高水位地下工程深基坑加固方法研究

2023-10-09安会丽刘炳向荣谢誉非

工程建设与设计 2023年17期

安会丽，刘炳，向荣，谢誉非

（中建二局第二建筑工程有限公司，广东深圳 518000）

1 引言

在地下空间的开发以及建设过程中，基坑工程的重要性不言而喻。而对于深基坑工程而言，高水位环境下的工程设计以及推进往往会更加复杂[1]。如果在施工过程中没有对高水位情况加以处理，那么在施工中会导致地下水涌入基坑，轻则导致工程延期，重则导致深基坑崩塌，对施工安全性有不容忽视的影响[2]。因此，为了确保施工安全，需要确保高水位状态下的深基坑的稳定性，在高水位深基坑工程中，不仅要对深基坑进行降水施工，还要对深基坑的支护体系进行一定程度上的加固，但是目前的深基坑加固研究中，在高水位环境中的深基坑加固分析较少[3]，因此，本研究对高水位环境下的地下工程深基坑建设方案以及施工方法进行分析，并针对其优化设计方案进行探讨，旨在确保基坑稳定性的同时提高工程效率，从而确保工程项目的安全性。

2 高水位地下工程深基坑工程地质及水文情况

2.1 工程地质条件

某项目基坑工程施工前，采用工程地质钻探的方法对工程区域的地质进行分析，勘探深度内的岩土层情况如图1 所示。为确保在工程进行途中的稳定以及安全，在工程施工过程中，应对工程周边采取有效的监测措施，对基坑附近的土体平移、地下水位变化和地面沉降情况进行实时的精确监测，对该基坑的边缘坡体进行稳定性检测，检测方法为瑞典条分法。在本基坑工程中初步采用了截水沟以及排水盲沟两种降水措施，其基坑剖面图如图1 所示（横坐标代表基坑中心至地质取样边缘距离）。

图1 基坑剖面图示例

2.2 工程水文条件

在基坑拟建地区附近有江流，其在勘测期间的水位为8.00 m。通过对该区域的地质勘察可知，地下水种类主要为第四系松散岩孔隙潜水-微承压水，黏土-粉砂岩为该水层的隔水层，总体上水量不大；中砂、粗砂以及圆砾石层中存在孔隙水，水量较大。以上地下水的来源主要是大气降水以及周边含水层的渗透。根据工程现场的钻孔取芯检测，杂填土、中砂、粗砂以及圆砾石层的渗透系数均较大，属于10-1～10-3cm/s 级别，其他的岩土层则表现为弱透水性。

3 高水位地下工程深基坑支护施工方案

3.1 深基坑支护施工基本准则

在本工程的施工过程中，应满足的要求为：（1）满足支护结构稳定性的要求，支护结构不能发生倾倒、滑动和塌陷；（2）在基坑工程最下层不能发生地层凸起、管涌等危险现象；（3）在支护整体搭建完成后，支护结构在承受负荷时不能有结构强度上的损失；（4）止水施工设计要能满足控制水土流失的作用；（5）工程中土方的挖掘过程应做到有组织、区域性、阶段性地有序挖掘；（6）深基坑边缘2 m 范围内的地面荷载不得超出承重上限，超载上限为20 kPa，并且周边平台不可以堆叠过多。

3.2 高水位地下工程深基坑降水措施

在基坑支护体系施工前，需要采取有效的水位控制措施，才能安全开工。通过降排水措施，可以使土体以及基保持干燥状况，从而确保工程的稳定性以及安全性。例如，在基坑工程周边设置止水帷幕，对水位进行有效控制，必须保证基坑底部的水位深度在0.5～1.0 m，本项目基坑止水帷幕为3 排φ500 mm间距为35 mm 的双管高压旋喷桩；在基坑附近进行降水井的设置，数量约为50 口；在深基坑底部设置数个积水坑，进行重力流排水。

施工前，首先进行双管高压旋喷桩的试验桩施工，以进一步确认各项施工参数。通过试做2 根试验桩，确认各参数为：（1）高压泥浆射流的压力必须大于20 MPa；（2）水泥浆液水灰比为0.8～1.0，应尽可能保持为1.0；（3）水泥浆液需在施工前1 h 进行搅拌，搅拌后的静置时间应小于3.5 h；（4）使用42.5R早强硅酸盐水泥，水泥掺入量必须大于土体总量的35%；（5）施工过程中，应首先进行试喷，施工顺序为喷浆、旋转、提升；（6）需对设备以及管路进行检查，避免注浆管以及喷嘴内有杂物，喷嘴与高压泵的距离必须大于45 m；（7）如果施工过程中发生故障，为防止桩体中断，应在第一时间停止喷涂；（8）旋喷过程中的钻孔冒浆量必须符合工程要求，即为成桩工程量的10%～30%，如果冒浆量大于成桩工程量的30%或者发生不冒浆，则应检查设备并进行排查；（9）旋喷过程中如果发现地下有障碍物，应采取相应措施进行处理；（10）采用隔孔施工法；（11）注浆后应清洗泵体以及管路。最终的旋喷成桩质量要求如表1 所示。

