采用組合降水解決互層土基坑難于開挖的問題

曹保山

（中建筑港集團(tuán)有限公司，山東 青島266032）

1 軟土地區(qū)組合降水解決深基坑開挖的現(xiàn)狀

軟土地區(qū)深基坑支護(hù)工程中是一項復(fù)雜、安全性要求高的工程，在長江下游沖積平原區(qū)，地下水位高，淤泥質(zhì)土層厚，深基坑支護(hù)工程的風(fēng)險更大，主要研究地貌分區(qū)屬長江下游沖積平原區(qū)，地貌類型屬長江三角洲平原的古河口沙嘴地貌。為了研究深基坑開挖之前實施長時間基坑降水對軟土地區(qū)深基坑工程穩(wěn)定性的作用效果，在深基坑開挖之前，進(jìn)行了為期90d的基坑降水，并在基坑降水過程中的不同階段進(jìn)行了現(xiàn)場鉆深取土及室內(nèi)土工試驗，分析了土體物理力學(xué)指標(biāo)的變化情況。試驗結(jié)果表明，基坑長期降水可以提高軟土的壓縮模量、內(nèi)摩擦角和積聚力，改善軟土的軟硬狀態(tài)，有限元計算結(jié)果顯示：開挖前長期降水對提高軟土地區(qū)深基坑的穩(wěn)定性，減小支護(hù)結(jié)構(gòu)變形具有良好的作用效果。

深基坑工程是巖土工程中一個古老的傳統(tǒng)課題，同時又是一個綜合性巖土工程課題，隨著工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地面空間日趨緊張，地下空間的開發(fā)利用已日益受到人們的重視，大量高層建筑、地鐵隧道、市政工程、橋梁、船閘等大型工程的建設(shè)，產(chǎn)生了眾多形態(tài)的深、大基坑，深基坑支護(hù)工程受多種復(fù)雜因素的相互影響[1～4]，涉及土力學(xué)、水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)、土與結(jié)構(gòu)的共同作用等多門學(xué)科技專業(yè)，深基坑工程不僅要保證基坑自身的穩(wěn)定，還要滿足變形控制要求，以確保深基坑周圍原有建筑物、構(gòu)筑物、地下管線及道路的安全。

2 組合降水解決深基坑開挖的成功案例

在長江下游沖積平原區(qū)，選取揚州施橋三線船閘深基坑為例，該場地地貌分區(qū)屬長江下游沖積平原區(qū)，地貌類型屬長江三角洲平原的古河口沙嘴地貌。場地地勢較為平坦，地面高程▽3.0～▽4.5（85國家高程，下同）；當(dāng)?shù)氐叵滤桓?，土分類按《渠化工程地質(zhì)勘察規(guī)范》命名。根據(jù)勘測結(jié)果顯示共分12層，其中①層為素填土，其下諸層為第四系全新統(tǒng)（Q4）沖、洪積層，土質(zhì)主要如下：

①層：素填土，粉質(zhì)粘土雜砂質(zhì)粉土，土質(zhì)軟硬不均。

②層：粉質(zhì)粘土、粘土，流～軟塑狀態(tài)，高壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度較低。

②’層：粉砂、砂質(zhì)粉土，中壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度一般。

③－1層：砂質(zhì)粉土，間薄層粉質(zhì)粘土，松散狀態(tài)，中壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度一般～較低。

③－2層：粉質(zhì)粘土，間薄層砂質(zhì)粉土，局部互夾，可塑狀態(tài)，中～高壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度較低。

③－3層：粉砂，間薄層粉質(zhì)粘土，稍密～中密狀態(tài)，中壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度一般。

④－1層：粉質(zhì)粘土、粘土，間薄層砂質(zhì)粉土，軟～流塑狀態(tài)，高壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度較低。

④－2層：粉質(zhì)粘土、粘土與砂質(zhì)粉土互層，軟～流塑狀態(tài)，中～高壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度一般。

⑥層：砂質(zhì)粉土，間薄層粉質(zhì)粘土，中密～稍密，中壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度一般～中等。

⑦層：粉質(zhì)粘土、間薄層砂質(zhì)粉土，軟塑狀態(tài)，中壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度一般。

⑧層：粉砂，間薄層粉質(zhì)粘土，密實狀態(tài)，中壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度高。

⑧’層：粉質(zhì)粘土、間薄層粉砂，可塑狀態(tài)，中壓縮性，工程力學(xué)強(qiáng)度一般，平均滲透系數(shù)在10～4cm/s。（表1）

