深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案止水工法的優(yōu)選和應(yīng)用

陳周平

（廈門市特房海灣投資有限公司，福建 廈門 361000）

0 前言

在中國新時代背景下，社會經(jīng)濟發(fā)展迅猛，科學(xué)技術(shù)提升顯著，有效推動了建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。隨著城市發(fā)展需求，高層建筑與地下空間利用率增大，從而增加了基坑工程數(shù)量與深度。深基坑支護工程屬于地下工程的結(jié)構(gòu)體系，不僅要求保證地下結(jié)構(gòu)安全，還需要減少周邊環(huán)境的破壞影響。在沿海地區(qū)不僅僅要面臨深基坑結(jié)構(gòu)安全問題，還要考慮地下水的影響。因此，在設(shè)計時必須詳細(xì)分析和研究整個基坑的止水方案，從而保證深基坑支護結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。

1 基坑支護方案的常規(guī)優(yōu)選方法

在不同設(shè)計階段，基坑工程不僅要對目標(biāo)進行優(yōu)化，所應(yīng)用的選擇方法也不同。按照長期工作經(jīng)驗，可以將深基坑優(yōu)化設(shè)計劃分為2個階段：支護結(jié)構(gòu)優(yōu)選階段、施工設(shè)計階段。支護方案優(yōu)選設(shè)計階段是針對多個開挖支護方案，按照工程目標(biāo)進行優(yōu)選，選擇出具備經(jīng)濟性、合理性與安全性的施工方案。之后開展細(xì)部優(yōu)化設(shè)計，例如參數(shù)優(yōu)化。當(dāng)應(yīng)用錨攔樁支護時，必須優(yōu)化樁間距、錨桿位置、配筋、樁直徑、錨固力等參數(shù)。

深基坑支護結(jié)構(gòu)極易受到環(huán)境條件、力學(xué)參數(shù)與地下水位等參數(shù)影響，直接決定支護結(jié)構(gòu)的選型。當(dāng)支護結(jié)構(gòu)選型合理時，可以確保施工的安全性與可靠性，經(jīng)濟效益和社會效益均比較高。按照場地水文，地質(zhì)條件與工程地質(zhì)環(huán)境，選擇出具備經(jīng)濟性和安全性的支護方式，明確總體支護方案。深基坑支護方案必須滿足抗輕負(fù)穩(wěn)定性，抗滑穩(wěn)定性和變形穩(wěn)定性的要求。在優(yōu)選時可以采用放坡開挖方法，該方法屬于基坑開挖方案中最具備經(jīng)濟性的方案，按照相關(guān)規(guī)定顯示，5 m以內(nèi)基坑開挖邊坡，沙石類和老年土的高寬比為1∶0.35，坡高度為50 m左右。在明確高寬比之后，應(yīng)當(dāng)聯(lián)合區(qū)域地質(zhì)條件作做出科學(xué)決策。

2 工程概況

該項目位于廈門市同安區(qū)西柯鎮(zhèn)同安現(xiàn)代服務(wù)業(yè)基地片區(qū)，其東側(cè)與同安灣相隔一條濱海旅游路，其北側(cè)為已修建完成的規(guī)劃路，西側(cè)現(xiàn)為廈門環(huán)東海域新城指揮部大樓，南側(cè)與已建西洲路相鄰（如圖1所示）。設(shè)有2層地下室結(jié)構(gòu)，基坑支護總面積約17 815.37 m2，支護周長約498 m。地面標(biāo)高約為7.89 m，基坑底標(biāo)為-2.78 m，基坑開挖深度約為10.67 m（標(biāo)高為黃海高程）。

