改建公路擋土墻基坑遇流砂現(xiàn)象的處理

周海波

(湖南路港建設(shè)有限公司 湖南 益陽(yáng) 413000)

前言

懸臂式擋土墻淺基礎(chǔ)施工中，經(jīng)常碰到流砂問(wèn)題。究其原因，因?yàn)榭辈炝坎蛔銓?dǎo)致在施工中出現(xiàn)基坑底涌水冒砂現(xiàn)象。加之正值梅雨季節(jié)，湖區(qū)河道地下水位上升，動(dòng)水壓力增大。基坑開(kāi)挖后，在施工中流砂造成原有公路邊坡大量的土體流動(dòng)，致使原有公路老路地基破壞，老路水泥面板脫空，出現(xiàn)裂縫、坍塌。因此本文通過(guò)工程實(shí)例分析總結(jié)懸臂式擋土墻基坑開(kāi)挖過(guò)程中遇到流砂后同時(shí)需邊施工邊通車路段的應(yīng)對(duì)措施，進(jìn)而進(jìn)行處理控制，以保證基坑和原有老公路通車的安全。

一、工程概況

該改建公路路基寬12m,即在原老路上加寬6m。其中K12+180-K14+280右側(cè)設(shè)置懸臂式路肩擋土墻。高度4-4.5m，擋墻墊層采用C15素砼，厚度0.1m,外邊寬出0.5m，底板寬3.3-3.6m，墻身頂寬0.3m。鋼筋強(qiáng)度等級(jí)為HRB335。懸臂式擋土墻的埋置深度大于2m。混凝土強(qiáng)度C30。

湖區(qū)地質(zhì)主要為耕植土和砂性淤泥質(zhì)土，地下水系豐富。在擋土墻基坑開(kāi)挖后出現(xiàn)細(xì)砂土顆粒不斷地從基坑邊坡邊或基坑底部冒出的“流砂”現(xiàn)象。往往基坑開(kāi)挖半天時(shí)間就在原有基坑被抬高約20cm左右。致使施工條件惡化。同時(shí)邊通車邊施工時(shí)擋墻基礎(chǔ)不能放坡開(kāi)挖，從而導(dǎo)致基坑內(nèi)側(cè)原老路基出現(xiàn)坍塌。

二、流砂現(xiàn)象

1.現(xiàn)象。開(kāi)挖基坑時(shí)，遇粉、細(xì)砂層，由于排水方法不當(dāng)，粉土粒、細(xì)砂粒隨抽水而發(fā)生“浮揚(yáng)”狀態(tài)，前一天挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，第二天基底又在設(shè)計(jì)標(biāo)高以上，造成基底土層上涌，基坑周圍坍陷。

2.原因。流砂現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是水在細(xì)粒土中滲流所產(chǎn)生的動(dòng)水壓力對(duì)土體作用的結(jié)果。當(dāng)動(dòng)水壓力大于細(xì)粒土的浮重度時(shí)，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，土顆粒往往會(huì)隨滲流的水一起流動(dòng)，涌入基坑內(nèi)，形成流砂。

3.預(yù)防措施。開(kāi)挖基坑前，通過(guò)熟悉設(shè)計(jì)資料及實(shí)地探勘訪問(wèn)，盡量詳細(xì)摸清該處地質(zhì)、水文情況，然后采用恰當(dāng)?shù)呐潘绞?、基礎(chǔ)處理、邊坡加固方式施工。

三、流砂現(xiàn)象常見(jiàn)的幾種處理措施

主要是減小或平衡動(dòng)水壓力或在動(dòng)水壓力下，使坑底的土粒穩(wěn)定，不受水壓干擾。常用的處理措施方法有：(1)安排在枯水季節(jié)施工，基坑內(nèi)外水位差小，就不易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。(2)采用水下基坑開(kāi)挖挖土，不抽水或少抽水，使坑內(nèi)外水位相持平衡、抵消水壓，防止流砂產(chǎn)生。這種方法不適宜于公路懸臂式擋土墻施工。(3)沿基坑外圍打板樁，深入坑底下面一定深度，以阻擋坑外水向坑內(nèi)壓入，減小動(dòng)水壓力；起阻擋地下水的滲透壓力，減小水力坡降，穩(wěn)定土體，加固坑壁的作用。(4)搶挖并拋大石塊法分段搶挖土方，使挖土速度超過(guò)冒砂速度，在挖至標(biāo)高后立即往坑底拋大石塊，增加土的壓重和減小動(dòng)水壓力，同時(shí)組織快速施工擋土墻C15混凝土墊層。(5)“人工降水”在基坑的適宜部位或邊角處設(shè)置集水井，通過(guò)導(dǎo)水小溝，使地下水流入井內(nèi)，再由抽水機(jī)抽出排至紅線外。集水井和導(dǎo)水溝都要隨著基坑的挖深而逐漸加深。(6)采用帷幕法施工。(7)振動(dòng)水沖法：是一種原位深層擠密法、也是近十幾年來(lái)改良松軟地基的先進(jìn)方法之一。特別適用于加固松散的砂性土地基或夾有薄層淤泥、粉、細(xì)砂地基。經(jīng)過(guò)振沖加固后所形成的復(fù)合地基，可防止砂土產(chǎn)生液化，加快地基的排水固結(jié)，并大大提高地基的承載能力。此法常用在較大范圍內(nèi)有一定影響深度的砂基加固工程上。(8)注漿固結(jié)。

