復(fù)雜環(huán)境下花崗巖殘積層地區(qū)超大型基坑施工技術(shù)

張利鋒

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 工程概況

深圳大學(xué)西麗校區(qū)建設(shè)工程（二期）位于深圳市南山區(qū)學(xué)苑大道，南側(cè)為學(xué)苑大道，西側(cè)為篤學(xué)路，北側(cè)為二線關(guān)路，東側(cè)為南科一路，如圖1所示。本工程總建筑面積約29.4萬 m2，包括中央圖書館綜合樓、法商學(xué)部、行政辦公與專職科研用房等，共9棟，以及地下室、室外工程。

圖1 二期工程建設(shè)場地航拍鳥瞰

基坑底周長約1 292.86 m，基坑支護(hù)范圍面積約79 109.68 m2，估算基坑土方量約100萬 m3，基坑深度在11.20～15.50 m之間。主要采用樁錨支護(hù)和放坡土釘墻支護(hù)這2種形式，地下室出入口共有4個(gè)坡道需要支護(hù)，均采用放坡＋土釘墻的形式進(jìn)行。可見本項(xiàng)目基坑屬于超大型基坑，開挖面積大，棄土量巨大，施工協(xié)調(diào)難度大[1-2]。

2 工程地質(zhì)概況和周邊環(huán)境

2.1 工程地質(zhì)情況

場地原始地貌單元屬丘陵及丘間溝谷，地形較復(fù)雜，大部分場地已經(jīng)人工改造平整，場地內(nèi)地下水含水量較豐富，補(bǔ)給來源主要為大氣降水和鄰近地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給。地下水穩(wěn)定水位埋深為0.10～6.70 m，場地地下水季節(jié)變化幅度1～2 m。場地內(nèi)地層主要有：第四系人工填土層、第四系沖洪積層、第四系坡積層、第四系殘積層及燕山晚期花崗巖。施工所涉及的土層為：①1素填土、①2雜填土、②1粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②3礫砂、③含礫粉質(zhì)黏土、④礫質(zhì)黏性土、⑤1全風(fēng)化花崗巖、⑤2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑤3中風(fēng)化花崗巖、⑤4微風(fēng)化花崗巖。本項(xiàng)目開挖深度為11.20～15.50 m，主要在人工填土層、粉質(zhì)黏土層和礫質(zhì)黏性土進(jìn)行土體開挖。而圍護(hù)樁將進(jìn)一步嵌入全風(fēng)化花崗巖層。值得注意的是，本場地淺表土主要是由燕山期花崗巖風(fēng)化殘積而形成，因此將會(huì)在場地范圍內(nèi)出現(xiàn)花崗巖風(fēng)化球，這將會(huì)對(duì)圍護(hù)樁的施工造成一定的影響。

2.2 周邊地上及地下建（構(gòu)）筑物分布情況

基坑附近有在建箱涵隧道結(jié)構(gòu)和已建長西引水渠工程，如圖2所示。由圖2可見，本項(xiàng)目東側(cè)與南側(cè)現(xiàn)有長西引水渠與本項(xiàng)目基坑圍護(hù)樁東南角相互沖突，長西引水渠在基坑施工紅線范圍以內(nèi)。

圖2 箱涵及長西引水渠位置示意

本項(xiàng)目北側(cè)在建箱涵隧道結(jié)構(gòu)，全長298 m，共分為9節(jié)段。采用明挖法施工。箱涵結(jié)構(gòu)與本項(xiàng)目基坑圍護(hù)樁間距14 m，因此，基坑開挖過程將可能對(duì)箱涵隧道變形產(chǎn)生不利影響。場界內(nèi)部已明確存在燃?xì)夤?、弱電管，且位置確定，部分弱電管與基坑圍護(hù)沖突。