圖1 項目與周邊關(guān)系圖

工程地質(zhì)條件：場地較低洼平坦，多為內(nèi)灣灘涂或淺灘，大多吹填改造為養(yǎng)殖魚塘，后因片區(qū)整體規(guī)劃需要已進行回填，該區(qū)域為沿海地區(qū)典型性地質(zhì)。土層分布自上而下為：1）人工填土。2）淤泥質(zhì)黏土。3）含泥中砂。4）中粗砂。5）粉質(zhì)黏土。6）卵石。7）殘積砂質(zhì)黏性土。8）全風(fēng)化花崗巖。9）砂礫狀強風(fēng)化花崗等。其中粗砂厚度在1.6 m～9.9 m，面層黃海高程-3.30 m～1.20 m。如圖2所示。

場地周邊環(huán)境：該場地東側(cè)地下室外墻外邊線距用地紅線約為4.1 m，用地紅線距已建濱海旅游路約14.5 m，用地紅線距同安灣邊線最近約35 m；南側(cè)地下室外墻外邊線距用地紅線約為5 m～9 m，用地紅線距西洲路邊線約15 m；西側(cè)地下室外墻外邊線距用地紅線約為5 m，紅線外約3.8 m為已建圍墻，圍墻外現(xiàn)為廈門環(huán)東海域新城指揮部大樓；北側(cè)地下室距用地紅線約為4 m，用地紅線緊臨已建道路人行道。另根據(jù)地面調(diào)查，建筑場地交通便利，運輸?shù)缆吠晟仆〞?，場地地勢較平坦開闊，適于各類機械進場施工作業(yè)，場項目東側(cè)已建市政道路下埋有各類電纜、管線、通信等。

3 止水樁的選擇

在該項目中，基坑設(shè)計目標(biāo)在于安全性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一，全面落實“動態(tài)化設(shè)計、信息化施工”的原則，以此確保工程設(shè)計的合理性，簡化施工操作步驟。由于該區(qū)域臨近大海，因此場地地下水位變化受潮汐直接影響。根據(jù)地質(zhì)勘察報告顯示場地內(nèi)的土層分部的砂層較厚、分布范圍廣。由于砂層存在貫通性及連續(xù)性、透水性能較強的特性，所以基坑開挖存在大量涌水的可能，因此該基坑支護體系的關(guān)鍵在于止水措施，應(yīng)該于基坑工程四周設(shè)置有效的止水帷幕。

圖2 該工程典型土層分布剖面圖

因為該場地地質(zhì)特殊，周邊地下水補給充沛，并且場地內(nèi)地下水與海水之間存在密切水力聯(lián)系，所以經(jīng)過多方論證，決定采用連續(xù)套接的三軸水泥土攪拌樁組成1道外圍止水帷幕，在東側(cè)臨海迎水面圍護樁間加設(shè)1道二重管高壓旋噴樁來加強止水隔斷，并在場地內(nèi)分布24口降水井進行場地內(nèi)降水。主要有以下2點考慮：1）該項目臨近海邊，地下水受潮汐影響較大，三軸水泥與攪拌樁可能存在止水效果未能滿足現(xiàn)場施工需求的問題。2）考慮三軸水泥土攪拌樁可能無法完全嵌入卵石層，存在根部涌水，未能達到設(shè)計的止水效果。

綜合上述，該工程基坑采用長螺旋支護樁結(jié)合錨索的支護型式進行支護，同時采用三軸攪拌樁進行全面止水，擬定在特殊部位采用樁間二重高壓旋噴樁加強止水。該工程基坑支護止水工程總造價約362萬，其中二重高壓旋噴樁造價約80萬元。

4 三軸攪拌樁技術(shù)參數(shù)

該基坑支護止水方案采取兩道互補，于支護樁外側(cè)進行連續(xù)套接三軸水泥土攪拌樁止水帷幕，支護結(jié)構(gòu)平面圖如圖3所示。

圖3 沿海一側(cè)基坑支護止水平面圖

攪拌樁采用連續(xù)套接的三軸水泥土攪拌樁，規(guī)格為φ850@600 mm，水泥土攪拌樁的水泥參量≥25%，樁身28 d的無側(cè)限抗壓強度≥1.5 MPa，澆筑過程中泵送壓力應(yīng)該＞0.3 MPa，泵送流量必須恒定。