表1 旋喷成桩工程质量要求

3.3 高水位地下工程深基坑支护施工

采用倒挂井的施工工艺进行支护结构施工，支护结构包括护壁以及围护桩。护壁采用钢筋混凝土结构；围护桩直径为1.2 m，桩体嵌固深度为2.6 m，采用C30 混凝土。在施工前，止水帷幕旋喷桩的无侧限抗压强度必须达到设计要求，其值必须大于1.0 MPa，必须在其达到强度后再进行后续施工。

3.4 高水位地下工程深基坑护壁施工

根据现场实际情况检查止水帷幕桩体强度是否达标，测量放线后，根据确定好的基坑边线，采用机械开挖，在到达深基坑底部标高后，对其进行人工修整。通过常规工程流程绑扎钢筋、立模，然后进行混凝土灌注、安装钢结构支撑。由于基坑护壁采用倒挂井施工工艺，所以，在分层施工时，应以每道护壁的高度作为一层，在施工过程中充分利用时空效应。护壁钢筋采用常规的绑扎法进行施工，每道护壁之间的钢筋通过焊接连接，护壁与底板通过锚固连接，护壁模板采用钢模板。混凝土浇灌完成后，要及时进行养护，必须在强度达标后才能拆除侧模板。

3.5 高水位地下工程深基坑围护桩施工

围护桩主要采用钻孔灌注桩进行施工，直径为1.2 m，桩的中心距为3 m，其嵌入土体深度为2.6 m。其中，设置了3 道内支撑围护桩。第一道的材质主要为钢筋混凝土，第二、第三道采用管壁为1.6 cm、管径为60.9 cm 的钢管，其竖向间距分别为4 m 和3.5 m，围护桩顶设有冠梁，围护桩之间挂置钢筋网，采用了喷射的方法完成混凝土的浇灌，钢筋的设置流程必须遵守相关官方要求，并且需要根据实际要求长度对主筋进行锚固，并将其嵌入冠梁内。最终的深基坑支护施工示意图如图2 所示。

图2 高水位深基坑支护施工示意图

4 高水位地下工程深基坑监测

4.1 高水位地下工程深基坑监测预警值

根据本工程中的基坑施工范围以及深度，对其本身以及附近环境进行监测预警。监测内容包括支护结构水平位移、水位、地面沉降、桩顶水平位移等内容。本基坑的开挖深度为19 m，应按照GB 50497—2019《建筑基坑工程监测技术标准》的相关要求，按照一级基坑要求进行监测，监测项目预警值如表2 所示。

表2 基坑检测预警值

如果在监测中途发生以下情况，则应第一时间终止工程然后报警，并采取应急措施：（1）某项监测数据到达预警阈值；（2）基坑支护结构突然发生明显位移；（3）周边土壤发现显著的位移；（4）工程底部出现流沙或是较为严重的渗水；（5）支护体系出现较大的变形、断裂、弯曲、松弛现象；（5）周边建筑开裂或出现较大变形。

4.2 高水位地下工程深基坑监测频率

安全监测工作从施工开始便进行，基坑支护体系构建完成并回填完毕则监测工作结束，在施工的全过程中需要持续不中断地进行安全监测工作。各项参数的监测频率如表3 所示。

表3 基坑安全参数监测频率表

4.3 高水位地下工程深基坑监测点位布置

对于本基坑工程，为实现监测的客观性以及准确性，最大限度地保证工程的安全进行，监测点位分布于基坑四周以及基坑内部。

5 高水位地下工程深基坑加固方法效益分析

通常来说，在高水位环境下，一级深基坑的支护建设通常采用地下连续墙施工体系，而对于较为狭小的施工场地，会影响施工空间的局限性，导致无法进行钢筋笼加工以及吊装使用。而止水帷幕、护壁以及围护桩的施工在工作空间的需求上则相对灵活，不受工作场地大小的限制。止水帷幕一方面可以满足在高水位环境下的止水需求，另一方面可以发挥一定的加固作用，而护壁和围护桩的应用进一步保证了基坑的稳定性，大大提高了基坑施工现场的稳定性以及安全性。