深基坑施工过程的控制要点

2015-12-02于洁

天津建设科技 2015年3期

□文/于洁

深基坑施工过程的控制要点

□文/于洁

在现代建筑工程中，为适应城市建设的飞速发展，深基坑及超深基坑工程日益增多，而复杂的水文地质情况及周边环境导致了深基坑是一项综合性很强的工程。文章结合天津地铁3号线和平路站的施工案例就基坑围护、坑内降水、基坑开挖、支撑、止水堵漏、基底加固和基坑监测等几个方面进行简要阐述。

深基坑；施工；复杂环境；控制措施

深基坑工程具有很强的区域性，如黄土地基、砂土地基、软粘土地基工程等地质条件不同的地基中，基坑工程差异性很大。地质条件的复杂性、不均匀性，往往造成勘察所得到的数据离散性很大，难以代表土层的总体情况且精确度较低。因此，深基坑开挖要根据本地具体情况因地制宜，下面以天津地铁3号线和平路站为例对深基坑施工过程中的控制要点进行简要论述。

1　工程概况

天津地铁3号线和平路站为地下3层14m岛式曲线站台车站，车站外包总长133.47m，标准段总宽28m，车站主体占地面积8400m2。主体结构为多层多跨箱形框架结构。围护结构采用800、1000、1200mm三种厚度连续墙，最大深度53.7m，属于典型的超深异型基坑，基坑最窄处约25m，最宽处达86m，基坑受力复杂，基坑变形控制难度大。

2　地质情况

天津地下潜水位埋深浅，离地表面0.4～2.1m，浅部的粉土或砂土层中的地下水具有微承压性，深部影响范围内存在承压水头较高的承压含水层。潜水与微承压水的相互渗透补给又进一步增加了地质条件的复杂性且本站的4个阴角部位未设止水钢板，容易出现涌水、涌砂等而引发的重大工程事故。

3　基坑围护

基坑开挖深度超过10m、基坑平面面积1 000m2时，钢板桩、混凝土板桩、搅拌桩作为围护结构，一般难以抵抗侧向土水压力，因此本工程采用地下连续墙作为围护结构。地下连续墙具有施工振动小、噪音低、对周边环境无扰动、墙体刚度大、阻水性能好、施工安全等优点，但如果结构处理不好，墙身质量得不到保证，亦会削弱其受力性能和抗渗能力，给基坑工程带来不利影响，因此要保证基坑顺利开挖首先要保证地下连续墙的施工质量同时也要考虑地下连续墙施工对周边建筑物的影响。

3.1围护结构闭合

围护结构的主要作用是防水和档土，如结构没有闭合，基坑开挖时极可能出现渗漏水的情况，因此尤其是超深异性基坑更加需要形成连续整体的围护结构以封闭基坑，应综合考虑施工现场及施工设备等因素合理设计地下连续墙的结构形式，便于基坑开挖。

由于基坑开挖受地下承压水的影响，如条件允许，地下连续墙的深度应尽量考虑隔断影响基坑开挖的承压水层，以最大限度断绝基坑内外的水力联系，保证基坑内外的稳定，见图1。

图1　工程地质与基坑开挖面围护结构相对关系

3.2成槽应控制塌方

如基坑深度范围内地层复杂（包含填土、砂层等），成槽过程中极易塌孔，会影响到地下连续墙的施工和质量，可采取以下措施控制塌方。

1）加固地基。如果地基软弱，影响地下连续墙施工时重型机械的行走作业，可以采用换填土的方法加固地基或者延长导墙的深度；如果导墙附近塌方较严重，开挖置换土工作量大且影响后道工序的施工进度时，可根据现场情况在导墙附近采用水泥搅拌桩加固或者单液注浆填充加固，同时应考虑对建筑物地基的加固，可采用竖向封闭注浆和斜向加固注浆相结合的方式。

2）确保成槽过程中砂质粉土的稳定。控制泥浆指标、确保泥浆质量，如单纯采用泥浆无法满足成槽护壁要求，可根据周边情况进行地下连续墙预降水，通过降水，一方面抬高了泥浆液面和地下水头的压力差，增加了槽段的稳定，另一方面固结砂质粉土层，保证该层土在成槽中的稳定。

3）加强对周边建筑的保护。为保证地下连续墙施工过程中周边建筑物安全，地下连续墙施工前在基坑与建筑物间可设置隔离桩、搅拌桩或水泥土墙进行保护。隔离桩桩径φ800mm，间距1 200mm，深度分别为28、55m。为保证隔离桩间的档土及止水效果，在浅隔离桩之间采用φ600mm旋喷桩，深27m，深隔离桩之间采用2根φ600mm@400mm旋喷桩，深36m，咬合厚度250mm。

4　基坑降水

降水有利于基坑施工但也直接影响到基坑外建筑物的稳定性，基坑周边重要历史保护建筑物较多，此类建筑物对地层沉降反映明显，因此对基坑开挖以及基坑降水操作要求较高。为减少降水对坑外环境的影响，降水运行控制期间，严格执行“分层降水、按需降水、动态调整”的降水原则，保持水位在开挖面下1m左右，尽量减少坑外水位下降导致的环境变化。

当坑外观测井内的水位下降超过自然变化的最大值时，应加密监测次数，当地面沉降超过警戒值，必要时应考虑进行地下水回灌，回灌井另行根据沉降情况进行布设。

5　基坑开挖及支撑

深基坑工程的开挖，必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响。所以应尽量做到边施工、边监测，还要遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，随挖随撑，对称均衡，限时限量，严禁超挖”的原则，加强对整个深基坑施工过程的控制，保证工程顺利、安全地完成。