深基坑常在地下水位以下含水層中進(jìn)行，挖深達(dá)15m左右，由于互層粉土與粘土交錯疊加，采用鋼管井點與深井降水，基坑邊坡無法穩(wěn)定，揭開后發(fā)現(xiàn)里面形成水袋，水無法排出，基坑開挖無法進(jìn)行，這給工程建設(shè)帶來很大難度，因此，基坑開挖過程中必須進(jìn)行工程降水，基坑降水為基坑開挖提供了一個干燥的施工環(huán)境，同時可增加邊坡和坑底的穩(wěn)定性，防止流砂產(chǎn)生，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。尤其對于工程主體基坑開挖土質(zhì)多為砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土及其互層，土層的滲水性較強(qiáng)，采取有效的降水和防滲措施是工程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

圖1 基坑邊坡互層土

后來通過學(xué)習(xí)類似土質(zhì)的船閘，如蘇州張家港復(fù)線船閘、上海趙家溝船閘、南通焦港船閘以及水利節(jié)制閘等施工降水經(jīng)驗，基坑周圍采取高含水區(qū)五頭攪小直徑攪拌樁與高壓擺噴組合超深防滲施工工藝，革新了普通單雙頭攪拌樁的工作機(jī)理，實現(xiàn)了噴漿加氣技術(shù)，主機(jī)攪拌系統(tǒng)采用了多軸聯(lián)動、固定搭接；克服了普通攪拌樁包殼、夾心、10m以下水泥含量迅速衰減以及防滲墻體下部開叉、錯孔等致命缺陷，實現(xiàn)了水泥土防滲墻無縫連接，功效快、效果好。

表1 閘址區(qū)土層物理力學(xué)指標(biāo)表

圖2 2010年交通運輸部水運工程督察組視察基坑防滲帷幕

經(jīng)過整理編制成工法獲得公司級、山東省省級工法（編號LEGF-139-2011）、交通運輸部水運一級工法(編號SYGF-1-010-2011)、國家級工法(編號 GJEJGF280-2012)；基坑分級開挖，邊坡采用PPR管輕型井點降水效果見如圖3。

圖3 PPR管輕型井點降水

對于互層土必須揭開地層采用PPR管輕型井點方能將水排除，充分利用管的柔韌性可以插入任意方向,尤其對于蘊含飽和水短時間內(nèi)易坍塌的互層土，施工時間短，改善效果快，滿足基坑干地施工，邊坡處于干燥穩(wěn)定狀態(tài)，該輕型井點使用方便靈活，可以插入任意方向，與深井降水結(jié)合既保證深基坑干地施工，又降低成本，功效快，效果好。編寫的工法獲得公司級工法，同時編寫的QC成果被青島市評為優(yōu)秀質(zhì)量成果小組稱號，被山東省建筑工程管理局及建筑業(yè)協(xié)會評為優(yōu)秀成果三等獎。

3 主要探索的方向

雖然施工長江下游沖積平原互層土，本身比較復(fù)雜，水位較高，但要保持深基坑干地施工且持續(xù)時間較長，長達(dá)兩年半左右，在有效監(jiān)控基坑開挖過程中和開挖結(jié)束后的沉降變形得到有效監(jiān)控和預(yù)控，但盡管完成了一個又一個大型水工建筑物，但面臨同樣的問題，如何保證正在運營的建筑物和周圍建筑物的安全以及降水影響周圍漁民的魚塘水位下降的問題是困擾建設(shè)者們的難題，施工前及施工過程中不斷遭到村民討要說法，未能形成有效的保持基坑外的建筑物及魚塘地面下水位始終保持平衡的措施和補(bǔ)水系統(tǒng)，當(dāng)然在開挖之前必須真正做到科學(xué)抽水模擬試驗，測算基坑周圍整體抽水影響半徑，方可采取措施進(jìn)行多大面積的補(bǔ)水。[5～7]

另外對于互層土易引起管涌及隆起現(xiàn)象，在水系比較發(fā)達(dá)的長江下游沖積平原區(qū)，探索地表水與地下水水系之間的關(guān)系，對于防止管涌及隆起有較好的指導(dǎo)意義，否則一旦發(fā)生將造成比較大損失，若發(fā)生采取引、導(dǎo)、排、堵的方式進(jìn)行處理，在降水時可采用科學(xué)手段如物探等方式查看水系關(guān)系尤為關(guān)鍵，今后主要研究長江下游沖積平原區(qū)互層土質(zhì)降水如何對于周圍建筑物地下補(bǔ)水以及如何防止基坑開挖時出現(xiàn)管涌和隆起進(jìn)行系統(tǒng)的研究，有助于建設(shè)各方在實施時進(jìn)行有效控制。