復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的基坑施工

黃展華

摘要：在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下，綜合運用軟基處理的相關(guān)技術(shù)措施，可以迅速提高持力層的承載能力。此外，在地下水位線較高，側(cè)壁反復(fù)滲水的情況下，基坑排水施工的效率決定了基坑施工的整體工期。針對復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下基坑施工的相關(guān)問題，提出相應(yīng)的解決措施，并在這個基礎(chǔ)上對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的基坑施工做定性總結(jié)。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)；環(huán)境；基坑施工

中圖分類號：TU753

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-5383（2018）01-0046-04

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，施工效率成為當(dāng)下建筑行業(yè)賴以生存的關(guān)鍵。無論是傳統(tǒng)的澆灌式建筑流程還是裝配式施工流程，基坑的施工總是建筑施工的主要前提。而基坑施工作為對建筑基礎(chǔ)及荷載的主要控制手段，在很大程度上難以通過簡化流程的手段達(dá)到質(zhì)量與效率并行的效果。從建筑的安全性上來說，基坑的施工工藝流程應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，因此，基坑施工流程的規(guī)劃就非常重要，它將直接影響基坑施工的效率和耗時。在建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)化的大趨勢下，提高施工工藝對于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的適應(yīng)能力，是當(dāng)下兼顧效率與基坑施工質(zhì)量的主要技術(shù)手段。[1]本文從地質(zhì)環(huán)境的類別與由地質(zhì)環(huán)境引起的基坑施工的相關(guān)問題入手，對當(dāng)下我國復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的基坑施工做相關(guān)的問題分析，并針對各個地質(zhì)環(huán)境提出相應(yīng)的解決措施[2]。

1 基坑施工質(zhì)量控制體系

1.1 質(zhì)量控制意義

我國的基建行業(yè)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展正不斷成熟，裝配式建筑、綠色節(jié)能建筑、結(jié)構(gòu)難點建筑不斷頻繁出現(xiàn)。這不僅說明了我國作為基建行業(yè)的大國在技術(shù)水平上的造詣，同時也體現(xiàn)了我國建筑施工行業(yè)出色的施工水平。但在我國高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動下，建筑行業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級的迫切需求，基建行業(yè)需要建立一套行之有效的質(zhì)量控制制度，以應(yīng)對“一帶一路”所帶來的基建行業(yè)出口的巨大需求。[3]而在這個需求中，質(zhì)量控制制度將有效地保障基建行業(yè)未來施工的精準(zhǔn)度。

1.2 質(zhì)量控制措施

從“一帶一路”的項目背景看，面對陌生的施工環(huán)境，建筑質(zhì)量的主要把控方向應(yīng)當(dāng)是對基坑的施工質(zhì)量進(jìn)行有效把控。因此，面對復(fù)雜且未知的地質(zhì)環(huán)境，建立一套與之對應(yīng)的施工方案是提高基坑施工質(zhì)量的有效手段。從質(zhì)量管控的措施上說，施工單位應(yīng)當(dāng)做到以下3點：1）強(qiáng)化前期勘查工作的準(zhǔn)確性，尤其是對地質(zhì)環(huán)境勘查的準(zhǔn)確性，把軟基問題作為優(yōu)先勘查對象，當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境下具有不確定因素時，應(yīng)確定軟基成因的尺寸與位置，為施工后期做好鋪墊。2）優(yōu)化施工人員結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)驗算小組實行技術(shù)考核制，嚴(yán)格控制現(xiàn)場施工過程中對地質(zhì)環(huán)境加固的驗算工作，確保施工質(zhì)量。[4]3）推行確實有效的基坑施工技術(shù)措施，加強(qiáng)面對復(fù)雜未知地質(zhì)環(huán)境下的基坑施工技術(shù)措施，有效地提高基建行業(yè)的施工水平。[5]

2 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境對基坑施工的影響

對于具有部分承載能力的地質(zhì)環(huán)境，在面對不一樣的地質(zhì)環(huán)境時，往往會對施工現(xiàn)場造成一定的阻礙，下面對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的分類及其相關(guān)問題進(jìn)行分析：

