鐵崗水庫深基坑工程的風(fēng)險分析及質(zhì)量控制探析

熊 焰

(深圳市深水水務(wù)咨詢有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引 言

近年來，隨著許多城市的生態(tài)環(huán)境治理和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷時間，調(diào)蓄池等一些水環(huán)境處理項目逐漸增多。調(diào)蓄池工程往往對于發(fā)揮著雨污處理、河水改造、 水系轉(zhuǎn)輸?shù)戎匾墓δ躘1]。建設(shè)過程中往往需要涉及復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)和基坑的開挖和支護(hù)等重要環(huán)節(jié)[2]。與調(diào)蓄池基坑同普通的建筑基坑相比，往往具有以下的特點：①地下廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基坑的換撐條件復(fù)雜。②施工的單項投入費用占工程總費用比重較大。③圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防滲控制變形能力要求高。文章通過對鐵崗水庫調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸工程調(diào)蓄池的基坑工程的施工過程進(jìn)行深入研究分析，針對關(guān)鍵施工領(lǐng)域的步驟進(jìn)行風(fēng)險控制和優(yōu)化，以期提升調(diào)蓄池基坑的工程質(zhì)量，為后續(xù)地下水工結(jié)構(gòu)的順利施工做基礎(chǔ)。以期待為類似的水利調(diào)蓄工程基坑質(zhì)量控制有一定的參考意義。

1 工程概況

鐵崗水庫是保障深圳西部片區(qū)用水需求最主要的供水水庫，其原水主要通過東部供水工程從東江引入，由于寶安區(qū)水源保護(hù)區(qū)劃定時間較早，加上飲用水源保護(hù)區(qū)劃定和調(diào)整工作中限于當(dāng)時基礎(chǔ)資料精度和技術(shù)手段限制，本片區(qū)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分為建成區(qū)，入庫水質(zhì)達(dá)不到國家、廣東省及深圳市相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，為此開展轄區(qū)內(nèi)鐵崗水庫牛成村徑流調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸工程。

本工程主要內(nèi)容包括局部河道改造、雨水收集系統(tǒng)、調(diào)蓄系統(tǒng)、雨水轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)以及生態(tài)綠化和服務(wù)設(shè)施建設(shè)等。

擬建牛成村調(diào)蓄池位于南光高速與寶石路交叉口東側(cè)，調(diào)蓄池基坑呈矩形，長×寬=108m×78m?，F(xiàn)狀地面高程整體較平坦，高程約36.0～37.0m之間，西北側(cè)局部地形較高，地面高程約42.5m；東南側(cè)局部地形較低，地面高程約34.0m；基坑開挖深度整體約14.6m，局部深度達(dá)20.6m?；颖泵鏋樯钲谑邪裁瘜崢I(yè)有限公司，距現(xiàn)狀擋墻及廠區(qū)廠房約23.85m；西側(cè)為現(xiàn)狀南光高速公路匝道和寶石公路，距南光高速公路匝道排水溝最近約34.66m；東面有現(xiàn)狀8層高建筑物及4層高建筑物，距建筑物最近約為23.13m。調(diào)蓄池平面圖，如圖1所示。

圖1 調(diào)蓄池平面圖

考慮到基坑周邊場地較寬闊，距離周邊建構(gòu)筑物較遠(yuǎn)，為方便施工，基坑采用灌注樁+錨索的支護(hù)型式，其中灌注樁樁徑1.2m，間距1.5m，樁身設(shè)置3～4道預(yù)應(yīng)力錨索；樁間采用旋噴樁+注漿帷幕相結(jié)合的止水方式，旋噴樁樁徑0.7m，間距1.5m，與灌注樁兩兩咬合。同時對西北側(cè)地形較高區(qū)域，樁頂以上采用土釘墻防護(hù)，土釘采用鋼花管土釘，坡面采用掛網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行防護(hù)。調(diào)蓄池基坑斷面圖，如圖2所示。

圖2 調(diào)蓄池基坑斷面圖

2 工程地質(zhì)安全風(fēng)險分析

該地塊場坪范圍為建材廠，場地地面高程范圍為 33.40～37.00m，調(diào)蓄池占地面積 0.88ha，調(diào)蓄池尺寸為 80m ×110m，設(shè)計開挖底高程為21.5m，設(shè)計場坪標(biāo)高 40.0m。調(diào)節(jié)池總體呈矩形形箱體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。結(jié)合現(xiàn)在地面高程，設(shè)計開挖最大深度15m。支護(hù)方式為灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索，采用高壓旋噴樁攔土截水。調(diào)蓄池場地地層巖性自上而下有①-1素填土、①-2雜填土、①-3填石、②-2礫質(zhì)黏土、②-4礫砂，③殘坡積土、④-1全風(fēng)化花崗巖、④-2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、④-3弱風(fēng)化花崗巖、④-4微風(fēng)化花崗巖?；娱_挖主要涉及以下工程地質(zhì)問題。