施工允許偏差：樁位偏差≤20 mm，垂直度≤0.5%，當(dāng)機械攪拌頭下沉到設(shè)計深度時，應(yīng)該立即檢查并適當(dāng)調(diào)整施工機械垂直度。水泥漿水灰比為1.5。水泥土攪拌樁齡期應(yīng)達28 d以上方能進行土方開挖。

基坑土方開挖過程中，如果發(fā)現(xiàn)個別區(qū)域出現(xiàn)漏水、涌沙現(xiàn)象，應(yīng)該立即停止開挖，用注漿等措施進行封堵，并且加強觀測，防止周邊地面出現(xiàn)沉降。

當(dāng)三軸水泥土攪拌樁施工完成并且達到齡期后，應(yīng)該組織現(xiàn)場開挖和全面排查，進行鉆芯取樣以檢測止水效果，如果出現(xiàn)滲漏等情況應(yīng)該立即封堵，同時查明原因，由設(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整施工工藝及參數(shù)。

5 三軸水泥土攪拌樁施工工藝

5.1 測量放線

按照工程設(shè)計方案中的坐標(biāo)基準(zhǔn)點，確保放樣定位的準(zhǔn)確性，同時測量工程高程，放置臨時標(biāo)志與永久性表示。完成放樣定線后，編制測量技術(shù)復(fù)核單，邀請監(jiān)理工程師復(fù)核檢驗并簽證，確保無差錯后，再開展攪拌施工操作[1]。

5.2 開挖溝槽

在定位鉆機之前，按照圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)外控制線，采用挖機設(shè)備來開挖溝槽，將其作為導(dǎo)溝。溝槽的開挖寬度為1 200 mm，深度為1 500 mm。通過導(dǎo)溝為樁位提供導(dǎo)向裝置，同時清理干凈地下障礙物，及時處理開挖溝槽產(chǎn)生的余土，確保攪拌樁施工的正常化，滿足文明施工要求。

5.3 放置定位導(dǎo)線

按照設(shè)計圖紙要求，做好加固范圍編碼處理，明確工程施工順序，沿開挖好的導(dǎo)溝外側(cè)放置定位導(dǎo)線。根據(jù)設(shè)計要求間距，使用電工膠布在定位導(dǎo)線上設(shè)定施工分檔刻度，確保每1根攪拌樁位置定位的準(zhǔn)確性，同時做好編號處理。

5.4 定位三軸水泥土攪拌樁樁位

三軸攪拌樁直徑為φ850@600 mm，且3個軸心的間距為1 200 mm。按照尺寸依據(jù)，在平行導(dǎo)線上方采用電工膠布定位。

5.5 攪拌樁成樁施工

樁機就位之后，與樁位對齊。在準(zhǔn)確定位后，做好定位復(fù)核處理。樁位偏差必須在5 cm以內(nèi)。攪拌樁成樁施工主要采用“兩攪一噴”的工藝。樁底深度4 m～6 m應(yīng)當(dāng)提升1次～2次。合理控制攪拌樁攪拌速度，規(guī)定注漿速度。在鉆進和提升操作中，應(yīng)當(dāng)注入水泥漿液，對提升和下沉速度進行控制。按照相關(guān)技術(shù)資料與施工經(jīng)驗，合理控制好注漿壓力和攪拌速度，并做好相關(guān)記錄。

6 二重高壓旋噴樁技術(shù)參數(shù)

