某深基坑項目應對復雜地質(zhì)的技術方案及應用

劉 寧 上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)聯(lián)合發(fā)展有限公司

1 前言

地下空間的高效開發(fā)與利用，十分契合城市空間的延伸拓展需求。近年來，大城市商業(yè)項目深基坑、大型基坑十分普遍，技術方案日趨成熟[1-3]。

隨著深基坑技術的深入發(fā)展，應對復雜地質(zhì)條件下，采取有效合理的措施減少不利地質(zhì)條件的影響，滿足建筑結(jié)構的安全使用，成為建筑開發(fā)領域?qū)ｍ椪n題[4-5]。

本文通過上海市松江區(qū)某深基坑工程，對中等液化場地，同時場地局部⑤⑥層土層缺失的復雜地質(zhì)條件的研究，采用合適的技術方案，應用于樁基、基坑工程的實例，并經(jīng)地質(zhì)勘察復核滿足設計條件。以期為今后深基坑項目于特定地質(zhì)條件的應用提供參考。

2 工程概況

項目位于上海市松江區(qū)，為深基坑工程。地下室建筑面積約8.1 萬平方米，地下二層，基坑面積共計4.2萬平方米，分為A、B兩個基坑。

土層條件復雜。（1）本場地20.00m 深度范圍內(nèi)分布的飽和砂質(zhì)粉土平均液化指數(shù)Ile為12.40，平均液化強度比Fle為0.63，根據(jù)巖土工程勘察規(guī)范DGJ 08-37—2012《上海市巖土工程勘察規(guī)范》第

8.3.10 條判定，③2-1 層、③2-2 層及③2-3 層土均屬液化土層，場地屬中等液化場地，設計時需按建（構）筑物的抗震設防類別采取相應的抗液化措施。（2）場地西北角局部⑤⑥層土層（不透水層）缺失，致③2-3層與⑦層直接連通（圖1、圖2）。須采取合理、有針對性的施工技術方案，以確保工程安全可控。

圖1 基坑平面及⑤⑥層土層缺失區(qū)域的平面圖

圖2 ⑤⑥層土層缺失區(qū)域的工程地質(zhì)剖面圖

3 關鍵技術方案研究

3.1 中等液化場地的分析研究及技術方案

根據(jù)勘察報告，③2-1 層、③2-2 層、③2-3 土層及場地屬中等液化。地下二層，筏板基礎底標高為絕對標高（上海吳淞高程）-6m～-7m，基礎底標高以上的土層，因采取支撐圍護體系及大開挖方案將土方予以挖除，不需考慮中等液化場地對設計承載力的影響；基礎底標高位置及以下的土層，需重點研究抗液化處理措施。采用預制空心方樁做工程樁，結(jié)合工程樁選型進行針對性加強，參照預應力混凝土空心方樁圖集，經(jīng)結(jié)構設計計算，選用PHS-B450（250）-13、15，樁長28m 作為主要樁型，采取如下方案。

①液化區(qū)范圍內(nèi)及液化區(qū)下1.5m范圍內(nèi)箍筋全長加密至50mm，即將上節(jié)樁底部3m 范圍及下節(jié)樁頂部10m 范圍箍筋間距加密至50mm，增加基樁延性。

②采取單節(jié)PHS 預應力空心方樁穿過液化區(qū)，避免液化區(qū)存在方樁接頭，增加方樁的整體性。

③適當加長PHS 預應力空心方樁樁頂?shù)墓嘈鹃L度，即灌芯長度增加至4m。

④PHS 預應力空心方樁與基礎連接形式采用灌芯混凝土鋼筋連接的形式，鋼筋錨固長度≥40d，增加樁與連接的整體性。

⑤PHS 預應力空心方樁和灌注樁在液化區(qū)的摩阻力按照上?！兜鼗A設計規(guī)范》第8.4.4 條進行折減。

⑥基坑開挖涉及第①層至第③2-1層，基坑開挖過程中該層土應盡量少轉(zhuǎn)運土以防止液化，多開明溝和集水井加強明排，必要時再增加采用輕型井點輔助降水。同時，經(jīng)與地勘及設計專家研究分析，采用PHS 預應力空心方樁，施打過程中對土體產(chǎn)生擠土效應有助于降低液化土層的影響，可在工程樁施工完成后，對土體的液化程度再次勘察，獲取數(shù)據(jù)進行比對，如仍判別為中等液化，需進一步采用壓密注漿等必要的技術處理方案，以消除液化土的不利影響。