2.1 持力層及地基處理問題

調(diào)蓄池底板高程為21.5m，坑底地層為③殘積土、④-1 全風(fēng)化、④-4 微風(fēng)化花崗巖，其中基坑西側(cè)、南側(cè)多為土質(zhì)基礎(chǔ)，南側(cè)、東北側(cè)多為巖質(zhì)地基，承載力均滿足設(shè)計要求，可選做調(diào)蓄池基礎(chǔ)持力層。④-3 弱風(fēng)化花崗巖，④-4 微風(fēng)化花崗巖開挖涉及鑿巖，開挖厚度 0.0～5.0m，巖質(zhì)基底占整個基底的約 10%，由于周圍臨近道路，已有構(gòu)建筑較多，應(yīng)確定合理的基巖開挖方式。另由于花崗巖風(fēng)化土層與弱、微風(fēng)化花崗巖巖層工性質(zhì)相差較大，產(chǎn)生不均勻沉降，應(yīng)選取合理的基礎(chǔ)型式[3]。

2.2 邊坡及基坑穩(wěn)定問題

基坑開挖后，坑壁地層為素填土、雜填土、填石、礫質(zhì)黏土、礫砂、殘坡積土和全～微風(fēng)化花崗巖。在地下水的作用下，礫砂、殘坡積土和全～強(qiáng)風(fēng)化巖，易造成坑壁坍塌等穩(wěn)定破壞。設(shè)計方案為樁錨支護(hù)，樁長 22.6m，樁底高程為13.9m。根據(jù)鉆探情況，灌注樁底位于殘積土、全～微風(fēng)化花崗巖層中，承載力可滿足設(shè)計要求。場地雜填土、填石和風(fēng)化巖土層中揭露的花崗巖孤石(揭露縱向塊徑0.2～5.8m)，影響 鉆孔灌注樁成孔，建議改為沖孔灌注樁。 錨索多在礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中，適宜錨索施工。雜填土、 填石和孤石影響錨索成孔，建議采取相應(yīng)的工程措施。

2.3 滲透破壞和基坑涌水問題

場地現(xiàn)為建材堆放區(qū)，周邊無地表水源，場地老地貌多為花崗巖殘丘，僅西南角 ZK04 鉆孔附近為沖洪積地貌，揭露有透鏡體狀礫砂，場地表層存在透水性較強(qiáng)的素填土、雜填土和填石層，根據(jù)設(shè)計方案基坑底板高程21.5m，勘察期間地下水高程約 33.4～34.5m，最大水頭約13m，在地下水的作用下，易產(chǎn)生滲透破壞問題。場地東北角基坑開挖至微風(fēng)化巖，強(qiáng) 風(fēng)化和弱風(fēng)化巖裂隙發(fā)育，透水性較大，可造成基坑涌水問題[4]。 由于場地地下水位較高，基坑開挖將會形成高約13m 的水頭差，設(shè)計采用高壓旋噴樁攔土截水，樁長15.5m，樁底高程為20m。樁底位于殘積土、全～微風(fēng)化花崗巖層中，可有效阻止基坑內(nèi)外水利聯(lián)系，但風(fēng)化巖土層中存在弱風(fēng)化巖石，影響高壓旋噴樁施工，建議設(shè)計采取相應(yīng)措施應(yīng)對。

3 基坑支護(hù)技術(shù)優(yōu)化與質(zhì)量控制

針對地基層薄弱的問題，使用了結(jié)合基坑的采用灌注樁+錨索的支護(hù)類型，樁身設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索；針對滲透破壞和涌水風(fēng)險，樁間采用旋噴樁+注漿帷幕相結(jié)合的止水方式；針對基坑邊坡穩(wěn)定問題，西北側(cè)地形較高區(qū)域，樁頂以上采用土釘墻防護(hù)，土釘采用鋼花管土釘，坡面采用掛網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行防護(hù)[5]。