四、方案的選定

分析了本工程的地質(zhì)條件、邊施工邊通車施工條件限制、設(shè)計(jì)懸臂式擋土墻基礎(chǔ)型式及等因素之后，結(jié)合各種處理流砂措施的利弊，確定處理方法選用“挖掘機(jī)插打工字鋼板樁支護(hù)+擋墻基礎(chǔ)坑底拋大石塊”的方案。該方案主要受改建公路邊施工邊通車限制(不能放坡開(kāi)挖和封閉交通施工)，同時(shí)工字鋼施打長(zhǎng)度僅6m,挖掘機(jī)施打操作靈活的特點(diǎn)。施工石材用料就地取材，施工方便，工期短。

五、工字鋼板樁支護(hù)+擋墻基礎(chǔ)坑底拋大石塊的設(shè)計(jì)與施工

(一)工字鋼板樁插打施工

基坑開(kāi)挖前先用6m長(zhǎng)32a型工字鋼沿著原有水泥老路邊進(jìn)行支護(hù)。挖掘機(jī)逐根打入的方法施工，施工完畢后再進(jìn)行擋土墻基坑開(kāi)挖。

1.擋土墻及工字鋼施工的順序。(1)工字鋼位置的定位放線。(2)挖溝槽。(3)施打工字鋼。(4)基坑開(kāi)挖，擋土墻基礎(chǔ)拋填大石塊處理。(5)擋土墻墊層、基礎(chǔ)、墻身施工。(6)擋土墻臺(tái)背回填。(7)拔除工字鋼。

2.工字鋼板樁的施打。工字鋼施工關(guān)系到基坑支護(hù)和原有老路通車的安全，在施工中要注意以下幾點(diǎn)：(1)全段采用6m長(zhǎng)32a型工字鋼支護(hù)。采用履帶式挖掘機(jī)施打，施打前一定要熟悉地下管線的情況，同時(shí)沿著原有老路水泥路邊放出施打中線，和工字鋼間距。兩工字鋼空隙約為30cm。(2)打樁前，逐根檢查工字鋼有無(wú)彎曲，兩側(cè)端頭有無(wú)卷口。(3)打樁前，在工字鋼的頭部切割成尖型，尾部割一個(gè)圓孔，以方便挖掘機(jī)用鋼絲繩穿孔打入拔出。(4)用挖掘機(jī)斗扣短鋼絲繩吊著工字鋼，兩側(cè)用人工拿麻繩對(duì)向拉工字鋼定位，必須確保工字鋼垂直。工字鋼插入一定深度后解開(kāi)麻繩，再用挖掘機(jī)斗插打。在插打過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)工字鋼的傾斜度不超過(guò)2%，當(dāng)偏斜過(guò)大不能用挖機(jī)斗拉齊時(shí)再拔起重打。工字鋼插入深度達(dá)到設(shè)計(jì)基坑底3.5m左右。工字鋼頂面高程高于原有老水泥路0.5m左右，便于邊施工邊通車時(shí)的安全防護(hù)。(5)拔除工字鋼：擋土墻施工完畢且養(yǎng)護(hù)期滿后即可拔出工字鋼。用鋼絲繩穿住尾部圓孔，挖掘機(jī)拔出。如遇到拔出困難時(shí)，前后左右晃動(dòng)工字鋼，以減少拔出阻力。

(二)擋土墻基礎(chǔ)處理：坑底拋大石塊施工

1.施工工藝：基坑開(kāi)挖→基坑報(bào)驗(yàn)→機(jī)械拋石→挖機(jī)整平并碾壓→再拋石塊及碾壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高→碎石墊層施工。

2.拋投片石(四方會(huì)議紀(jì)要為拋填處理深度2m)。(1)片石采用不易風(fēng)化，尺寸不小于0.3m的石塊，拋投時(shí)應(yīng)大小搭配，挖淤泥拋石換填范圍為擋土墻墊層以外不小于0.5m。(2)拋石采用挖掘機(jī)鋪砌和進(jìn)行人工配合，方法為進(jìn)占法。(3)拋石須分層拋填。用挖機(jī)進(jìn)行分選大石塊拋投，即首先由挖機(jī)在基坑內(nèi)均勻拋第一層大塊石，完成后，挖掘機(jī)來(lái)回走動(dòng)碾壓，待塊石沉入與基底齊平后，可進(jìn)行第二層拋石。若塊石無(wú)明顯沉降，可向前延伸進(jìn)行下一段施工。

3.碎石反濾墊層。碎石最大粒徑為20～80mm，按不同粒徑進(jìn)行了拌合，使級(jí)配良好。碎石墊層鋪填厚度為10cm，用挖機(jī)整平后，進(jìn)行擋土墻C15墊層施工。

4.擋土墻施工。

六、處理效果

采用挖掘機(jī)插打工字鋼板樁支護(hù)和坑底拋大石塊處理，擋土墻養(yǎng)護(hù)期滿臺(tái)背回填后未出現(xiàn)開(kāi)裂、位移、沉降等現(xiàn)象。施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)邊通車邊施工路段擋土墻基礎(chǔ)施工中基坑出現(xiàn)流砂現(xiàn)象的處理，本文介紹了擋土墻基底流砂幾種預(yù)防措施以及插打工字鋼板樁支護(hù)和基底拋填大石塊擠淤施工方法。擋土墻基坑支護(hù)和基底處理是關(guān)鍵，基坑支護(hù)和流砂問(wèn)題處理不好的話，導(dǎo)致原有老路的行車安全事故和擋土墻開(kāi)裂、位移、沉降等危害，必須予以充分重視。