5.1深基坑工程具有较强的时空效应

深基坑的深度和平面形状，对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在深基坑设计中，要注意深基坑工程的空间效应。土体蠕变体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化，蠕变将使土体强度降低，使土坡稳定性减小，故基坑开挖时应注意其时空效应。

由于和平站基坑深达31.5m，周边近距离有历史风貌性建筑需要重点保护，因此基坑开挖过程中，注重“时空效应”，控制围护结构变形对于本工程尤其重要。基坑开挖阶段，严格进行分段、分层对称开挖，及时架设支撑以减小围护结构的变形。挖至基底时避免因超挖而对原状土的扰动，及时跟上基础垫层的施工，以抵抗基底隆起变形并形成底层支撑，降低基坑围护结构变形速率。

5.2开挖前先对地下连续墙接缝进行探孔

在基坑施工过程中，在开挖前对有可能出现渗漏水的接缝处提前进行探孔，用洛阳铲沿接缝的位置向下挖探孔，探孔深度为开挖面下2m，确保如无渗漏或冒水现象后方可进行该接缝土方开挖。

5.3对开挖出的地下连续墙接缝进行处理

开挖地下连续墙接缝存在夹泥的部位，清除夹泥后，及时喷射防渗、早强混凝土。喷锚厚度10～15 cm，挂φ8mm@100mm钢筋网，焊φ22mm@200mm水平筋与连续墙钢筋牢靠连接。对露筋地下连续墙及时进行喷射防渗、早强混凝土。

5.4深基坑土方开挖对工期的要求

由于深基坑开挖深度一般较大，工程量比浅基坑增加很多。抓紧施工工期，不仅是施工管理上的要求，它对减小基坑变形，减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。

在和平路站一级基坑施工过程中，第二道支撑为钢筋混凝土支撑，按正常施工顺序，先施工底板，然后拆除第二道混凝土支撑，再施作边墙、顶板，拆撑和边墙施工至少需要20d。经与各方仔细研究分析后，采用合建模式，即施工混凝土支撑时预埋边墙钢筋，见图2，这样二道撑上部边墙钢筋模板与下部土方开挖时同时施工，待底板施工结束后马上进行边墙混凝土浇筑，节约工期至少15d。

图2　腰梁边墙合建

6　止水堵漏

止水堵漏是城市地铁深基坑施工的重点、难点、风险点，尽管在开挖前已对基坑周边进行止水加固处理，但随着基坑的开挖，基坑内外水头差也随之不断增加，同时也加大了地下连续墙接缝及阴角处渗漏水的风险，如出现涌水涌砂，若不及时进行处理，很容易造成周边地表沉陷，危及周边建筑物安全。

6.1加强基坑内渗漏水情况的监测

堵漏关键在于及时，所以在基坑开挖过程中要时刻进行巡查，尤其是地下连续墙接缝、阴角处更加不能放松警惕。

6.2基坑渗漏水的处理措施

首先要选择有经验的专业施工队伍进行施工，这样在出现险情时才能提供强有力的技术保证。如果开挖过程中地下连续墙发生渗漏，可视渗流部位、流量、渗漏点大小分别采用下列方法进行处理：

1）如果渗漏点局限于开挖面以上且渗漏量不大，宜采用双快水泥埋管用水溶性聚氨酯注浆封堵；若渗漏量较大，在渗漏点打入泄水管，用双快水泥封堵泄水管周围，待周围封堵材料达到强度后注水溶性聚氨酯或双液浆；

2）如果渗漏点延伸至开挖面以下，应在基坑外渗漏点附近压注单液浆或水泥-水玻璃双液浆，注浆采用压力控制，最高压力不得超过0.3 MPa；若流量较大，应在基坑内局部回填砂袋码压密实并打入泄水管减压，同时在基坑外渗漏点附近压注单液浆或水泥-水玻璃双液浆封堵；

3）如果渗漏水流混浊，夹砂夹泥且渗漏量较大，应注意渗漏点附近可能存在严重的土体流失，出现空洞，此时严禁重型机械靠近，立即对基坑进行回填，打入泄水管减压并采取基坑外注浆填补空洞，同时可在基坑内采用高性能堵漏材料进行水平注浆处理，必要时浇筑混凝土。

7　基底加固

深基坑开挖深度大，应考虑承压水的顶托力对基坑底板造成的突涌破坏。基坑突涌要事先预防，以基坑降水为主要措施，降水过程中对观测井进行密切监视，一旦发现有基底突涌，立即启动周边的降压井，实施承压水降压，直至突涌停止并详细分析发生突涌的原因，指导下步降水运行管理。

为改善基底土体，提高基坑开挖阶段被动区土体的侧压力和基底的抗涌，应对深基坑的基底土体进行加固处理，目前可采用的土体加固主要手段有分层压密注浆加固、旋喷桩加固和水泥搅拌桩加固，由于采用旋喷桩加固在砂层中成桩效果不理想，而水泥搅拌桩加固施工周期较长，对基坑内的土体扰动大，易产生基坑失稳、纵坡不稳等现象，而采用分层压密注浆进行加固，对基坑内土体扰动小，施工周期短，当采用双液浆加固时，浆体进入土体后，早期固结快，浆液不易流失，为基坑开挖创造条件。