填海區(qū)深基坑鋼管樁支護(hù)中的砂石流失防治措施

馬翔宇 李 林 劉 源 徐繼榮 李廣鑫

中建一局集團(tuán)第三建筑有限公司 北京 100161

人工填海區(qū)地下常為開山石（碎石、雜填土），石塊較大。但在填海區(qū)深基坑施工中，支護(hù)及降水的設(shè)計(jì)以鋼筋混凝土灌注樁和高壓旋噴止水帷幕配合的形式為主，此類設(shè)計(jì)較為保守，且成本較高。在人工填海區(qū)的施工中，采用鋼管樁和錨桿支護(hù)形式理論可行，但沒有填海區(qū)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者會(huì)因未充分考慮降低海水水位的難度和大量集中降低海水水位導(dǎo)致的支護(hù)外側(cè)砂石流失的情況，從而造成實(shí)際施工時(shí)的安全事故。如深基坑緊鄰市政道路或重要建筑，支護(hù)外側(cè)的砂石流失，會(huì)導(dǎo)致路面的嚴(yán)重下沉、開裂[1-12]。本文結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)填海區(qū)深基坑鋼管樁支護(hù)及降水設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，總結(jié)出填海區(qū)深基坑鋼管樁支護(hù)中的砂石流失防治措施。

1 工程概況

1.1 場地概況

背景工程位于青島市黃島區(qū)萬達(dá)星光島（人工填島）萬達(dá)一路與濱海三路交叉口，總建筑面積247 000 m2。工程項(xiàng)目由6棟住宅和地下車庫組成，其中E1#—E4#樓為地上31層，地下2層，筏板最低點(diǎn)的絕對(duì)高程約為－0.90 m，地坪絕對(duì)高程為3.60 m左右，土方開挖深度約為4.5 m；E5#—E6#樓為地上37層，地下2層，筏板最低點(diǎn)的絕對(duì)高程約為－1.65 m。本工程±0 m絕對(duì)高程為13.00 m。周邊道路標(biāo)高為7.20 m，土方開挖深度約為8.85 m。

工程建設(shè)場地北側(cè)緊鄰已通車的濱海三路市政道路，道路寬24.0 m，地下室外墻邊線距人行道僅有2.5 m，其他三面可1∶1放坡。

1.2 水文及地質(zhì)條件

1.2.1 地層情況

勘察資料表明，本工程共揭示了5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，1個(gè)亞層。標(biāo)準(zhǔn)地層自上而下依次為：①碎（塊）石素填土，⑥含有機(jī)質(zhì)粉質(zhì)黏土，粗、礫砂，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。其中①碎（塊）石素填土層的粒徑大小極不均勻，局部含10%～20%風(fēng)化碎屑及中粗砂，常規(guī)鉆探鉆進(jìn)困難，重型動(dòng)力觸探進(jìn)尺困難，跳錘嚴(yán)重，遇大塊石則無法貫入。該層在場地范圍內(nèi)均有分布，厚度5.00～19.60 m，平均14.24 m。

1.2.2 水文情況

本工程為填海造地工程，主要接受海水及大氣降水的補(bǔ)給，實(shí)測穩(wěn)定水位埋深為1.40～8.53 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為－0.30～0.30 m。

地下水位與海水潮汐漲落聯(lián)系較為明顯，地下水位隨著海水潮汐漲落發(fā)生升降，響應(yīng)時(shí)間稍滯后。由于場區(qū)為新近回填區(qū)，近3～5年場區(qū)地下水最高水位可按海水最高潮位記取，約3.00 m。

2 支護(hù)設(shè)計(jì)方案及存在的問題

2.1 原鋼管樁基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

支護(hù)設(shè)計(jì)概況：5#、6#樓土方開挖深度8.85 m，基坑支護(hù)采用鋼管樁＋錨桿形式，具體參數(shù)如下。

2.1.1 鋼管樁

鉆孔直徑200 mm，鋼管直徑146 mm、壁厚8 mm，樁中間距500 mm，以嵌入基底以下3 850 mm作為控制標(biāo)準(zhǔn)。鋼管樁成孔后，采用先下鋼管樁后注漿工藝（鋼管樁埋于水下的部分需在側(cè)壁上開孔）。使用水灰比為0.5的水泥漿（早強(qiáng)），以加強(qiáng)鋼管樁的強(qiáng)度和固化樁間土。