2.1 地下水文環(huán)境的影響

在適用性較高的結(jié)構(gòu)形式中，高層建筑火災(zāi)抗震系數(shù)較高的情況下，基坑的開挖深度要比以往傳統(tǒng)的建筑深出許多。當(dāng)項目所在地的地下水位線較高或者土壤含水量較高時，容易引發(fā)基坑土壤的粘度增大、灌注漿及混凝土無法凝固的問題。此外，有些國家的區(qū)域還有地下高壓水源的情況，在施工過程中，如果開挖到類似區(qū)域，對施工現(xiàn)場將造成不可避免的災(zāi)害。[6]

2.2 軟地基的影響

從地質(zhì)結(jié)構(gòu)的種類與形式來看，流沙層是部分存在與結(jié)構(gòu)持力的一種不具備荷載能力的地質(zhì)成分。而流沙層的持力特性也分為兩類：一類是局部的流沙層，流沙層周圍仍然是具有承載能力的地質(zhì)環(huán)境，這類的軟地基在荷載性質(zhì)上對主要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)并沒有太大影響，但需要在施工的過程中強(qiáng)調(diào)柱基的埋深部分應(yīng)當(dāng)越過流沙層，保持柱基的持力層的位置不收到軟地基的影響；另一類流沙層是大范圍廣面積的地下流沙層，這類流沙層對施工影響較大。而軟地基對基坑的施工影響很大程度上體現(xiàn)在樁體搭建的環(huán)節(jié)上，如果在前期忽視軟地基對施工帶來的影響，有可能會造成施工過程中的維護(hù)墻體坍塌或者地面凹陷等危害，對施工單位或者后期的使用人員來說，軟地基都是不可忽視的潛在威脅。[7]

2.3 高密度建筑群的影響

隨著城市密度的不斷加大，地下空間的充分利用成為當(dāng)代建筑的設(shè)計主題之一。在地下室的設(shè)計流程中，根據(jù)項目的經(jīng)濟(jì)性與區(qū)域環(huán)境的特殊性，會在建筑的底部設(shè)置相應(yīng)的地下空間作為建筑配建部分，實現(xiàn)建筑停車、倉庫、短暫停留等多種功能。而根據(jù)目前對人防工程的需求，大部分的地下室都需要加設(shè)人防空間（多數(shù)為二等人員隱蔽或者戰(zhàn)時物資庫），這就無形中增大了地下基坑的開挖深度。當(dāng)項目所在地位于城市核心區(qū)域時，較大的基坑開挖尺寸還會引起周圍建筑的沉降問題，因此，對于在城市群里大尺寸的基坑開挖工作，是目前基坑施工中對外部影響較大的情況之一；嚴(yán)重的，可能會導(dǎo)致基坑擋土墻的坍塌，造成現(xiàn)場安全施工事故；更甚者，當(dāng)基坑的開挖位置與高層建筑位置鄰近時，可能會造成高層建筑的沉降突然增大的事故。

3 應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的基坑施工措施

3.1 地下水井排水與水泥檔板的運用

在應(yīng)對地下水位過高帶來的基坑施工問題時，地下水排水井的設(shè)置可以有效解決這個問題。具體的措施為：準(zhǔn)確勘查局部地下水的所在位置、地下水的大致水容量與水成分。同時根據(jù)前期勘查報告，確定地下水是否是壓力地下水。前期工作準(zhǔn)備完成后，在地下水的所在位置設(shè)置定量的排水井，通過大口徑的排水管與高功率的排水泵將地下水排除。同時，關(guān)注地下水的去向問題。根據(jù)水文環(huán)境開發(fā)的LID（Low Impact Development，低影響開發(fā)理念）原則，在類似場合應(yīng)回灌地下水，因此，在勘查初期，應(yīng)當(dāng)提供地下水文環(huán)境的綜合報告，對排水去向做好前期LID規(guī)劃，以確保水文生態(tài)環(huán)境的安全。[8]

