深厚富水砂層深基坑止水帷幕形式優(yōu)化研究

葉懿萃

(中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引 言

隨著城市地下空間開發(fā)利用的深入發(fā)展，涌現(xiàn)出大量的“長(zhǎng)、大、寬、深、難”的深基坑工程，尤其是城市建筑物密集和地下環(huán)境復(fù)雜區(qū)域施工難度逐步增大。在此種背景下，隨著各個(gè)城市軌道交通線網(wǎng)的不斷加密，地鐵車站、附屬結(jié)構(gòu)施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)不可避免地受限于場(chǎng)地、管線、交通等周邊環(huán)境因素影響，因此，考慮城市地鐵周邊環(huán)境的實(shí)際情況，研究如何在受限空間內(nèi)進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)、止水帷幕的選擇與優(yōu)化施工是十分有必要的。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工已有了長(zhǎng)足的施工研究經(jīng)驗(yàn)[1-3]，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工也已日趨成熟，但在小范圍附屬結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)受到嚴(yán)重空間限制條件下的富水砂層圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕選擇，大多仍采用經(jīng)驗(yàn)及事后處置[4，5]，對(duì)此仍需進(jìn)行詳細(xì)的分析加實(shí)踐的全過(guò)程系統(tǒng)研究。

本文以某城市地鐵項(xiàng)目為例，研究在小范圍內(nèi)受到空間限制的條件下，通過(guò)不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)、止水帷幕的選擇與優(yōu)化，提出了在富水砂層圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水條件下的處理措施及研究結(jié)果，可為類似周邊環(huán)境、地層情況下的地鐵車站、附屬結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工提供一定經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程概況

1.1 線路概況

本車站主要位于市城區(qū)內(nèi)，本次文章以此車站附屬結(jié)構(gòu)風(fēng)亭為例進(jìn)行討論說(shuō)明。此車站共設(shè)3個(gè)出入口、4組風(fēng)亭。其中本次討論風(fēng)亭基坑長(zhǎng)34.4 m，寬9.4～15.4 m，基坑深度9.9 m。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

(1)工程地質(zhì)情況

附屬結(jié)構(gòu)風(fēng)亭基坑依次穿越穿越素填土<1-1>、粗中砂層(稍密)<2-5-2>、粗中砂層(中密)<2-5-2>，基底坐落于粗中砂層<2-5-2>，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)底主要位于淤泥質(zhì)土<2-4-2>及粉質(zhì)黏土層<3-1-1>。其地質(zhì)詳情如表1所示。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)

(2)水文條件

根據(jù)勘察結(jié)果，區(qū)域內(nèi)主要有三類地下水，包括潛水、承壓水和基巖裂隙水。其中承壓水及基巖裂隙水因圍護(hù)結(jié)構(gòu)深入隔水層(淤泥質(zhì)土<2-4-2>)，對(duì)本次討論附屬結(jié)構(gòu)基坑開挖工程影響較??；潛水水位埋深1.30～4.50 m，水位標(biāo)高3.37～6.28 m，含水層主要為粗中砂(稍密)<2-5-2>層、粗中砂(中密)<2-5-2>層，含水層底板主要為淤泥質(zhì)土<2-4-2>層隔水層，主要接受側(cè)向徑流及越流補(bǔ)給，以側(cè)向徑流、人工開采方式排泄。

2 施工主要風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 地質(zhì)條件特殊，含水量大，止水帷幕要求高

由于風(fēng)亭基坑范圍內(nèi)存在深厚潛水層，且本附屬結(jié)構(gòu)整體均深埋于粗中砂(稍密)<2-5-2>層中，對(duì)工程影響較大，所以在施工過(guò)程中對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量要求高。

2.2 場(chǎng)地限制嚴(yán)重，多次更換圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式

因風(fēng)亭臨近構(gòu)筑物且周邊存在既有車站(本車站為換乘車站)，施工場(chǎng)地嚴(yán)重受限，無(wú)法滿足圍護(hù)施工場(chǎng)地需求，過(guò)程中多次變更圍護(hù)方案。

基坑原選用φ850@600工法樁+內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，采用一道混凝土支撐(600×700)+一道鋼支撐(φ609 mm，t=16 mm)內(nèi)支撐形式；后因場(chǎng)地受到嚴(yán)重限制變更選用φ800@1 000鉆孔灌注樁(外設(shè)φ800@1 000高壓旋噴樁間止水，旋噴樁深同圍護(hù)樁素樁)+內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式；最后因止水帷幕效果未達(dá)預(yù)期，在鉆孔灌注樁外側(cè)增設(shè)φ1000@800的砂漿咬合樁(采用無(wú)套管旋挖成孔工藝)，離原圍護(hù)結(jié)構(gòu)50 cm，咬合樁均為砂漿樁。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選擇思路

(1)因基坑底存在較厚淤泥質(zhì)土<2-4-2>，故原設(shè)計(jì)采用φ850@600工法樁+內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，是充分考慮工法樁中攪拌樁咬合后的隔斷止水效果，并通過(guò)型鋼和內(nèi)支撐穩(wěn)定整體基坑開挖，但由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際場(chǎng)地狹小，加之周邊存在構(gòu)筑物、既有車站等不利因素，后變更設(shè)計(jì)為φ800@1 000鉆孔灌注樁，外設(shè)φ800@1 000高壓旋噴樁間+內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)高壓旋噴樁進(jìn)行灌注樁間止水。

(2)由于高壓旋噴樁在砂層施工過(guò)程中，整體固結(jié)效果較差，易出現(xiàn)漿液噴射偏斜、漿液因地下水流大沖散、不凝固等問(wèn)題，導(dǎo)致樁間易出現(xiàn)滲漏，故最后在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外圈進(jìn)行砂漿樁的止水補(bǔ)強(qiáng)，通過(guò)周邊整體區(qū)域的地層改良，減少附屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水的情況。

