以三角形穩(wěn)固基礎(chǔ)來處理深基坑邊坡及控制流砂

廣西建工集團有限責任公司 南寧 530012

1 工程概況

南寧國際互聯(lián)網(wǎng)專用通道與云計算業(yè)務(wù)研發(fā)中心工程位于廣西南寧市中國-東盟商務(wù)區(qū)紫荊路東北側(cè)，地下1 層，地上12 層。該工程基坑開挖深度約6 m，采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，場地地層自上而下可分為：素填土、硬塑狀粉質(zhì)黏土、強風化泥巖、中風化泥巖。其中粉質(zhì)黏土層承載力低，屬中等壓縮性土。因場地地下水為上層滯水，主要賦存于素填土層中，受大氣降水滲透補給，地下水位埋深在1.82～3.74 m之間，標高在111.85～114.41 m之間，枯水季節(jié)場地上層滯水水位將下降1～3 m。2012年8月開始進行基坑開挖，在基坑開挖時發(fā)現(xiàn)基坑底部出現(xiàn)流砂現(xiàn)象。

2 流砂問題分析[1,2]

2.1 流砂成因

流砂現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是水在土中滲流所產(chǎn)生的動水壓力對土體作用的結(jié)果。滲流在土體孔隙中流動產(chǎn)生動水壓力D，當其與有效壓力P方向相反時，土的抗剪強度τ減小，即：

其中σ、φ分別為作用在剪切面上的法向應(yīng)力和內(nèi)摩擦角。當動水壓力D不斷增大，達到D=P，土的抗剪強度等于零，即τ=0，此時，土體顆料呈現(xiàn)為懸浮狀態(tài)。當動水壓力方向向上且足夠大時，土顆粒被帶出而形成為流砂，而動水壓力方向向下時，如發(fā)生土顆粒的流動，其方向向下，使土體穩(wěn)定。因此，防治流砂的基本原則是減少或平衡動水壓力，設(shè)法使動水壓力方向向下，截斷地下水流。

根據(jù)現(xiàn)場情況，主要是地下水位較高，基坑開挖擾動粉質(zhì)黏土層引起，但坑壁上部土層工程地質(zhì)性質(zhì)較好，粉質(zhì)黏土層地基承載力可滿足設(shè)計要求，因此需通過快速施工，確?；鄯€(wěn)定。

2.2 防治方法

在實際施工過程中遇到流砂，通常處理的方法有應(yīng)急堵漏、加強支護、降排水、凍結(jié)法等。具體處理應(yīng)結(jié)合工程特點、場地工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、施工工藝水平、材料設(shè)備等客觀條件選定。 根據(jù)實際情況，本工程采用樁承臺剪力墻與混凝土連系梁聯(lián)合進行基坑的流砂處理和邊坡支護，該方法是綜合了應(yīng)急堵漏和加強支護2 種施工方法的優(yōu)點。采用樁承臺剪力墻代替磚胎模的目的有2 個：

1）能快速地形成剪力墻并進入流砂表面一定深度，增加地下水從坑外流入坑內(nèi)的滲流長度，以減小水力坡度，從而減小動水壓力，防止流砂產(chǎn)生。

2）對邊坡進行支護。充分利用剪力墻承臺與型鋼或木樁共同受力，對邊坡土體起到支護作用，保證邊坡的穩(wěn)定性，同時減少了基坑大開挖和加強支護的費用。

樁承臺剪力墻加固如圖1所示。

圖1 樁承臺剪力墻加固示意

2.3 工藝原理

一般首先處理影響區(qū)域的3 根工程樁以形成三角形穩(wěn)固區(qū)域，通過樁承臺剪力墻與混凝土連系梁聯(lián)合加強支護邊坡和穩(wěn)固流砂，從而達到抵抗流砂產(chǎn)生的不良影響的目的，同時承臺剪力墻可作為邊坡支撐，起到穩(wěn)固邊坡作用。

首先判斷流砂影響區(qū)域和影響大小，對動水壓力影響區(qū)域的人工挖孔樁由原來的承臺磚胎模改為剪力墻形式進行處理，剪力墻承臺模對樁周流砂起到止水作用。逐漸開挖樁間土層，在樁間澆筑形成混凝土連系梁及對樁周邊墊層進行封閉處理，形成三角形穩(wěn)固區(qū)域。承臺剪力墻與型鋼或木樁共同作用對邊坡進行支撐，起到穩(wěn)固邊坡作用。如果流砂產(chǎn)生影響的面積比較大，可先開挖部分區(qū)域，待處理完成后再依次開挖后續(xù)部分區(qū)域，如此逐段完成地基的流砂處理問題。

3 施工過程控制要點[3-5]

3.1 工藝流程

施工前期準備→基坑邊坡打樁（木樁或型鋼板樁）→流砂段基槽分段開挖→基坑排水→樁承臺內(nèi)、外?？蛑谱鳌鷮摻畈迦雺|層混凝土內(nèi)→澆筑承臺剪力墻混凝土→混凝土連系梁澆筑施工→樁周混凝土封閉處理→剩余的流砂段基槽開挖→土方回填

