沿江沿海砂基上高層建筑深基坑開(kāi)挖的水下砼方法研究

陽(yáng)飛宇 唐川川 王旭暄 袁昌成 鐘鳴智

中國(guó)建筑第二工程局有限公司 北京 101149

引言

我國(guó)主要沿江沿海城市經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，建筑工程多為高層建筑與超高層建筑，但沿江沿海區(qū)域砂基與淤泥軟土地過(guò)于松軟，給高層建筑地基施工帶來(lái)了較大困難。尤其在與江海相鄰的位置，砂土層深度可達(dá)25～40m，流沙和將水問(wèn)題成為不得不考慮的因素。

1 沿江沿?；┕さ睦щy與可行性分析

通常來(lái)說(shuō)，高層建筑地下室深度需要滿足H15的標(biāo)準(zhǔn)，那么建筑物總高超過(guò)70m的建筑地下室深度不得小于5m，再結(jié)合地面標(biāo)高、上底板以及地梁的因素，70m以上建筑物地基施工時(shí)基坑的水下深度需要在4m以上。在砂基上施工時(shí)，由于沙土滲透系數(shù)大，因而基坑內(nèi)水基本為承壓水，工程抽水量極大，并且在工程施工過(guò)程中需要保證降水連續(xù)進(jìn)行，水泵購(gòu)置費(fèi)用加上抽水電費(fèi)以及可能發(fā)生的補(bǔ)充灌水等，在相當(dāng)程度上增加了施工成本。此外，沿江沿海水位呈現(xiàn)出季節(jié)性的變化，加上潮汐的影響，導(dǎo)致流動(dòng)水進(jìn)入基坑開(kāi)挖區(qū)域，這些流動(dòng)水會(huì)造成基坑管涌、頂托等問(wèn)題，同時(shí)其側(cè)向流動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致流沙與流水夾砂問(wèn)題，給基坑穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重的威脅。通過(guò)以往的工程實(shí)踐總結(jié)得到，水下混凝土施工主要面臨以下問(wèn)題：①混凝土離析；②水下灌注產(chǎn)生砂漿浮沫；③施工過(guò)程中的缺陷不易發(fā)現(xiàn)，且修復(fù)困難。

就可行性而言，基坑止水砼墊層在強(qiáng)度方面要求與普通建筑工程相似，在混凝土澆筑時(shí)只要有效控制灌注厚度的均勻性即可在最大程度上降低缺陷的影響。此外，現(xiàn)代建筑施工中諸如絮凝劑等外加劑的使用，極大地改善了混凝土的坍落度與擴(kuò)展度，加上水位壓力作用，混凝土灌注平整度基本能夠得到保證。因此，通過(guò)科學(xué)的施工方案并嚴(yán)格控制施工工藝操作，沿江沿海砂基深基坑水下砼施工灌注的平整度可以達(dá)到施工要求[1]。

2 基坑水下砼設(shè)計(jì)與施工中的關(guān)鍵問(wèn)題

2.1 水下混凝土的配合比設(shè)計(jì)

在建筑工程中，基坑水下砼配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)極其重要。高層建筑地基施工中，水下混凝土施工只能依靠混凝土的流動(dòng)性作用，而不能使用傳統(tǒng)的振搗器，因此水下砼施工的混凝土必須具有良好的黏性、和易性，同時(shí)需要嚴(yán)格控制其離析程度。

2.2 水下砼施工中外加劑的使用

水下砼施工需要保證其良好的和易性，同時(shí)保持混凝土坍落度在18～22cm范圍內(nèi)，擴(kuò)散度在34～38cm范圍呃逆，嚴(yán)格控制泌水率低于3%，初凝時(shí)間宜大于5h，終凝時(shí)間宜小于40h?；谝陨弦螅马攀┕ば枰浜闲阅芰己玫耐饧觿?。目前，適用于水下砼施工的國(guó)產(chǎn)外加劑有YNH-1型緩凝早強(qiáng)減水劑，UMB-1型絮凝劑等。施工時(shí)，外加劑與水泥、砂石在同一時(shí)間加入，進(jìn)行充分的攪拌，通?？刂仆饧觿┯昧繛樗嗟?%～3%之間，以保證混凝土經(jīng)過(guò)充分的攪拌不會(huì)出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

2.3 灌注層厚度

根據(jù)砂基條件下承壓水下砼底板抗浮與抗彎要求，需要保證下面公式（1）成立：

其中，K代表抗浮穩(wěn)定系數(shù)；G代表底板自重；P代表板上附加重量或抗浮阻力；代表浮托力。

此外，還需要考慮以下兩種情況：

（1）開(kāi)挖前基坑內(nèi)存在工程樁，工程樁密度按照較稀的位置計(jì)算；澆注混凝土?xí)r，工程樁附近水下砼層厚度范圍內(nèi)存在摩擦阻力，假定工程樁水下砼接觸面積為A，摩擦系數(shù)為f，工程樁與水下砼單位面積接觸應(yīng)力，工程樁數(shù)量為n，工程樁總阻力，取基坑長(zhǎng)邊測(cè)量值為S，可得單位長(zhǎng)度阻力如公式（2）：

結(jié)合公式（2）考慮工程樁的摩擦阻力后，有助于減小澆筑厚度。

公式（3）中，抗拉強(qiáng)度[σ]按照以往工程經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)方案選取。

水下砼底板澆筑層只是工藝性臨時(shí)構(gòu)件，因此厚度可以控制的較薄，通過(guò)抽水降低水位能夠有效減小建筑層的厚度，但需要考慮抽水對(duì)施工環(huán)境的影響。

2.4 導(dǎo)管法和泵送法施工工藝

導(dǎo)管法施工一般要求導(dǎo)管內(nèi)徑為骨料粒徑8倍或以上，且水深度較大時(shí)管徑需要適當(dāng)加大。通常情況下管徑為φ250mm的導(dǎo)管控制的施工面積為4m2，管徑為φ300mm導(dǎo)管控制的施工面積為5～15m2，單根導(dǎo)管長(zhǎng)度根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行選擇。澆筑方式包括底蓋式與滑閥式。

底蓋式澆筑適用于水深4～5m情況下的澆筑，需要在導(dǎo)管底部安裝底蓋，多個(gè)導(dǎo)管連接后按順序沉入水中，觸底為止，然后進(jìn)行砼澆筑，砼填滿導(dǎo)管后完成后將導(dǎo)管提出，砼在重力作用下壓開(kāi)底蓋沉入水底?；y式澆筑同樣是將導(dǎo)管插入水中，導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置滑閥，砼在向?qū)Ч軆?nèi)投送的過(guò)程中滑閥會(huì)跟著下降，滑閥達(dá)到導(dǎo)管底部后將導(dǎo)管提高20～30cm，砼從導(dǎo)管中落下[2]。

泵送法通常使用內(nèi)徑為φ100～500mm的輸送管，管底安裝一個(gè)栓塞來(lái)隔離水，同時(shí)在管理水平段和垂直段連接處安裝排氣閥，注意控制輸送管出口位于已澆筑砼下方30～40cm位置。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，高層建筑群大量存在，但是這些區(qū)域的地質(zhì)條件給高層建筑的地基施工造成了較大的困難，通過(guò)科學(xué)的深基坑開(kāi)挖的水下砼方法施工，能夠充分保障高層建筑的地基質(zhì)量，進(jìn)而保障高層建筑順利完工，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。