3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工主要措施

3.1 圍護(hù)樁主要施工措施

本項(xiàng)目主要采用鉆孔灌注樁結(jié)合錨桿的形式進(jìn)行基坑支護(hù)，典型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機(jī)成孔。為最大程度地保證施工進(jìn)度，制定了圍護(hù)樁的施工順序：圍護(hù)樁施工由公共教學(xué)樓開始施工，依次為圖書館綜合樓→公共教學(xué)樓→法商學(xué)部→行政綜合樓。受到引水渠改道施工影響，法商區(qū)支護(hù)樁無法施工閉合，故先施工教學(xué)樓區(qū)支護(hù)樁，在引水渠改道完成之后，再施工行政樓區(qū)域支護(hù)樁，詳細(xì)路線如圖4所示。為保障樁基質(zhì)量，旋挖成孔應(yīng)跳樁施工，并在混凝土灌注后24 h方可進(jìn)行鄰樁施工。

圖3 樁錨支護(hù)

圖4 圍護(hù)樁施工方向示意

由于場地為花崗巖風(fēng)化場地，圍護(hù)樁成孔過程可能遇到大塊孤石、花崗巖球形風(fēng)化體，此時(shí)采用沖擊鉆頭破碎孤石或球形風(fēng)化體，沖程不宜過高，以免因?qū)椎渍駝?dòng)較大而引起坍孔事故，然后通過用沖抓錐抓取排除沖擊形成成小塊的孤石。如此循環(huán)直至穿越孤石或球形風(fēng)化體。

3.2 旋噴樁施工措施

由于場地地下水位高，為形成有效的止水帷幕，通過在支護(hù)樁間設(shè)置旋噴樁，通過旋噴樁與支護(hù)樁共同作用進(jìn)行全封閉截水。旋噴樁采用三管旋噴法施工。

噴射時(shí)，應(yīng)先達(dá)到預(yù)定的噴射壓力、噴漿旋轉(zhuǎn)30 s，水泥漿與樁端土充分?jǐn)嚢韬?，再邊噴漿邊反向勻速旋轉(zhuǎn)提升注漿管，提升速度為10～20 cm/min，直至距樁頂1 m時(shí)，放慢攪拌速度和提升速度，并保證樁頂密實(shí)均勻。中間發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)停止提升和旋噴，以防樁體中斷，同時(shí)立即檢查排除故障，重新開始噴射注漿的孔段與前段搭接不小于1 m，防止固結(jié)體脫節(jié)。

3.3 預(yù)應(yīng)力錨索施工措施

本工程預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)孔徑為φ 150 mm，錨索長度20～25 m，規(guī)格為4×7φ5 mm錨索。錨索的注漿材料為P·O 42.5水泥。孔徑不小于150 mm，鉆孔傾角25°～35°，傾斜度允許偏差為3%，孔深應(yīng)超過設(shè)計(jì)長度0.5 m，根據(jù)地質(zhì)變化情況控制鉆進(jìn)速度，保證成孔方向。遇到坍孔時(shí)，采用增加泥漿比重或全套管法成孔。在錨索鉆孔過程中，應(yīng)該核對(duì)鉆孔長度范圍內(nèi)是否存在地下管線，若發(fā)現(xiàn)管線與鉆孔沖突的情況，應(yīng)該及時(shí)報(bào)告，調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，錨固體強(qiáng)度大于15 MPa并不小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，方可進(jìn)行張拉鎖定，每根錨索均應(yīng)按設(shè)計(jì)拉力的1.1倍進(jìn)行預(yù)張拉。正式張拉宜分級(jí)加載，每級(jí)加載后應(yīng)恒載3 min，記錄伸長值，直到為設(shè)計(jì)錨固力值的80%，最后一級(jí)荷載應(yīng)恒載5 min，記錄伸長值。

3.4 噴射混凝土施工工藝

本項(xiàng)目噴錨面積約13 687 m2。噴射混凝土強(qiáng)度為C20，厚度為100 mm。采用的水泥材料為P·O 42.5R水泥，砂為中粗砂，粗骨料粒徑不宜大于15 mm，參考質(zhì)量配合比為水泥∶砂石=1∶4.5，計(jì)劃安排2臺(tái)噴錨機(jī)施工。