3.2 ⑤⑥層土層缺失的分析研究及技術方案

由于A坑西北角局部⑤⑥層不透水層缺失，導致③2-3 層與⑦層直接連通，若要隔斷不透水層，則整個A 坑均需隔斷⑦層，進入⑧1 層，止水帷幕長度將達到35m，考慮本工程基坑周邊環(huán)境較為寬松，采用懸掛式止水對周邊環(huán)境影響較輕微，因此，采用懸掛式止水，普遍區(qū)以插入基底以下8m為原則，③2層與⑦層連通區(qū)以插入基底以下12m 為原則。該⑤⑥層缺失區(qū)域及坑邊一周，增加疏干井的布置，按照單井有效面積250m2布置，并增設觀測井兼減壓備用井。

組織勘察、設計專家進行踏勘，對基坑范圍內(nèi)軸線1-8/A-G 區(qū)域采用摻加部分消石灰滿足土方外運，拌制比例（體積比）石灰∶土=7∶100。絕對標高-5.45m～-6.45m 為1m 厚普遍區(qū)域的底板位置，約2767m2區(qū)域內(nèi)需要摻加消石灰，土方量約4000 立方米左右，對區(qū)域墊層以下15cm 的土層進行置換，墊層底標高普遍區(qū)域為絕對標高-6.45m，置換采用新鮮消石灰，灰土體積比為3∶7 并予以壓實，以滿足施工要求。結(jié)合現(xiàn)場實際條件，經(jīng)實測檢驗后在拌制土方與消石灰前，應對場地內(nèi)的地表明水用泵將水排干。外運土采用挖機將消石灰摻入原土混拌制后，運出現(xiàn)場，墊層下局部置換土層采用新鮮消石灰拌制固化地基土。土方開挖過程中，需重點加強局部⑤⑥層土層缺失區(qū)域的疏干井深井的布設，以加固連通區(qū)域的土體，提高該區(qū)域內(nèi)的土體抗力，減少坑底隆起和控制圍護結(jié)構變形量。針對基坑挖至底標高區(qū)域，③2層與⑦層連通區(qū)將受到第⑦層承壓水影響，在相應連通區(qū)布設深井降壓井來降低承壓水水頭高度，保障基坑施工安全。同時于坑內(nèi)布設觀測井，以應對承壓水頭周期性變化帶來的不利影響。為解決⑤⑥層土層缺失區(qū)域，需于短期內(nèi)完成土方挖除形成圍護體系的工程難點，配備足量挖土施工機械，確保該區(qū)域內(nèi)四個取土點同步開展土方挖運工作，統(tǒng)一管理，保證土方運輸組織有力及路線通暢?；娱_挖至墊層底標高后，立即進行驗槽及底板施工，減少坑底隆起變形的不利影響。提高基坑監(jiān)測頻率，有效指導特殊區(qū)域的施工。并針對性編制應急預案，在基坑施工中備有注漿機械留用，如發(fā)現(xiàn)⑤⑥層土層缺失區(qū)域的變形過大產(chǎn)生圍護滲水，立即對相應區(qū)域采取注漿加固措施。

工程控制：①原材料控制。土方：土方開挖時，根據(jù)現(xiàn)有土質(zhì)預留。消石灰：新鮮的消石灰。拌制用水：根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用原土層提供拌制灰土所用的水。②主要機具：挖掘機，自卸汽車，推土機。③底基層驗收：在灰土換填前先行驗基層，控制深度，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，要求對需拌制的區(qū)域進行驗收。為滿足進度要求，本工程將運至現(xiàn)場的消石灰用挖機摻入原土層，拌制成型后運出施工現(xiàn)場。局部置換區(qū)域的土層在現(xiàn)場拌制后直接鋪平壓實，一次成型，以利后續(xù)工序施工。

