè)、慎開(kāi)挖、早處理快支護(hù)”，方能確?；庸こ痰陌踩瓦吰路€(wěn)定。

基坑支護(hù)和降水的方案實(shí)施與基坑開(kāi)挖一致，確保挖方區(qū)域處于無(wú)水狀態(tài)或盡可能的降低滲透破壞給開(kāi)挖造成的影響。開(kāi)挖順利進(jìn)行的保障是基坑支護(hù)萬(wàn)無(wú)一失，要考慮到整個(gè)開(kāi)挖乃至基礎(chǔ)施工全過(guò)程的核心是基坑降水。

施工現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)情況多，且有很多不可抗拒因素。深基坑開(kāi)挖工程存在較大的安全隱患，施工時(shí)，要采取信息法施工，從已知條件設(shè)計(jì)出安全、可靠的基坑開(kāi)挖施工方案。

基坑圍堰閉氣待抽水完成后，為確保初期開(kāi)挖正常進(jìn)行，采用砂礫石鋪路，道路布置采用“非”字形的布置形式。

4.2 開(kāi)挖施工工藝

主廠(chǎng)房基礎(chǔ)開(kāi)挖，采用邊開(kāi)挖邊支護(hù)循序漸進(jìn)，確保開(kāi)挖至建基面設(shè)計(jì)高程。在施工期間排水不暢地下水滲流，增加了邊坡土體含水量和土的自重；水在土中滲流使水動(dòng)力增加，土的濕化使粉細(xì)砂土的抗剪強(qiáng)度隨之減低；影響粉細(xì)砂土的蠕變。變形、裂縫以致滑動(dòng)的失穩(wěn)險(xiǎn)情在基坑邊坡出現(xiàn)，土體潛在破壞面上的抗剪強(qiáng)度未能適應(yīng)剪應(yīng)力的結(jié)果是其本質(zhì)的問(wèn)題。故從以下兩方面考慮施工措施：一是使邊坡土體中的剪應(yīng)力降低；二是使土體或邊坡抗剪強(qiáng)度提高。坡腳壓載、削坡、坡頂減載、增設(shè)防滑樁體及降低地下水位或加強(qiáng)表面排水等是常用的應(yīng)急防護(hù)方法。

護(hù)岸、上游護(hù)坦部位開(kāi)挖，在護(hù)岸、上游護(hù)坦部位開(kāi)挖過(guò)程中，粉細(xì)砂液化現(xiàn)象依然嚴(yán)重，加之先前布設(shè)的管井管路，加大對(duì)開(kāi)挖的干擾。為防止地下水滲透破壞，在施工過(guò)程中采用勤置換、強(qiáng)襯砌的方法來(lái)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)體型的開(kāi)挖要求。粉細(xì)砂置換采用對(duì)原地基不易形成體型部分進(jìn)行超挖，再采用不同粒徑的碎石進(jìn)行換填，粒徑一般選擇40～80 mm。襯砌一般采用C20W6F200二級(jí)配墊層混凝土施工。上游護(hù)坦開(kāi)挖過(guò)程中，由于地下水位線(xiàn)高，粉細(xì)砂層局部有砂礫層，滲漏破壞十分嚴(yán)重，在施工中多采用強(qiáng)開(kāi)挖，級(jí)配碎石對(duì)齒槽坡腳滲漏水進(jìn)行反濾，防止粉細(xì)砂被滲漏水帶走，從而形成滲漏通到的危害。在護(hù)坡建基面表面鋪設(shè)10 cm厚的大石粒徑為40～80 mm進(jìn)行碾壓，且要求地基相對(duì)密實(shí)度達(dá)到0.7，以確保開(kāi)挖進(jìn)度和開(kāi)挖質(zhì)量，并對(duì)開(kāi)挖好的建基面進(jìn)行及時(shí)的墊層混凝土防護(hù)。