噴射混凝土應(yīng)分層分段進(jìn)行，同一分段內(nèi)噴射順序自下而下，噴射第1層混凝土，厚度為30～50 mm，其后每一次噴射厚度為50 mm。噴射時(shí)應(yīng)掌握好噴頭與受噴面的距離、角度，控制好水灰比和噴頭運(yùn)行軌跡，確?；炷撩軐?shí)、表面平整，噴射混凝土終凝后2 h灑水養(yǎng)護(hù)。

3.5 土方開挖主要施工措施

本基坑總面積約7.9萬 m2。土方開挖采用盆式與中島式交替開挖的原則，總原則嚴(yán)格實(shí)行“分層、分段、分塊、留土護(hù)壁、限時(shí)開挖”的原則，將基坑變形帶來的對(duì)周圍設(shè)施的變形影響控制在允許的范圍內(nèi)。在開挖至錨索層時(shí)采用中心島式挖土以保證錨索腰梁可以先行施工，同時(shí)保證錨索腰梁強(qiáng)度的形成和錨索的張拉。開挖過程中隨挖澆筑墊層并進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工。土方開挖嚴(yán)格控制挖土量，嚴(yán)禁超挖。

為使土方開挖和基坑圍護(hù)施工能夠順利穿插進(jìn)行，考慮錨索腰梁施工及錨索張拉應(yīng)在達(dá)到錨固體設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%，且大于15 MPa后方可進(jìn)行的要求，一般灌漿完成后10 d可以張拉鎖定。故將現(xiàn)有基坑分為兩大區(qū)塊：高標(biāo)高區(qū)和低標(biāo)高區(qū)，各區(qū)域內(nèi)各自形成相應(yīng)循環(huán)施工穿插，各區(qū)再進(jìn)行循環(huán)施工，保證各區(qū)的腰梁施工和錨索張拉等待期間不影響整體挖土施工。保證現(xiàn)場施工的有序搭接，如圖5所示。

圖5 施工工況搭接

4 場地施工的主要難點(diǎn)及對(duì)策

本項(xiàng)目位于深圳，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季長且雨量大，氣候因素對(duì)基坑施工影響大。另外，施工區(qū)附近地下建（構(gòu)）筑物復(fù)雜，眾多市政管道在場地內(nèi)外均有分布，開挖施工影響大。此外，開挖土方量大，工期緊，應(yīng)優(yōu)化開挖次序，確保工程順利完成。本項(xiàng)目的其他施工難點(diǎn)及對(duì)策可歸納如下：

1）本項(xiàng)目北高南低，在支護(hù)及挖土施工階段，深圳5—9月為多暴雨和多臺(tái)風(fēng)時(shí)期，對(duì)施工進(jìn)度和施工安全影響較大，防汛排澇為本工程重中之重。解決方案：在基坑坡頂位置及基坑坡腳位置設(shè)置排水溝，基坑未開挖至坑底時(shí)，基坑中設(shè)置明溝與臨時(shí)集水井，基坑的開挖逐步加深，明溝斷面采用梯形，溝底寬度0.3 m，臨時(shí)集水井每隔50 m開挖一處直徑0.5 m、深1 m的集水坑，用擋土板作為臨時(shí)支護(hù)，井底鋪厚0.3 m的礫石，以防泥沙堵塞水泵。再用抽水設(shè)備將集水井中的水排至坑頂排水溝排除。坡頂及坡腳排水溝設(shè)置如圖6所示。針對(duì)項(xiàng)目北高南低的現(xiàn)象，設(shè)置放坡區(qū)，采用噴射混凝土加固，在坡頂位置設(shè)置排水溝，在排水溝兩側(cè)設(shè)置集水坑，采用抽水設(shè)備將集水井中的水排至坑外的排水溝，以減少雨水流入下部基坑而導(dǎo)致下部基坑大面積積水的現(xiàn)象。