2.1.2 錨桿

坡面設(shè)置采用鉆孔注漿工藝的擴(kuò)大頭錨桿。錨桿呈矩形排列。注漿時(shí)，將5 t水泥制成水灰比0.5的純水泥漿注入。錨固段采用二次劈裂注漿或高壓旋噴注漿，錨桿端部預(yù)留長度滿足與面層錨固要求，其他參數(shù)如表1所示。

表1 錨桿參數(shù)

2.1.3 面層

邊坡全坡面設(shè)置雙層雙向φ4 mm@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)，并噴射厚80 mm混凝土面層。

2.2 原降水設(shè)計(jì)

每個(gè)深基坑電梯井（集水坑）部位設(shè)置6口直徑500 mm的鋼管降水井。降水井深20 m，鋼管側(cè)壁打疏水孔，具體布置如圖1所示。降水井成孔直徑800 mm，在鋼管外側(cè)填厚150 mm的濾料碎石。降水時(shí)每個(gè)降水井內(nèi)設(shè)置口徑150 mm、功率7.5 kW的污水泵進(jìn)行降水。

2.3 施工控制難點(diǎn)

填海區(qū)地下填土孔隙較大，填土區(qū)上層雖經(jīng)過強(qiáng)夯處理，但影響深度有限，僅能達(dá)到5 m左右。未夯實(shí)部分的填土仍是松散狀態(tài)，且海水水量較大，水體不穩(wěn)定，水位及流速受潮汐影響較大，鋼管樁支護(hù)施工時(shí)注漿漿體在水下的固化質(zhì)量很難保證。確保水下樁間土的穩(wěn)定是本支護(hù)方案施工的難點(diǎn)，也是保證土方開挖順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

圖1 基坑支護(hù)平面示意

2.4 存在的問題

該基坑支護(hù)設(shè)計(jì)未充分考慮人工填島地下土質(zhì)和地下室的特性，對(duì)注漿作用的認(rèn)識(shí)過于理想化，未給出當(dāng)水下樁間土注漿后未能起到很好的固化作用時(shí)的處理措施。在未降水前，水下部分的樁間土無法采用噴錨固定，如使用大功率大口徑污水泵集中抽水，可能會(huì)導(dǎo)致地下水流增大，從而使得未固化的松散砂石流失，引起市政路側(cè)的基礎(chǔ)沉降量增大，造成市政路的破壞。

3 鋼管樁深基坑支護(hù)防砂石流失技術(shù)

本工程采用貼近鋼管樁澆筑水下混凝土墻的方式防止砂石流失，具體做法如下。

3.1 關(guān)鍵工藝

3.1.1 確保防砂石流失混凝土擋墻穩(wěn)固技術(shù)

第2道錨桿施工完成且達(dá)到養(yǎng)護(hù)周期后，安裝鋼腰梁，張拉錨桿，滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行第3步土方開挖。第3步土方開挖時(shí)，先挖除鋼管樁和第1排工程樁之間的土方，鋼管樁根部超挖500 mm，用于混凝土墻體的錨固。

在擋墻頂部設(shè)置暗梁（圖2），用以固定混凝土墻并作為混凝土墻底部的抗剪措施，從而使混凝土墻體緊靠鋼管樁。暗梁長度1 000 mm，間距500 mm，配筋為4根φ12 mm的角筋、φ10 mm@200 mm的箍筋，箍筋與鋼管樁焊接。

圖2 暗梁布置平面示意

3.1.2 水下防砂石流失混凝土擋墻模板支設(shè)技術(shù)