需要對此次解決重點風(fēng)險問題的施工進(jìn)行質(zhì)量優(yōu)化控制[6]。

3.1 鉆孔灌注樁

灌注樁采用旋挖成孔工藝，灌注樁直徑為1200mm，冠梁尺寸b×h=1200mm×1000mm，灌注樁主筋采用HRB400，灌注樁混凝土采用水下C30混凝土。

在冠梁施工前，將樁頂浮漿鑿除干凈。灌注樁成孔應(yīng)采用跳挖方式，即每隔一根樁開挖一根樁，待樁芯混凝土澆灌并終凝后，相鄰的樁才可以開挖。鋼筋加工應(yīng)進(jìn)行調(diào)直處理，嚴(yán)重銹蝕應(yīng)除銹。當(dāng)鋼筋籠主筋需要搭接時，采用雙面焊接，縱向受力鋼筋的焊接接頭應(yīng)相互錯開，同一連接區(qū)段內(nèi)縱向受力鋼筋搭間隔布置。施工樁頂冠梁前，樁頂應(yīng)鑿至新鮮混凝土面，出露鋼筋應(yīng)平直，澆筑樁頂冠梁前，必須清理干凈殘渣、浮土和積水，應(yīng)保證排樁與冠梁連接牢固，不得造成連接處產(chǎn)生薄弱面。冠梁施工應(yīng)注意預(yù)埋欄桿等預(yù)埋件。拔樁時，起拔鋼護(hù)筒時，導(dǎo)管要用鋼絲繩另外固定，避免受到附加震動造成導(dǎo)管內(nèi)混凝土離析堵塞。

3.2 預(yù)應(yīng)力錨索

采用3-4束1×7φs(f/ptk=1860MPa)高強(qiáng)低松弛鋼絞線制作錨筋，專用錨桿鉆機(jī)套管護(hù)壁成孔。

錨索注漿采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥拌制水泥凈漿，水泥漿中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)和硬化的有害物質(zhì)，必要時可以摻入外加劑。錨索采用二次注漿工藝，灌漿水灰比0.40∶1～0.45∶1，第一次常壓注漿，注漿壓力約0.8MPa，二次注漿應(yīng)在第一次注漿形成的水泥結(jié)石強(qiáng)度達(dá)到初凝后進(jìn)行，注漿壓力≥2.5MPa，漿體抗壓強(qiáng)度>30MPa。待注漿體強(qiáng)度達(dá)到75%以上且強(qiáng)度>20MPa方可進(jìn)行張拉，鎖定錨索于腰梁和錨定鋼板之上，每根錨索均應(yīng)按抗拔力標(biāo)準(zhǔn)值的0.1～0.2倍進(jìn)行預(yù)張拉，鎖定值取標(biāo)準(zhǔn)值的70%～90%。錨頭封堵可采用水泥砂漿材料，封堵前必須對錨頭用防銹漆涂刷防銹處理，并將錨頭雜物處理干凈[7]。孔位孔深應(yīng)超過設(shè)計長度0.5m，終孔后應(yīng)清孔直至孔口流出清水為。預(yù)應(yīng)力錨索安裝前應(yīng)清除錨索表面的油污和鐵銹。在施工前應(yīng)對錨索進(jìn)行基本試驗，基本試驗錨索應(yīng)加大錨筋面積，以保證最大試驗荷載不小于設(shè)計錨索的承載力極限值。

3.3 樁間高壓旋噴樁

采用雙重管法，旋噴樁直徑≥0.7m。根據(jù)場地工程地質(zhì)條件，選用以下表參數(shù)進(jìn)行高壓旋噴灌漿試驗，并根據(jù)試驗情況調(diào)整設(shè)計參數(shù)，如表1所示。

表1 灌漿設(shè)計參數(shù)表

高壓旋噴樁的滲透系數(shù)應(yīng)<1×10-6/cm/s。應(yīng)嚴(yán)格控制注漿管的提升速度； 成孔時應(yīng)注意記錄地層情況，鉆桿位置偏差<50mm，垂直度偏差應(yīng)<1.0%。在噴漿過程中，注漿管分段提升的搭接長度不得100mm。在深厚的填土與原狀土交界面附近以及中強(qiáng)透水層中應(yīng)采用復(fù)噴工藝。

3.4 灌漿帷幕

在正式施工前必須做灌漿試驗，以最終確定灌漿材料、摻合料、外加劑、灌漿工藝、灌漿壓力和孔序控制等施工參數(shù)。

灌漿材料采用不低于P.O.42.5的普通硅酸鹽水泥，水泥灌漿原則上使用水泥漿，根據(jù)需要，可改為使用細(xì)水泥漿液、穩(wěn)定漿液、混合漿液或膏狀漿液。

帷幕灌漿孔采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)造孔，鉆孔遇有洞穴、塌孔或掉塊難以鉆進(jìn)時，可先進(jìn)行灌漿處理，而后繼續(xù)鉆進(jìn)。灌漿采用孔口封閉循環(huán)式自上而下分段灌漿。先在孔口第一段2m埋孔口管，第二段為3.0m，第三段以下每段5m。灌漿時，當(dāng)灌漿壓力保持不變，吸漿量均勻減少時；或吸漿量不變，壓力均勻上升時，灌漿應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，不得改變水灰比。灌漿孔封孔應(yīng)采用“分段壓力灌漿縫孔法”。灌漿過程中特殊情況處理，發(fā)現(xiàn)冒漿 漏漿，應(yīng)根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等方法進(jìn)行處理。