二重高壓旋機轉(zhuǎn)桿提升速度為10 cm/min～15 cm/min，水灰比1.0，采用二重管噴射注漿。直徑為1 000 mm的二重管高壓旋噴樁的水泥用量≥500 kg/m。高壓水泥漿液流的壓力宜為15 MPa～25 MPa，氣流壓力宜取0.7 MPa。為了避免地下水流動稀釋漿液，需要摻加速凝劑，確保漿液初凝時間＜2 h。確保圍護樁混凝土強度＞70%后，再開展旋噴樁施工。鉆孔位置和設(shè)計位置偏差應(yīng)當(dāng)控制在30 mm以內(nèi)。旋噴樁應(yīng)采用復(fù)噴進行施工?？孜黄睢?0 mm，孔斜率≤0.5%，孔徑≥1 000 mm。中斷噴射后，恢復(fù)噴射時搭接段長度≥0.5 m。

7 質(zhì)量檢測及效果

在完成基坑支護方案優(yōu)選后，應(yīng)當(dāng)做好質(zhì)量檢測，例如注重施工與計量記錄、檢測樁基質(zhì)量、加強止水帷幕施工質(zhì)量、檢驗止水效果等，具體包括以下4條：1）該工程施工中，派遣專人進行施工記錄和計量記錄，同時對比施工工藝，評定每根樁的質(zhì)量。保證施工過程中的噴漿壓力、水泥用量、樁長、攪拌頭轉(zhuǎn)數(shù)和提升速度、復(fù)攪深度都符合相關(guān)規(guī)范要求[2]。2）在攪拌樁施工完成并且達到28 d齡期時，應(yīng)對樁身采用鉆芯法，以鉆取芯樣的形式進行無側(cè)限抗壓強度試驗?，F(xiàn)場芯樣及芯樣綜合柱狀圖（如圖4所示），檢測結(jié)果均符合設(shè)計要求。3）該工程三軸水泥土攪拌樁施工完成后形成1圈閉合的止水帷幕，有3處三軸水泥土攪拌樁施工無法達到設(shè)計要求（穿透透水層）。現(xiàn)場立即組織地勘、設(shè)計、監(jiān)理、施工單位對其進行評估，并且參照原設(shè)計預(yù)案對止水帷幕進行局部補強，在三軸水泥土攪拌樁深度未達到設(shè)計要求的正前方長螺旋支護樁與樁之間進行二重高壓旋噴樁的施工。4）在土方未進行開挖時代建組織設(shè)計、地勘、監(jiān)理、施工單位查驗三軸攪拌樁止水效果。通過局部開挖查看成樁效果，成樁效果良好（如圖5所示）。經(jīng)由場內(nèi)24口降水井進行14 d的持續(xù)降水，布設(shè)4口水位觀測井，基坑內(nèi)水位下降1 m，從原黃海高程4.9 m降到基坑設(shè)計標(biāo)高約黃海高程-3.78 m。此后進行3 d現(xiàn)場觀測水位變化，水位穩(wěn)定無明顯大變化。最終相關(guān)參建單位一致認(rèn)為該工程的三軸水泥土攪拌樁止水效果良好。后經(jīng)設(shè)計現(xiàn)場確認(rèn)，除3處三軸水泥土攪拌樁未穿透卵石層的部位已采用二重高壓旋噴樁進行補強外，其余東側(cè)樁間的二重高壓旋噴樁止水帷幕不需要再進行2道設(shè)防，同意取消施工。該項目基礎(chǔ)施工到基坑土方回填為期1年，在施工過程中基坑基本沒有出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。此次取消二重高壓旋噴樁為項目整體工程造價節(jié)約73萬元，也節(jié)約了工期。充分體現(xiàn)了“動態(tài)設(shè)計，信息施工”的基坑設(shè)計內(nèi)涵。

圖4 現(xiàn)場取芯芯樣

圖5 三軸水泥土攪拌樁成樁效果

8 結(jié)語

綜上所述，該工程基坑止水的實踐證明：通過三軸水泥土攪拌樁進行基坑止水的措施，尤其針對這種復(fù)雜地下水情況的情況，具有較強可靠性，可以有效保證沿海地區(qū)基坑或深基坑項目土方開挖的順利進行，維持基坑在基礎(chǔ)施工階段的安全性、穩(wěn)定性。