此外，在面對高滲透的土壤施工環(huán)境時，可以在基坑以下的部位設(shè)置排水坑。排水坑的有效影響面積不大于半徑5 m，根據(jù)這點對基坑的下部土壤進(jìn)行水量控制。在水量得到控制之后，通過及時地敷設(shè)灌漿物，提高基坑底部的抗?jié)B透性。對于側(cè)墻的水滲透問題，可以在基坑開挖前期，通過在側(cè)墻上涂刷的速干水泥漿提高側(cè)墻的抗?jié)B透性，并在這個基礎(chǔ)上對側(cè)墻進(jìn)行水泥擋板的施工。

3.2 灌注樁施工工藝與灌注漿料的運用

在對待軟地基的處理方式上，灌注樁式提高結(jié)構(gòu)地基持力最為有效的辦法。通過在基礎(chǔ)以下加設(shè)跨越軟地基的持力樁，進(jìn)而基礎(chǔ)在豎直方向上的荷載能力。在一般情況下，對于建筑荷載中上級別的建筑構(gòu)造物，可以使用一般的灌注樁進(jìn)行處理。處理流程通常分為鋼箱灌注處理與鋼網(wǎng)灌注處理，前者運用的環(huán)境較為狹隘，在不考慮地震水平破壞力以及不用考慮地質(zhì)水平變形的情況下可以使用；而后者使用的范圍較廣，且普適性較強(qiáng)，適用于廣大灌注樁基礎(chǔ)建設(shè)，但施工過程復(fù)雜、成本較高，需要與前者綜合對比進(jìn)行決策。[9]

對于建筑荷載相對較低且軟地基是由地下水引起的軟地基地質(zhì)環(huán)境，可以通過采用灌注漿料的手段提高地質(zhì)承載能力。具體的施工流程是：探明地下水的整體分布情況，根據(jù)下水含量與空間確定灌注漿料的固化施工方案。在確定下水位置之后，采用排水井及排水泵將地下水抽出，并在抽出之后的插入灌注降管，加壓輸送漿料直至地下水環(huán)境完全被漿料填充，達(dá)到固化軟地基的效果。在使用灌注漿料前，需要注意2點：1）灌注漿料的固化方式使用范圍較窄，且使用前應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑構(gòu)造的總體荷載確定這個施工方法。2）對于地下水文環(huán)境的探查應(yīng)當(dāng)相對準(zhǔn)確，保證地下水環(huán)境在總體應(yīng)當(dāng)保持與原來的情況一致。這就需要施工單位在水文勘查中保持一定的準(zhǔn)確性，對于大面積的地下水文條件，宜采用灌注樁的形式進(jìn)行軟基加固。如果堅持使用灌注漿料的方式，應(yīng)當(dāng)向當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門提交相關(guān)勘查材料，申請地下水抽出并回灌到周邊區(qū)域的許可。在手續(xù)齊全之后方可施工。[10]

3.3 連續(xù)剪力墻擋板的運用

連續(xù)剪力墻擋板是在普通水泥擋板上的改進(jìn)。在應(yīng)對大尺寸基坑施工擋土墻問題時，具有很好的經(jīng)濟(jì)性與安全性。在基坑開挖到一定深度的時候，進(jìn)行一部分的剪力墻施工，在側(cè)墻上有限設(shè)置水泥擋板，穩(wěn)定側(cè)墻的抗?jié)B透能力，然后在這個基礎(chǔ)上根據(jù)周邊的情況設(shè)置設(shè)計厚度的連續(xù)剪力墻。施工的流程為：基坑開挖至1 m時候，根據(jù)滲水情況設(shè)置水泥檔土墻；側(cè)墻穩(wěn)定后，加設(shè)模板、鋼筋籠、側(cè)墻固定錨；灌注漿體直至漿體穩(wěn)定；隨后繼續(xù)開挖2 m的基坑；反復(fù)施工直到基坑深度達(dá)到設(shè)計深度。此外，連續(xù)剪力墻的施工應(yīng)當(dāng)注意以下幾點：

