大錨錠超深基坑降水施工關(guān)鍵技術(shù)及監(jiān)測分析

周樂木， 孫開武， 殷 源， 李 瑤， 譚玉林， 吳小翠， 李 杰

(湖北路橋集團有限公司， 湖北 武漢 430056)

棋盤洲長江公路大橋南錨碇目前為亞洲同類型錨碇基礎(chǔ)工程中開挖深度及設(shè)計水頭差最大的工程，具有周圍居民密集、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、持力層巖面起伏大，承壓水頭高、聯(lián)通水系與長江水系密切聯(lián)系、距離抗洪大堤距離近等施工重難點。對于臨江高水位基坑，保證基坑成功降水，是確?；庸こ棠軌蝽樌M行的關(guān)鍵。本文中的工程屬于重點項目，基坑支護采用地下連續(xù)墻的方式，并且采用井點降水和分段抽水對該基坑進行降水，并實時監(jiān)測地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的水平和豎向位移、基坑內(nèi)外水位及周邊建筑物沉降。另外，通過對監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)本工程所采用的分段式抽水方案降水效果較好，且能夠有效地控制周邊建筑物的沉降量，為今后其他相關(guān)大型基坑工程提供參考。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

棋盤洲長江公路大橋南錨錠位于長江中下游長江南岸大堤東湖村內(nèi)，周邊民房密集，距離長江大堤(陽新干堤)堤腳250 m。南錨錠基坑在開挖時使用一種圓形地下連續(xù)墻加筋混凝土內(nèi)忖作為支護結(jié)構(gòu)?；禹旊x場地標(biāo)高約2.5 m，基坑開挖深度為52.0 m，基坑深度為49.5 m。

基坑開挖采用分層開挖土體的方式進行，每層開挖深度為3 m，開挖面積約為2923 m2，采用中心島式開挖法進行土體開挖。

1.2 工程地質(zhì)條件

本工程區(qū)域上覆地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積(Q4al+ql)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、細砂、中砂、卵石等。各地層具體情況如表1所示。

表1 工程地質(zhì)情況

1.3 水文地質(zhì)條件

基坑址附近1998年發(fā)生管涌，水力線與長江連通。此處地下水可分為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水兩類：孔隙潛水位一般埋深0.0～8.3 m，直接受氣象的影響?？紫冻袎核穹跊_洪積平原區(qū)深部，范圍較廣，與潛水含水層相連?；犹幍膸r層埋置深度較大[1]，其上部是厚厚的一層砂卵石，這使得它的透水性很顯著，而且基坑距離長江較近，江水與地下水直接連通，所以其含水量比較大，需要進行有效的降水設(shè)計。

2 基坑降水設(shè)計

2.1 基坑降水難點分析

由于基坑總面積較大，需要降承壓水的范圍比較廣；本工程基坑開挖深達52 m，且根據(jù)水文地質(zhì)報告可知，基坑距離長江較近，江水與地下水直接連通，所以其含水量比較大，在基坑開挖后，存在基坑涌水的可能性；基坑外管線分布較多，臨近一主要線路且周邊房屋較多，環(huán)境要求高。

2.2 基坑降水設(shè)計

本基坑采用深井降水措施，規(guī)范中對于基坑降水管井的布置要求如下：

管井出水量q為：

(1)

式中：rs為過濾器半徑(m)，取0.20 m；l為過濾器進水部分長度(m)，取28 m；k為滲透系數(shù)(m/d)，取k=4.29。

降水井?dāng)?shù)量n為：

(2)

式中：Q為單側(cè)基坑總涌水量(m3/d)；q為設(shè)計單井出水量(m3/d)。

本基坑采用地下連續(xù)墻的支護形式[2～5]，地下連續(xù)墻的內(nèi)徑達到61 m，墻壁厚度為1.5 m， 另外根據(jù)地質(zhì)勘察報告可知，該地下連續(xù)墻嵌入中風(fēng)化巖層最深至標(biāo)高-50.0 m處。為了防止基坑內(nèi)出現(xiàn)滲水等不利現(xiàn)象，故沿地下連續(xù)墻底部設(shè)置灌漿帷幕。

經(jīng)上述計算后可知，基坑共布置6口降水井，其平面布置見下圖1。

圖1 降水井布置/mm

本設(shè)計中，降水井深度為54 m，降水井井徑400 mm，降水井成井管徑為325 mm，沉淀管長4 m，濾水管長度為28 m，實管長度為23 m。

降水過程中，為了實時觀測基坑內(nèi)外水位[6]，需要在基坑內(nèi)外布置足夠多的水位觀測井，詳細布置內(nèi)容見下節(jié)。

2.3 基坑降水施工與抽水試驗

2.3.1 基坑降水施工

依據(jù)上述降水井布置圖進行降水井施工， 降水管井內(nèi)安置一臺揚程大于60 m、抽水量大于60 m3/h的井用潛水泵?？椎谆靥?0 cm厚粗砂作墊層，沉放長40 m 規(guī)格為Φ325鋼管(含過濾管)，井管下沉完成后用1～3 mm的專用石英砂礫料回填至井管和井壁的周圍。

