高水位下的深基坑支護(hù)方案分析
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【摘要】以某施工工程作為研究對(duì)象，該工程具有較大的基坑面積，且開(kāi)發(fā)深度大，在處于高地下水位的季節(jié)進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取有效的復(fù)合土釘墻支護(hù)方案和降、排水措施，進(jìn)而能夠確保基坑邊坡的穩(wěn)定性。
1引言
某工程包括4棟20層的高層建筑以及2層地下車(chē)庫(kù)，總面積為67000m2，住宅樓和地下車(chē)庫(kù)采用框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和筏板基礎(chǔ)，由于擬建的建筑物基底部分位于強(qiáng)風(fēng)化云母片石巖中，因此在本研究中開(kāi)展深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，除需要考慮局部開(kāi)挖到標(biāo)高外，還需要綜合分析超挖到強(qiáng)風(fēng)化云母片巖中的基坑，深度達(dá)到10m左右，該工程由于埋深大，而且基坑的周長(zhǎng)達(dá)500m，具有較高的地下水位，土層滲透系數(shù)相對(duì)較大，豐富的地下水量使得在施工過(guò)程中很容易存在抗?jié)B水、排水較難的問(wèn)題，因此需要做好止排水工作，能夠確保在施工時(shí)邊坡穩(wěn)定性，有效控制土體發(fā)生位移，同時(shí)，止排水也是地下車(chē)庫(kù)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，我國(guó)在深基坑支護(hù)技術(shù)上還比較薄弱，無(wú)論從施工、監(jiān)控以及計(jì)算方面還在不斷發(fā)展進(jìn)步中都有待加強(qiáng)。
2工程概況
在本項(xiàng)目中所研究的工程原是農(nóng)用耕地，具有一定的水溝，而且地形較為平坦，場(chǎng)地為濱海平原，地下水位標(biāo)高為3~4.9m，地層從上到下分別為素填土、淤泥粉質(zhì)土、細(xì)沙、中砂、粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化云母片巖、強(qiáng)風(fēng)化云母片巖等，具體各個(gè)土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。該場(chǎng)地的地下水類(lèi)型分別為上層滯水以及第四系孔隙潛水，其中，第四系孔隙潛水對(duì)于整個(gè)深基坑施工產(chǎn)生的干擾性是比較大的，上層滯水包括1層素填土潛水含量，然后是細(xì)砂和中沙這2個(gè)土層的含水量較大，由于受到大氣降水滲透以及周邊含水層的補(bǔ)給，以及蒸發(fā)地下徑流等多種方式排泄地下水位，隨季節(jié)而發(fā)生變化地下水位相對(duì)穩(wěn)定的埋深為1~3m，平均為2m，穩(wěn)定標(biāo)高為2~4m，平均標(biāo)高為2.8m，地下水綜合滲透系數(shù)長(zhǎng)達(dá)4.5m/d【1】。
3深基坑圍護(hù)體系以及相應(yīng)的降排水措施
3.1深基坑圍護(hù)體系
在工程開(kāi)挖深度達(dá)到8~16m時(shí)，開(kāi)挖范圍逐漸擴(kuò)大，該工程是于7月份開(kāi)始施工的，在6~9月時(shí)水位較高，由于土層含有較大的滲透系數(shù)，大量地下水也是施工過(guò)程中需要考慮的因素，由于施工周期較短，要求確保施工安全的前提下能夠縮短施工周期，采用更為合理的施工控制方案和有效的降排水措施是十分重要的。在本項(xiàng)目中我們結(jié)合實(shí)際施工情況，利用土地支護(hù)并結(jié)合方坡開(kāi)挖的方式，綜合采取有效的降排水措施完成深基坑工程施工。首先從深基坑的支護(hù)方式上來(lái)看，由于在地下室施工過(guò)程中需要進(jìn)行大量土方開(kāi)挖，選擇放坡開(kāi)挖是比較合適的方式，然而在開(kāi)挖過(guò)程中要求有足夠的場(chǎng)地，由于受到場(chǎng)地因素的限制，為確保在施工時(shí)邊坡的穩(wěn)定性以及防止周邊基坑深層深土體出現(xiàn)位移，便于采用機(jī)械式開(kāi)關(guān)，在本項(xiàng)目中主要使用復(fù)合土墻土釘墻施工支護(hù)和土地墻施工支護(hù)這2種方案，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況和周邊建筑功能，可以將工程的基坑分為9個(gè)斷面，其中4個(gè)斷面采用土釘墻支護(hù)施工的方式，而其他斷面采用復(fù)合土釘墻支護(hù)施工的方式。對(duì)于4個(gè)斷面采用土釘墻支護(hù)方式的邊坡來(lái)說(shuō)，按照1∶0.5或者1∶1的比例進(jìn)行放坡，可以將土釘成孔直徑設(shè)為130mm，入射角15°，水平間距為1.5m，可以采用18mm×20mm的鋼筋土釘端部能夠與2根直徑為16mm的鋼筋焊接在一起，在坡面懸掛8mm×200mm×200mm的鋼筋網(wǎng)，噴射厚度為80mm的細(xì)石混凝土作為護(hù)面，且坡頂外部向外翻2m左右【2】。針對(duì)5個(gè)斷面采用復(fù)合土釘墻支護(hù)的邊坡來(lái)說(shuō)，下坡放坡率為1∶0.5，而上坡的方坡率為1∶1，土釘成孔直徑長(zhǎng)達(dá)130mm，入射角115°，錨桿成孔直徑是150mm，入射角20°，錨桿與涂土釘?shù)拈g距為1.5m，錨桿的腰梁可以使用2根槽鋼，坡面可以懸掛8mm×200mm×200mm的鋼筋網(wǎng)，噴射厚度為80mm的細(xì)石混凝土，坡頂外部可以向外翻2m，呈現(xiàn)一種內(nèi)高外低的局面。