主廠(chǎng)房基礎(chǔ)齒槽開(kāi)挖，齒槽開(kāi)挖設(shè)計(jì)坡比2∶1，施工時(shí)分層控制在1.0～1.5 m左右，開(kāi)挖時(shí)做到先中間大面積開(kāi)挖，再周邊修坡。修坡過(guò)程中為保證設(shè)計(jì)體型，坡腳部位適當(dāng)超挖。超挖部分采用級(jí)配碎石回填，同時(shí)起到滲漏水反濾的作用，有效控制粉細(xì)砂被滲漏水帶走，防止內(nèi)部出現(xiàn)空洞、塌陷等現(xiàn)象。在飽和水粉細(xì)砂底層開(kāi)挖，快支護(hù)尤為關(guān)鍵，不支護(hù)或支護(hù)速度過(guò)慢，流水不斷的侵蝕，導(dǎo)致無(wú)法保證設(shè)計(jì)體型。在基坑所需的施工工期、工程特性、和邊坡條件及施工環(huán)境等要求下坡面支護(hù)方法分為以下幾種：掛網(wǎng)（鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)）抹面、水泥砂漿抹面、塑料薄膜覆蓋、砂（土）包疊置、或噴漿等等。

開(kāi)挖局部集水井，充分運(yùn)用混凝土防滲墻的特性，得以保證順利開(kāi)挖。修建在擋水建筑物地基透水地層中的防滲結(jié)構(gòu)叫做混凝土防滲墻，是一種特殊結(jié)構(gòu)形式的地下連續(xù)墻。起到減少滲透流量，控制地下滲流，保證建筑物地基滲透穩(wěn)定的作用，有效的解決深層覆蓋中滲流的問(wèn)題。該施工工藝主要是因?yàn)樗哂锌煽康慕Y(jié)構(gòu)、較好的防滲效果、不受地下水位影響、造價(jià)較低適應(yīng)不同的地層條件、施工方便快捷、。在集水井等特殊部位施工時(shí)，在集水井外層新增一圈高噴防滲墻和一圈混凝土防滲墻，一方面保證設(shè)計(jì)體型，防止粉細(xì)砂被水帶走起到反濾作用；另一方面有效利用防滲墻的強(qiáng)度，阻止了土體剪切破壞，有效解決涌水和側(cè)壓力的問(wèn)題，確保施工安全。

5 基坑開(kāi)挖注意事項(xiàng)

開(kāi)挖之后，砼墊層及時(shí)澆筑，保護(hù)好注意成品。下雨期間進(jìn)行挖土?xí)r，需做好防滑措施。

施工過(guò)程中，注意施工道路布置。針對(duì)粉細(xì)砂地基的特點(diǎn)，施工道路應(yīng)采用砂礫石或級(jí)配碎石回填、整平、碾壓。防止在施工過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)挖設(shè)備及運(yùn)輸車(chē)輛陷車(chē)等現(xiàn)象。

若有土體整體失穩(wěn)現(xiàn)出現(xiàn)，則應(yīng)在設(shè)計(jì)單位和臨理單位同意的前提下，采用壓密注漿、水泥旋噴樁或加大邊坡坡度等方法加固土體，使基坑施工的安全性得到保障。

應(yīng)該禁止在邊坡上側(cè)堆土，在邊坡一側(cè)放置材料時(shí)應(yīng)距離邊坡上邊緣1.0 m以外，材料堆置高度低于1.5 m。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下粉細(xì)砂地基的深基坑開(kāi)挖，傳統(tǒng)意義上上說(shuō)，邊坡粉細(xì)砂土體內(nèi)潛在滑動(dòng)面上的抗滑力始終保持大于該滑動(dòng)面上的滑動(dòng)力，才能開(kāi)挖放坡開(kāi)挖機(jī)。在施工過(guò)程中，如設(shè)計(jì)齒槽開(kāi)挖、集水井等施工部位設(shè)計(jì)體型局部突變，放坡施工很難保證設(shè)計(jì)體型，甚至?xí)鼋ㄖ镌O(shè)計(jì)邊線(xiàn)。而塑性混凝土防滲墻和高噴防滲墻不僅使邊坡滑動(dòng)力的外部荷載得到有效的控制，還解決了在施工期間，邊坡受到氣候季節(jié)變化和降雨、涌水、地下滲水、土內(nèi)含水量增加、沖刷等作用使邊坡土質(zhì)變松、土的自重加大以及降低邊坡土體抗剪強(qiáng)度，從而導(dǎo)致土體內(nèi)的剪應(yīng)力增加所造成的邊坡局部滑坍或產(chǎn)生破壞邊坡穩(wěn)定的影響，確保復(fù)雜地質(zhì)條件下粉細(xì)砂土體深基坑開(kāi)挖的順利進(jìn)行。