在完成降水井成井施工后，及時安裝水泵清洗降水井，清除鉆孔泥漿對含水層的封閉，疏通含水層，保證降水路徑的通暢。

2.3.2 抽水試驗

根據(jù)規(guī)范，抽水試驗需要等待地連墻槽段施工完成并達到設(shè)計強度后開始進行。采用基坑內(nèi)的6口降水井進行抽水試驗，開始降水時，先將基坑內(nèi)水位降低20 m，在確認封水效果達到要求后，進行后續(xù)抽水試驗。試驗抽水分三個階段進行[7]，每個階段分別抽水至h/3，2h/3，h(h為設(shè)計最大水頭高度)的深度，每個階段在抽水達到相應(yīng)的深度后，穩(wěn)定12～24 h，然后對施工監(jiān)控的水位變化、抽水量、地連墻應(yīng)力和變形、坑外水位和土體變形等數(shù)據(jù)進行計算分析，經(jīng)分析后再進行下一階段的抽水試驗[8]。

抽水試驗結(jié)束后，利用坑內(nèi)的6口降水井(兼作回灌井)對基坑內(nèi)進行回灌，回灌用水同樣采用坑外的深井水，坑外抽水時注意對周圍土體及構(gòu)造物的基礎(chǔ)沉降影響。最終回灌至第一層開挖面以下1～1.5 m處。

3 監(jiān)測布置及數(shù)據(jù)分析

3.1 監(jiān)測點布置方案

3.1.1 布置原則

(1)綜合考慮工程量大小、工程的環(huán)境條件、基坑的施工規(guī)程、工藝特點等，來確定觀測點類型和數(shù)量；

(2)為及時反饋基坑水位信息，指導(dǎo)施工，測點的布設(shè)按照規(guī)程要求，并結(jié)合實際情況，在最不利截面以及在相同工況下最先施工的部位進行布置；

(3)監(jiān)測點的布置要盡量滿足時間和地點的同步，使在相同的時間點，能同時得到監(jiān)測點的不同的物理量，通過分析數(shù)據(jù)得到他們之間的聯(lián)系和規(guī)律；

(4)監(jiān)測點的位置要求能夠?qū)崟r觀測基坑周圍的變形特點，同時要確保測點的穩(wěn)定與安全，且方便觀測；

(5)監(jiān)測點應(yīng)在施工前布置好，然后通過測量得到一個穩(wěn)定的初始值；

(6)在施工過程中，如果有監(jiān)測點丟失，應(yīng)該立刻在原來的位置將測點補上，以確保觀測結(jié)果的連續(xù)性和完整性。

3.1.2 監(jiān)測項目

結(jié)合工程特點、現(xiàn)場情況及設(shè)計要求等多方因素，監(jiān)測項目主要包含內(nèi)容如表2所示。

表2 深基坑施工監(jiān)測項目

3.1.3 監(jiān)測點布置

考慮到項目周邊環(huán)境復(fù)雜，且項目重要等級較高，需保證坑內(nèi)降水始終滿足要求。故此，針對基坑降水的監(jiān)測項目為地下水位監(jiān)測和周邊地表變形監(jiān)測[9,10]。

(1)地下水位監(jiān)測

本工程中地連墻內(nèi)利用降水井共布設(shè)4個監(jiān)測點，墻外設(shè)6個監(jiān)測點，采用水位觀測管進行地下水位監(jiān)測。

圖2 地下水位監(jiān)測點布置

(2)周邊地表變形監(jiān)測

深基坑開挖時，周邊場地的地表水平和豎向變形情況可以綜合反映場地水位變化。通過全站儀和水準(zhǔn)儀可以測得地下連續(xù)墻周圍土體的水平和豎向位移，實際監(jiān)測時，設(shè)置了2個監(jiān)測剖面，每個監(jiān)測剖面從地連墻開始向外延伸布置監(jiān)測點，其中距離地連墻最近的測點為 30 m，再依次向外側(cè)分別延伸30，60，120 m。

圖3 周邊地表變形監(jiān)測點布置

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

基坑周邊地下水位變化曲線及基坑周邊地表變形沉降變化曲線如圖4，5所示[11]。

圖4 基坑周邊地下水位變化曲線

圖5 基坑周邊地表變形沉降

從監(jiān)測曲線圖中可以看出，自2017年12月開始，基坑周邊水位降低，說明此時坑內(nèi)抽水效果達到預(yù)期，直至2018年2月，基坑內(nèi)部開始回填，基坑周邊水位回升。同時，通過監(jiān)測基坑周邊地表變形沉降可看出，基坑周邊建筑物未受基坑內(nèi)抽水的影響，處于較為平穩(wěn)的狀態(tài)。

4 結(jié) 論

本文以棋盤洲長江公路大橋南錨錠基坑項目為背景，根據(jù)基坑復(fù)雜的周圍環(huán)境和地質(zhì)情況，提出了大錨錠深基坑的降水施工措施及注意事項，然后對監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)進行了分析，驗證了降水施工效果。

總結(jié)以上內(nèi)容，主要得出以下結(jié)論和啟示：

(1)地下連續(xù)墻的支護結(jié)構(gòu)型式，對于臨江高水位深基坑具有較好的止水防水效果，有效地保證了基坑的安全性。

(2)采用井點降水和分段抽水結(jié)合的新型降水方式，能夠大大減小基坑內(nèi)外突然產(chǎn)生的水壓差，保證了基坑降水的順利進行及降水效果。

(3)監(jiān)測結(jié)果表明，采用本降水方案能較好地滿足規(guī)范中對基坑降水的各方面控制要求，對今后同類型基坑施工提供寶貴經(jīng)驗及參考。