考慮到水中浮力和與鋼管樁固定等因素，模板及支架選擇為全鋼材質(zhì)。鋼模板及支撐體系在坑外加工制作，制作完成后使用汽車吊或塔吊吊運(yùn)至坑內(nèi)（圖3、圖4）。

3.2 核心工藝

模板和支架安裝完成后，在落潮期澆筑混凝土墻，混凝土墻使用C40早強(qiáng)速凝型水下混凝土?；炷翝仓r(shí)泵管需深入水下，距底部500 mm左右開始澆筑，后續(xù)澆筑時(shí)泵管應(yīng)插入已澆筑的混凝土內(nèi)，并隨著混凝土的澆筑高度緩慢地提升泵管，以保證泵管口始終插入混凝土內(nèi)300 mm左右。

圖3 鋼模板加工做法示意

圖4 鋼模板及支撐體系示意

混凝土澆筑完成24 h之后可開始大量降水，降水至操作面以下后，拆除模板及支架，進(jìn)行底板墊層及后續(xù)工序施工。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 暗梁鋼筋安裝質(zhì)量控制

暗梁的箍筋間距為250 mm，隔一焊一，即與鋼管樁焊接的箍筋間距500 mm，箍筋與鋼管樁至少保證50 mm的雙面焊接長度。豎向抗剪鋼筋間距為250 mm，長度伸至超挖坑的底部。

4.2 模板及支架加工質(zhì)量控制

模板及支架需焊接牢固可靠，避免吊裝時(shí)出現(xiàn)變形、斷裂。支架的尺寸根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際尺寸進(jìn)行加工，避免支架長度不合適導(dǎo)致的無法安裝和固定。模板面板底部焊接長300 mm的限位支撐，控制混凝土墻體的厚度不小于300 mm。

4.3 水下混凝土澆筑質(zhì)量控制

水下混凝土澆筑的時(shí)機(jī)需嚴(yán)格控制，必須選擇潮位最低時(shí)開始澆筑。澆筑時(shí)，需保持泵管口被混凝土包裹1 000 mm左右的長度?；炷翂w需一次澆筑完成，因此，需提前策劃好汽車泵數(shù)量和混凝土用量。水下混凝土內(nèi)需摻入早強(qiáng)劑及速凝劑，以加快混凝土在水下的凝固速度，混凝土在水下的凝固時(shí)間需控制在2 h內(nèi)。

4.4 二次注漿

因回填層內(nèi)孔隙較多，故錨桿施工采用二次注漿工藝，即第1次注漿后隔天再次注漿，需埋設(shè)二次注漿管。

5 對(duì)比分析

填海區(qū)深基坑支護(hù)的常規(guī)設(shè)計(jì)為混凝土構(gòu)造柱和止水帷幕結(jié)合的形式，此類設(shè)計(jì)雖然止水效果好，但較為保守，導(dǎo)致成本較大，且需要的操作面也較大，施工工期也偏長。鋼管樁和錨桿結(jié)合的新型支護(hù)形式，經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證可行，只需要將安全系數(shù)適當(dāng)增大，即可滿足基坑支護(hù)的相關(guān)要求，且成本也相對(duì)較低，可比常規(guī)支護(hù)形式節(jié)省20%左右。

6 結(jié)語

人工填海區(qū)因回填材料多為碎石雜土，且粒徑較大，孔隙較多，下部的密實(shí)度亦較低，地下水量較大，采用常規(guī)的降水措施難以降低地下水水位。在此類地質(zhì)條件下的深基坑工程施工難度較大，成本較高。常規(guī)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工復(fù)雜、工期長、成本高，較為保守。本工程通過實(shí)踐，采用鋼管樁＋錨桿＋混凝土墻防砂石流失措施的支護(hù)形式，成本較低，施工速度較快。填海區(qū)深基坑的設(shè)計(jì)及降水設(shè)計(jì)應(yīng)因地制宜，設(shè)計(jì)和施工應(yīng)結(jié)合，以減少不必要的投入。