(3)在原設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上進(jìn)行思考，在富水砂層地質(zhì)條件下若能將鉆孔灌注樁變更為連續(xù)咬合樁，通過(guò)砼結(jié)構(gòu)本體的自防水性能，即可有效截?cái)啻种猩皩又械臐撍?，減少附屬結(jié)構(gòu)滲漏風(fēng)險(xiǎn)。

4 現(xiàn)場(chǎng)管控措施

4.1 高壓旋噴樁施工參數(shù)管控

在原設(shè)計(jì)中未增設(shè)外部砂漿樁的前提下，高壓旋噴樁施工質(zhì)量的好壞，直接決定樁間止水的效果，若施工過(guò)程中參數(shù)管控不到位，將直接導(dǎo)致滲漏甚至是突涌險(xiǎn)情的發(fā)生，施工前需查看地層標(biāo)貫值、密實(shí)度、滲透性，地下水流速等基本信息，制定專項(xiàng)施工計(jì)劃，施工過(guò)程中重點(diǎn)管控噴漿壓力、鉆桿提升速度、漿液流量及水泥用量，在確保水泥用量滿足設(shè)計(jì)要求前提下，均勻填充地層間隙。

4.2 降水管控

由于下部隔水頂板淤泥質(zhì)土<2-4-2>層的存在，使得粉細(xì)砂<3-2>、中砂層<3-3>中的地下水具有承壓性，通過(guò)驗(yàn)算滿足抗突涌要求后，即可在開挖過(guò)程中，重點(diǎn)考慮潛水影響。若圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠完成封閉止水，則針對(duì)本工程淺層開挖的特點(diǎn)，在基坑內(nèi)布設(shè)若干疏干管井，通過(guò)隨挖隨降的原則進(jìn)行合理降水即可。

4.3 砂漿樁咬合控制

在后續(xù)施工過(guò)程中，基坑四周出現(xiàn)多處樁間明顯滲漏水，施工單位通過(guò)注漿(WSS無(wú)收縮后退式)止水的措施，未能有效進(jìn)行樁間的堵漏止水，判定此處地層潛水水量較大、流速較快，再通過(guò)普通注漿形式進(jìn)行止水收效甚微，現(xiàn)場(chǎng)快速研判，進(jìn)行四周砂漿樁施工封堵，作為最后一道防水線，砂漿樁咬合施工效果的好壞，將直接決定此基坑施工的成敗。

5 施工效果

5.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

按照《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中3.3.2中規(guī)定，基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)。此附屬結(jié)構(gòu)深基坑開挖施工過(guò)程中，需要對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境的土體、建(構(gòu))筑物、道路、地下管線的應(yīng)力、位移、傾斜、沉降、裂縫及對(duì)地下水的動(dòng)態(tài)變化等進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)頻率如表2所示，并在監(jiān)測(cè)達(dá)預(yù)警值時(shí)(依據(jù)設(shè)計(jì)、規(guī)范要求)及時(shí)進(jìn)行預(yù)警。

表2 監(jiān)測(cè)頻率表

此基坑項(xiàng)目土方開挖施工過(guò)程中，既有車站及軌道結(jié)構(gòu)變形是監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，本文以開挖過(guò)程中周邊土體變形、建筑物變形為主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行說(shuō)明，如圖1、圖2所示。

圖1 地表土體沉降位移(單位：mm)

圖2 建筑物沉降位移(單位：mm)

5.2 基坑開挖滲漏水情況

原設(shè)計(jì)φ800@1 000鉆孔灌注樁，外設(shè)φ800@1 000高壓旋噴樁間+內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)高壓旋噴樁進(jìn)行樁間的止水，施工效果不理想，樁間出現(xiàn)了明顯的滲漏水，后通過(guò)注漿止水措施也未得到明顯改善，最后采用四周砂漿樁補(bǔ)強(qiáng)止水的形式，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁間滲漏水得到了很好的處置，周邊地表也未出現(xiàn)明顯變形，說(shuō)明砂漿樁的處置形式有效。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)車站風(fēng)亭附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕形式變更進(jìn)行研究，有如下經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：

(1)在富水砂層條件下，附屬結(jié)構(gòu)類小型基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)選用整體封閉性能更好，止水效果更強(qiáng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，如咬合樁、SMW工法樁、地連墻等形式。

(2)在密實(shí)的富水砂層中進(jìn)行高壓旋噴樁施工，會(huì)因?yàn)榈貙又懈缓鲃?dòng)水、標(biāo)貫值較高等原因，造成旋噴樁施工效果較差，無(wú)法達(dá)到既定的噴射半徑及止水效果。

(3)當(dāng)?shù)貙又写嬖诹鲃?dòng)性較大的潛水時(shí)，采用無(wú)收縮后退式注漿(WSS注漿)、高壓旋噴樁等注漿形式，難以產(chǎn)生較好的止水效果，可通過(guò)咬合砂漿樁的形式進(jìn)行止水補(bǔ)強(qiáng)。

通過(guò)本文所列技術(shù)思路及施工措施，附屬結(jié)構(gòu)風(fēng)亭在此類富水砂層基坑開挖過(guò)程中，地表土體沉降累計(jì)變化值5.8 mm、周邊建筑物沉降累計(jì)值5.5 mm，基坑內(nèi)樁間無(wú)明顯滲漏水，有效減小了富水砂層明挖基坑施工過(guò)程中的周邊環(huán)境影響，給類似地層明挖施工提供了依據(jù)與參考。