為確保整個(gè)工程的施工安全，在實(shí)際施工時(shí)可以采用有效的監(jiān)測(cè)措施，能夠?qū)又苓呁馏w水平位移、地表沉降以及地下水位變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使用專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)模擬軟件利用瑞典條分法，對(duì)工程邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，典型基坑計(jì)算剖面圖結(jié)構(gòu)如圖1所示。為確保施工安全可以選擇最不利的基坑完成計(jì)算，該計(jì)算時(shí)還需要綜合考慮，當(dāng)?shù)孛娉d20kN/m2時(shí)，計(jì)算各個(gè)剖面抗傾覆穩(wěn)定性，要求其系數(shù)均大于1.3，而抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)高于1.2，這種情況下可滿(mǎn)足實(shí)際施工要求。
3.2有效的降排水措施
在實(shí)際工程施工過(guò)程中，除采用復(fù)合土釘墻支護(hù)體系，還需要有效地進(jìn)行地下水控制措施。為確保土體開(kāi)挖和地下室施工過(guò)程中能夠長(zhǎng)期處于干燥狀態(tài)，需要盡可能地降低地下水位，并且設(shè)置止水帷幕，進(jìn)而確保基坑底部的地下水處于0.5~1m。在本施工過(guò)程中可以采用有效的降水、排水、止水措施進(jìn)行施工，在開(kāi)挖前需要對(duì)基坑頂部周邊設(shè)置49口降水井進(jìn)行有效的降水處理，同時(shí)，可以也在基坑底部設(shè)置6個(gè)積水坑，可實(shí)現(xiàn)重力順滲流排水，利用管釘支護(hù)方式與放坡開(kāi)挖方式進(jìn)行融合開(kāi)展，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)基坑壁部封堵以及預(yù)埋管泄水引流的工程施工。在降排水時(shí)需要結(jié)合實(shí)際工程情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，在施工方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以在基坡坡頂水平2.2cm左右的坡內(nèi)設(shè)置1排水泥攪拌樁，樁之間咬合10cm作為止水帷幕，之后考慮到降水效果而且止水帷幕成本較高，最終沒(méi)有采用該方案。通過(guò)實(shí)踐證明，采用深井降水的方式可滿(mǎn)足實(shí)際施工需求。
4施工的要點(diǎn)以及有效的安全控制措施
由于該工程具有較大的基坑開(kāi)挖面積，而且深度較深，不同地質(zhì)情況存在一定差異，在整體施工時(shí)還需要合理進(jìn)行工序安排，并且采取有效的安全處理措施，由于基坑挖土?xí)r土釘支護(hù)是按照步驟有序完成的，因此，在整個(gè)施工過(guò)程中復(fù)合土釘墻和支護(hù)系統(tǒng)需要與挖土作業(yè)彼此結(jié)合，合理安排進(jìn)行有序施工。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中還需要逐層進(jìn)行開(kāi)發(fā)，每次開(kāi)挖深度應(yīng)當(dāng)?shù)陀?m，并且嚴(yán)格禁止超挖問(wèn)題或者沒(méi)有加固上一層直接開(kāi)展下一層的開(kāi)挖，這些都是嚴(yán)令禁止的。挖出支護(hù)剖面之后需要及時(shí)進(jìn)行護(hù)面操作，防止剖面在外部環(huán)境中暴露太多時(shí)間，需要有效控制降水速度，防止出現(xiàn)流沙的問(wèn)題。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防止出現(xiàn)水平位移超過(guò)預(yù)設(shè)的位移值，一旦超過(guò)限制范圍時(shí)需要及時(shí)對(duì)邊坡位移進(jìn)行有效處理。隨著基坑挖土逐步實(shí)施需要做好土釘墻的支護(hù)操作，確保土地支護(hù)施工與挖土交叉開(kāi)展分層施工，基坑開(kāi)挖前需要擦去預(yù)降水，基坑周邊深井施工之后陸續(xù)進(jìn)行降水處理，當(dāng)水位表明基坑周邊水位降低到粉砂層時(shí)再開(kāi)展土釘支護(hù)以及基坑周邊開(kāi)挖工作，基坑土方在開(kāi)發(fā)過(guò)程中還需要結(jié)合土釘支護(hù)完成分層、分段施工，要求每層開(kāi)挖低于1.5m深度，分段開(kāi)挖時(shí)長(zhǎng)度控制在30m以?xún)?nèi)【3】。在機(jī)械開(kāi)挖之后，需要及時(shí)做好剖面混凝土噴射處理，縮短外部暴露時(shí)間。在地下水位以下進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)需要處理明溝集水井排水，控制降水速度，實(shí)現(xiàn)均勻降水，如果出現(xiàn)局部流沙時(shí)需要采取局部回填處理措施。
5結(jié)語(yǔ)
總而言之，由于深基坑施工工程周期較短，而且工程量大，具有較高的地下水位，整個(gè)施工過(guò)程比較困難，因此需要采取有效的基坑支護(hù)措施，并且采取有效的降排水措施，能夠確保在施工過(guò)程中基坑高邊坡穩(wěn)定性，提升施工的安全，確保施工周期，獲得良好的施工效果。
【參考文獻(xiàn)】
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作者：張達(dá) 單位：山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司