3.5 掛網(wǎng)噴混凝土面和鋼管土釘

掛網(wǎng)噴混凝土面，掛φ6.5鋼筋網(wǎng)@200×200mm，樁身植筋后在鋼筋頭部設(shè)置2根φ16水平加強(qiáng)筋,并通過錨頭角鐵加強(qiáng)件與植筋錨固連接。按P.O.42.5普硅水泥∶中砂∶5-20細(xì)石=1∶2∶2.5、水灰比=0.45:1的重量配合比配制面層混凝土料，面層混凝土強(qiáng)度C20，厚100mm，采用噴射機(jī)高壓噴射。鋼筋網(wǎng)施工完畢后立即噴混凝土，噴混凝土施工24小時后方可進(jìn)行下一層土方開挖。

土釘采用擊入式鋼管土釘，鋼管土釘直徑為50mm，壁厚6mm。土釘設(shè)計抗拔力為10kN/m，鋼管打入地層后，應(yīng)在鋼管內(nèi)進(jìn)行壓力注漿，注漿材料為P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥凈漿，水灰比0.5～0.6，注漿體的28d抗壓強(qiáng)度>20MPa，注漿壓力>0.6MPa。水泥漿應(yīng)隨伴隨用，注漿必須密實飽滿。按分段分層開挖，分層一次開挖高度不應(yīng)超過該層土釘釘頭高程以下0.5m，機(jī)械開挖后，應(yīng)輔以人工修整坡面。

4 基坑監(jiān)測方案布控及預(yù)警

在基坑施工過程中，由于綜合因素的影響，須周期性對周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)隱患，確保施工區(qū)鄰近周邊環(huán)境及道路的安全和圍護(hù)體系自身的穩(wěn)定[8]。

調(diào)蓄池基坑呈矩形，長×寬=108m×78m。基坑開挖深度整體約14.6m，局部深度達(dá)20.6m，基坑北距離距廠區(qū)廠房約23.85m；西側(cè)距南光高速公路匝道最近約34.66m；東面距建筑物最近約為23.13m；因此，定義該基坑等級為二級基坑。

監(jiān)測對象參照《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB50497-2019)相關(guān)規(guī)定，本工程監(jiān)測對象見表2。

表2 基坑監(jiān)測項目表

續(xù)表2 基坑監(jiān)測項目表

監(jiān)測周期，基坑監(jiān)測周期從基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工開始，至基坑回填至地面標(biāo)高結(jié)束。正常情況下，各項目監(jiān)測頻率見表3。

表3 基坑監(jiān)測頻率表

根據(jù)圍護(hù)設(shè)計說明，本工程監(jiān)測控制值如下所示：樁頂/坡頂位移、沉降允許值為60mm，預(yù)警值為48mm；灌注樁深層水平位移允許值為70mm，預(yù)警值為56mm；錨索拉力當(dāng)測量值達(dá)到抗拔力標(biāo)準(zhǔn)值的70%時應(yīng)立即警示；基坑周邊房屋位移、沉降允許值0.004H/g，當(dāng)房屋整體傾斜度累計值達(dá)到2/1000或傾斜速度連續(xù)3d大于0.0001H/g時應(yīng)報警；基坑周邊地下水水位最大下降深度超過初測水位2m時應(yīng)預(yù)警，地下水位降深達(dá)到4m應(yīng)立即采取回灌措施以恢復(fù)地下水位；變形速率≤5mm/d，如連續(xù)兩天出現(xiàn)變形速率>5mm/d，應(yīng)作異常情況處理。

5 結(jié) 論

文章以深圳鐵崗水庫傳輸調(diào)蓄池基坑為研究背景，主要對場區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了分析，對基坑施工的安全風(fēng)險進(jìn)行評估分析，以此為基礎(chǔ)確定了合理的支護(hù)形式。并且對支護(hù)體系的關(guān)鍵施工步驟進(jìn)行了施工技術(shù)的優(yōu)化和質(zhì)量控制。并且對基坑監(jiān)測方案和預(yù)警進(jìn)行了詳細(xì)的布控及預(yù)警。對調(diào)蓄池基坑的順利施工取得了保證。

調(diào)蓄池基坑的施工中往往涉及基坑降水要求較多，文章對基坑降水方向的施工技術(shù)研究較少，這也是目前水利工程涉深基坑處理的重要研究領(lǐng)域。