圖6 排水溝示意

2）周邊環(huán)境復(fù)雜，北有正在施工的麗康路下沉隧道，東側(cè)、南側(cè)有西麗水庫引水渠，場地內(nèi)外分布有眾多市政管線。基坑開挖將會(huì)引起鄰近建（構(gòu)）筑物發(fā)生大位移甚至結(jié)構(gòu)破壞。解決方案：制定引水渠保護(hù)方案，并實(shí)時(shí)監(jiān)控基坑開挖對(duì)渠道的變形影響，在施工過程中，盡可能減少重載車輛對(duì)引水渠的影響，若無法避開，除鋼筋混凝土硬化措施外，在引水渠保護(hù)范圍內(nèi)增加鋪設(shè)鋼板。對(duì)于臨時(shí)建筑的設(shè)置，禁止集中堆載，辦公區(qū)基礎(chǔ)設(shè)置以盡可能減少引水渠受力為原則。目前箱涵隧道也在建設(shè)中，隨時(shí)關(guān)注隧道的建設(shè)情況，并在隧道內(nèi)設(shè)置沉降和水平位移觀察點(diǎn)，掌握隧道變形動(dòng)態(tài)，及時(shí)調(diào)整施工方案。對(duì)于場地內(nèi)外市政管線，首先，通過物探、坑探等手段查明場地內(nèi)的管線分布，聯(lián)合各家權(quán)屬單位對(duì)場地內(nèi)的管線進(jìn)行改遷工作。對(duì)于場地外的地下管線，應(yīng)該標(biāo)記其位置、埋深，特別注意管線是否與錨索施工存在空間上的相交可能，如發(fā)現(xiàn)管線位置恰好與錨索位置相交，應(yīng)該及時(shí)調(diào)整錨索角度和長度，以避讓管道。在進(jìn)行錨索施工前，應(yīng)該再次通過物探校核，以確保錨索鉆孔安全。在基坑開挖過程中，加強(qiáng)對(duì)地下管線變形的監(jiān)測，每日匯報(bào)管線的變形數(shù)據(jù)。

3）工藝工序多、流水作業(yè)多、交叉節(jié)點(diǎn)多，施工組織要求詳細(xì)。解決方案：為保證總體工期要求，需要按期提供土方挖運(yùn)、支護(hù)樁、攪拌樁、錨桿索、噴射面等施工作業(yè)面信息，須投入充足的設(shè)備、人員，科學(xué)合理組織施工，加強(qiáng)現(xiàn)場管理，確保按期完成。制定詳細(xì)可行的施工方案，按照施工進(jìn)度計(jì)劃安排相應(yīng)工班進(jìn)場施工。指派專人（施工員）進(jìn)行跟進(jìn)協(xié)調(diào)，避免工藝沖突或工藝脫節(jié)。

5 結(jié)語

深圳大學(xué)西麗校區(qū)二期工程超大型基坑所處地層為典型的花崗巖殘積土地層，基坑開挖面積大，采用旋挖樁結(jié)合錨索作為主要的支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過支護(hù)樁間施工旋噴樁形成止水帷幕?；又苓叴嬖趶?fù)雜的結(jié)構(gòu)物，如在建箱涵隧道、引水渠以及密布的地下管道?；邮┕み^程有可能對(duì)鄰近的結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生不利影響。通過施工措施優(yōu)化和提出相應(yīng)的解決措施，順利完成了該超大型基坑的施工，施工經(jīng)驗(yàn)可以為類似工程提供借鑒。

[1] 袁靜,宮達(dá),何勇興,等.軟土地基超大深基坑工程整體設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[J].四川建筑科學(xué)研究,2020,46(增刊1):56-64.

[2] 馬玉輝.深大基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測與數(shù)值分析[J].四川建筑科學(xué)研究,2021,47(1):53-60.