3.2 操作要點

1）施工準備。在進行基礎(chǔ)開挖施工之前先認真閱讀地質(zhì)勘察報告書，編制三角形穩(wěn)固基礎(chǔ)處理流砂施工專項施工方案，計算并確定流砂影響的大小和范圍。準備能快速施工的土方開挖機械、抽水設(shè)備。

2）為了防止基礎(chǔ)四周土方發(fā)生塌方，在施工過程中可以根據(jù)實際情況在流砂處理的邊坡周圍布置型鋼樁或木樁，起到防止基礎(chǔ)四周土方塌陷及減少動水壓力的作用。打樁過程中，要注意樁距有無偏移和傾斜現(xiàn)象，同時注意樁距和打樁深度，如發(fā)現(xiàn)問題，須及時進行糾正。

3）流砂段基槽分段開挖。對有流砂段基坑部分，開挖深度為原設(shè)計墊層標高多挖40 cm，寬3 m、沿邊坡長20 m。先開挖一半，寬1.5 m，這樣開挖的目的主要是減小開挖面，縮短放置時間，減少擾動，可有效抑制流砂及側(cè)壁坍塌現(xiàn)象的發(fā)生。

開挖時選擇機械挖土，這樣可以提高速度，使挖土速度超過冒砂速度，在挖至標高后立即鋪竹、蘆席，并拋大石塊，以平衡動水壓力，將流砂壓住。

4）基坑排水。待基底漏出后在來水方向挖集中排水井進行抽水，保證基礎(chǔ)作業(yè)面位于水面以上。集水井的位置設(shè)置要根據(jù)基坑平面開頭與大小，土質(zhì)與地下水位的高度與流向、降水深度等決定，設(shè)置在地下水流的上游一側(cè)，整個抽水過程要持續(xù)到土方和基礎(chǔ)施工結(jié)束時為止。

如果流砂現(xiàn)象較為嚴重，則必須采用人工降低地下水位法即采用井點降水法，使地下水位降低至基坑底面以下。

5）承臺內(nèi)、外?？蛑谱?。首先使用模板按比承臺尺寸多5 cm左右拼裝好內(nèi)、外?？虻劝氤善?，?？騼?nèi)外的間隔尺寸同設(shè)計磚胎模尺寸。在邊坡基坑開挖至流砂前制作完成好承臺內(nèi)、外模，制作時確保模板體系穩(wěn)定、安全、可靠。在承臺周邊土方開挖出位置后立即按照承臺位置用塔吊吊裝就位，放置內(nèi)、外模，加固并打上穿墻螺桿。

加固完畢后將準備好的φ14 mm鋼筋按間距150 mm插入承臺內(nèi)、外?？騼?nèi)，每次對稱插入2 根鋼筋，從而形成與?？蛳嗥叫械? 排鋼筋，繞模框一周且均勻布置。待鋼筋完成后，澆筑混凝土并及時養(yǎng)護。當混凝土強度達到初凝后拆模，拆模時發(fā)現(xiàn)模板會伸到墊層混凝土以下，可用人工鑿除方法鑿除多余的木模板，待清理干凈后，用高一等級的混凝土對鑿除的混凝土孔洞進行回填。

6）澆筑承臺連系梁及剩余的流砂段基槽開挖。在樁承臺胎模澆筑完混凝土后施工承臺連系梁，待樁基混凝土剪力墻承臺模達到設(shè)計混凝土強度的70%后，對剩余的流砂段進行基槽開挖，重復上述施工。待基槽混凝土強度達到設(shè)計混凝土強度后，快速進行土方回填，回填土方應(yīng)達到穩(wěn)定地下水位以上。

4 質(zhì)量控制[6-8]

為確保工程質(zhì)量，對該類型條件下流砂的防治和質(zhì)量的控制應(yīng)主要做到以下幾點：

1）集中優(yōu)勢兵力，加大機械化作業(yè)，快速施工，將距鋼板樁3.0 m范圍內(nèi)的土方挖至要求標高，機械作業(yè)時人工配合清底，快速形成此范圍的墊層混凝土。

2）鋼筋混凝土樁承臺?；炷敛捎肅25，混凝土內(nèi)摻入超早強減水劑。要求澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量良好，能提早起到支護作用。宜采用小型振動棒或高頻振動片振搗，確?；炷翝仓軐?。

3）為了防止雨水沖刷基坑邊坡，基坑的土壁全部采用C15混凝土進行封閉處理。一旦發(fā)現(xiàn)邊坡表面噴涂的混凝土出現(xiàn)開裂，立即用高一強度等級的混凝土進行封閉。

4）基坑邊坡頂部1.2 m外設(shè)排水溝，排水溝尺寸可取300 mm×400 mm，同時按每15 m設(shè)一集水井，使坑外的水不滲入到基坑邊坡土體中。

5 結(jié)語

該施工工藝綜合了傳統(tǒng)的加固地基基礎(chǔ)的施工技術(shù)，施工簡便、快捷。通過上述技術(shù)處理措施，解決了粉質(zhì)黏土或砂質(zhì)土且富含地下水的基坑工程的邊坡支護及流砂處理問題，為下一步施工提供了條件和安全保障，也為基坑的進一步開挖提供了參考。最終順利完成了該工程地下室施工，對于類似條件的深基坑工程有一定的借鑒意義。