1）剪力墻的設(shè)計參數(shù)與實際操作無法實施或者參數(shù)超規(guī)范，例如剪力墻噴射混凝土的厚度<80 mm，內(nèi)力折減系數(shù)<0.8，水灰比>0.5；或者最下面一排的剪力距離基坑底部<0.5 m。這些都屬于設(shè)計參數(shù)超規(guī)范，造成實際操作無法實現(xiàn)，

2）在剪力墻坡頂設(shè)置排水溝。這一點最好不要做，如果迫不得已要做也得離基坑坡頂稍微遠(yuǎn)一些或者在基坑的底部。這主要是因為任何一種基坑支護(hù)型式都會造成基底發(fā)生變形，當(dāng)在坡頂設(shè)置了排水溝的時候，由于剪力墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量比較大，經(jīng)常在坡頂會出現(xiàn)裂縫，把磚砌排水（截）溝給拉裂開來，這樣的話如果溝中有水就會通過坡頂?shù)目p隙滲漏至土壓力區(qū)，進(jìn)而加速基坑發(fā)生變形，這樣對于整個基坑是非常不利的。

3）在實際的項目過程中，錨桿的鎖定值與設(shè)計值的預(yù)算值往往不能很好地匹配，從項目的實際經(jīng)歷上看，當(dāng)鎖定值為錨桿的拉力應(yīng)值得0.3～0.6倍的時候，錨桿的設(shè)計是最為合理的。

4）如果錨桿設(shè)計配置的鋼筋或者鋼鉸線和計算的荷載不太相符，超出錨桿的承載基礎(chǔ)力，會導(dǎo)致錨桿無法完全承受基坑的水平壓力。

3.4 全站儀監(jiān)測技術(shù)的運用

對于在城市核心區(qū)域作業(yè)的深基坑施工，對沉降的監(jiān)測是保障施工安全的必要環(huán)節(jié)。全站儀是沉降監(jiān)測中較常見的監(jiān)測設(shè)備。使用全站儀坐標(biāo)法之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)基坑的水平位移的情況設(shè)置現(xiàn)場的基準(zhǔn)點、觀測點和監(jiān)測點。通?；鶞?zhǔn)點的設(shè)置應(yīng)當(dāng)保證其覆蓋的范圍大于基坑的平面范圍。在使用數(shù)量上通常選擇2～3個。表1為某項目的實際觀測點位移統(tǒng)計表，在這個項目中，基坑深度為6 m，基坑作業(yè)點位于城市經(jīng)濟(jì)核心地段，距離基坑邊界線300 m處有高層住宅建筑群，監(jiān)測控制從基坑開挖流程開始時進(jìn)行，觀測點位9個（D1～D9），當(dāng)連續(xù)5 d水平變形>1 mm/d時應(yīng)報警，進(jìn)行擋土墻加固之后方可繼續(xù)施工。

4 結(jié)語

復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境對基坑的施工具有決定性的影響，因此，根據(jù)施工現(xiàn)場所出現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境，施工單位應(yīng)具備相應(yīng)的警覺性，并針對地質(zhì)環(huán)境準(zhǔn)備相應(yīng)的施工方案。本文從基坑施工質(zhì)量控制體系的建設(shè)點出發(fā)，對當(dāng)下的復(fù)雜地質(zhì)做了簡要的分析并闡述與其相關(guān)的應(yīng)對辦法。從施工質(zhì)量控制的角度上看，縱向地比較處理辦法有益與施工現(xiàn)場做出相應(yīng)的決策；在地質(zhì)的處理辦法上，通過分析多種簡單的單一地質(zhì)處理手段，來達(dá)到復(fù)雜地質(zhì)的處理目的，并針對施工的主要內(nèi)容優(yōu)化施工順序與成本控制。

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