工藝流程：①土方外運區(qū)域：檢查消石灰質(zhì)量→土方開挖→摻入消石灰與灰土拌合→翻曬→運出施工現(xiàn)場。②置換區(qū)域：同①→鋪灰土→壓實→找平驗收。③灰土拌合：將消石灰與灰土拌合，嚴格控制配合比（體積比），拌合均勻，多次拌合，顏色一致。④消石灰與灰土拌合應控制含水量。按現(xiàn)場實測方法，針對拌合灰土予以晾曬或灑水。⑤施工工藝：根據(jù)現(xiàn)場情況采用場內(nèi)拌合的方法。在連通區(qū)域土層周邊選取場地進行灰土拌合，原土平鋪至場地上，進行灑石灰，使用機械進行拌合，經(jīng)多次拌和后翻曬多次且保證均勻后，在滿足底板區(qū)域的土體要求后進行換填。使用機械進行壓實，完成后進行養(yǎng)護，周期不少于3d，同時及時施工底板及其墊層防水層，保證圍護體系的安全。

4 應用及結(jié)論

4.1 針對液化場地的施工方案應用

工程樁采用PHS 預制空心方樁，施打完成后產(chǎn)生擠土效應，經(jīng)過補充勘察，勘察報告中“本場地20.00m深度范圍內(nèi)分布的飽和砂質(zhì)粉土平均液化指數(shù)Ile為3.86，平均液化強度比Fle為0.86，根據(jù)巖土工程勘察規(guī)范第8.3.10條判定，③2-1、③2-2及③2-3 層土均屬液化土層，場地屬輕微液化場地”同時經(jīng)過設計復核，采用預制樁空心方樁箍筋加密等技術方案研究中的加強措施，并經(jīng)樁基靜載荷試驗驗證，設計樁基承載力檢測報告可滿足抗壓3000kN/單樁，抗拔1500kN/單樁的要求，滿足設計要求。

4.2 針對⑤⑥層土層缺失的施工方案應用

對⑤⑥層土層缺失的區(qū)域，針對③2與⑦層連通區(qū)域，⑦層承壓水會對③2 層潛水進行補給，外圍止水帷幕深度超過降水井8m以上，區(qū)域樁長適當增加插入比，務必保證足夠的繞流距離，無須隔穿⑦層（若要隔穿⑦層需采用超深三軸攪拌樁），也不需在基坑內(nèi)部的③2 層與⑦層連通區(qū)域邊界再設置止水帷幕。在該區(qū)域增設觀測井兼減壓備用井，同時采取摻加部分消石灰（圖3）滿足土方外運要求，墊層底標高置換土層采用新鮮消石灰拌制固化地基土等措施（圖4）。經(jīng)過本項目實踐，采用懸掛止水可滿足基坑開挖條件，過程中加強監(jiān)測力度，備有應急救援物資，滿足基坑驗槽及相關設計條件，按工程節(jié)點進行底板施工。

圖3 ⑤⑥層土缺失區(qū)域技術方案實施中

圖4 ⑤⑥層土缺失區(qū)域技術方案實施效果

5 結(jié)束語

本項目作為深基坑工程，地質(zhì)條件較為復雜。從地質(zhì)勘察至工程樁施工階段、土方開挖階段，技術處理方案緊密結(jié)合具體工況，既要確保工程安全可靠，又要減少對工程進度影響，針對中等液化場地及⑤⑥層土層缺失區(qū)域，分別采取預制樁樁基選型加強、加長灌芯長度加強與底板連接、拌消石灰夯實基底等技術方案，同時施工期間預制樁對土體的擠密作用得到地質(zhì)勘察報告的驗證，可為今后應對復雜地質(zhì)條件下的技術方案及施工積累經(jīng)驗。