富水地層基坑懸臂式樁板墻砂石反濾防滲漏施工技術(shù)

尹華松 王志強(qiáng)

中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司 山西 太原 030006

基坑工程是一門集巖土、結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)等于一體，綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，涉及土體的強(qiáng)度、變形、滲流、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、時(shí)空效應(yīng)等問(wèn)題[1-4]。近年來(lái)，因?yàn)榈叵滤l(fā)的基坑工程事故不斷發(fā)生，防滲體破壞、降雨補(bǔ)給等原因造成滲流場(chǎng)的突變，導(dǎo)致基坑土體及其支護(hù)體系產(chǎn)生較大的變形甚至突然垮塌的工程事故頻發(fā)[5-7]。資料表明：滲流作用是引起基坑工程失穩(wěn)的重要原因之一。對(duì)國(guó)內(nèi)多項(xiàng)基坑工程進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在引起基坑事故的眾多因素中，由于地下水處理不當(dāng)引發(fā)的事故約占22%，甚至更高，可見(jiàn)地下水是引起基坑破壞的重要因素之一[8-11]。

本文以東南沿海某地鐵停車場(chǎng)富水地層基坑工程為依托，針對(duì)富水地層深基坑滲漏問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)施工技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，提出了懸臂式樁板墻砂石反濾防滲漏成套施工技術(shù)。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

東南沿海某地鐵停車場(chǎng)位于兩地鐵站之間，為半地下室停車場(chǎng)，建筑面積55 795 m2，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，基坑最大開(kāi)挖深度16 m，支護(hù)采用懸臂式樁板墻。

1.2 水文地質(zhì)

場(chǎng)地所涉及水系主要為上埠河、小和溪與楊府溪。上埠河距離場(chǎng)地紅線最近90 m。楊府溪寬5.0～10.0 m，河岸為直立漿砌塊石護(hù)坡，河水流向由南向北，水深最大為1.1 m，河底淤泥厚約10 cm；小和溪河寬約6.5 m，河岸采用直立漿砌塊石護(hù)坡，河水流向由南向北，水深約0.5 m，河底淤泥厚約5 cm。2條河道水體均向北匯入上埠河。

地下水類型主要可分為松散巖類孔隙潛水和松散巖類孔隙承壓水。場(chǎng)地潛水主要賦存于淺部填土層、礫石土層中。潛水初見(jiàn)水位埋深為地面下0.50～9.70 m。潛水主要受大氣降水與地下同層側(cè)向徑流補(bǔ)給，以豎向蒸發(fā)及地下同層側(cè)向徑流方式排泄，并呈季節(jié)性變化，自然歷史條件下，年水位變幅為1.0～1.5 m。沿線場(chǎng)地承壓水主要為微承壓水，分布于下部的礫石混粉質(zhì)黏土中，該微承壓水埋深較淺，隔水頂板（粉質(zhì)黏土以及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土）埋深在10 m左右，隔水層層厚約3 m，承壓水水頭埋深為3.44 m?，F(xiàn)場(chǎng)地形地貌如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)地形地貌

1.3 工程特點(diǎn)

停車場(chǎng)用地范圍位于山地坡腳，南高北低，場(chǎng)坪標(biāo)標(biāo)高為14.00 m，場(chǎng)地標(biāo)高在14～30 m，基坑最大開(kāi)挖深度16 m；本工程存在舊基礎(chǔ)和碎塊石地層，地質(zhì)條件較為復(fù)雜且水系發(fā)達(dá)；工程周圍環(huán)境極為復(fù)雜，有規(guī)劃路、市政管線、既有建筑等。如何確?；佑谰冒踩?，是本工程需要研究的課題。

2 方案選擇

結(jié)合本工程基坑特點(diǎn)，分別對(duì)放坡方案、樁＋錨索方案、樁板墻（砂石反濾層）方案進(jìn)行了比選。由于空間受限，無(wú)放坡條件，放坡方案不可行。采用樁＋錨索方案，錨索會(huì)穿越規(guī)劃路、市政管線、既有建筑等，進(jìn)入其他未知地塊，無(wú)打錨索條件。本工程基坑支護(hù)必須為永臨結(jié)合，采用錨索耐久性稍差，故樁＋錨索方案不可行。采用懸臂式樁板墻（砂石反濾防滲漏）方案具有耐久性高、造價(jià)適中等優(yōu)點(diǎn)。因此，經(jīng)過(guò)方案反復(fù)比選，決定采用樁板墻（砂石反濾防滲漏）方案。具體方案比選情況如表1所示。

表1 方案的比選

3 理論計(jì)算

為驗(yàn)證方案的可行性，選取區(qū)段地質(zhì)較差的鉆孔，采用有限元軟件進(jìn)行了計(jì)算，主要計(jì)算結(jié)構(gòu)的最大水平位移、應(yīng)力極值、最大彎矩、最大彎矩所在位置等。計(jì)算結(jié)果如圖2、圖3、表2所示。

圖2 位移云圖

圖3 應(yīng)力云圖

表2 結(jié)果匯總

根據(jù)分析，應(yīng)力及變形等均滿足要求。但是由于本工程所在區(qū)域地表水及降雨較為豐富，需要充分考慮樁板墻結(jié)構(gòu)因滲流造成基坑失穩(wěn)的情況，做好樁間防排水并設(shè)置反濾層。必須在擋墻頂部設(shè)置永久排水系統(tǒng)，緩解水害對(duì)樁板墻結(jié)構(gòu)的影響。

4 支護(hù)系統(tǒng)及工作原理

4.1 支護(hù)系統(tǒng)構(gòu)造

懸臂式樁板墻（砂石反濾防滲漏）支護(hù)系統(tǒng)主要包括雙排灌注樁、擋土墻、樁前擋土板、砂礫石反濾層4個(gè)部分，如圖4所示。根據(jù)地質(zhì)條件，嵌固原則如下：樁底進(jìn)入中風(fēng)化泥巖層不小于3 m，巖面較高處樁底提前進(jìn)入中風(fēng)化泥巖且嵌固深度不小于10 m。

圖4 支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造

4.2 工作原理

樁板墻通過(guò)大樁的樁體本身的強(qiáng)度及剛度抵抗樁后土體的土壓力。樁板墻本身具有一定的防滲作用，考慮富水地層深基坑水壓力下的滲流造成的支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞，在擋土墻部位和擋土板部位增設(shè)防滲排水系統(tǒng)，達(dá)到延長(zhǎng)滲徑、減少滲透坡降的防滲效果。同時(shí)，增設(shè)的砂礫石反濾層能減小地層的含水率變化，避免含水率變化造成的土壤黏聚力和內(nèi)摩擦角變化，有效緩解水害對(duì)樁板墻結(jié)構(gòu)的影響，增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的整體安全穩(wěn)定性。

5 施工技術(shù)控制要點(diǎn)

5.1 樁基施工

1）為防止碎塊石掉入孔內(nèi)對(duì)樁基質(zhì)量造成影響，對(duì)樁位處的雜土預(yù)先清除，同時(shí)用護(hù)筒隔開(kāi)，避免碎塊石掉進(jìn)孔內(nèi)而影響施工。

2）淺層局部淤泥質(zhì)土具有高壓縮性及蠕變性，且易頸縮，采用加長(zhǎng)鋼護(hù)筒解決了此問(wèn)題。

3）澆筑混凝土前檢查孔底地質(zhì)和孔徑是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并將孔底清理干凈，排干積水。同時(shí)，封底前要把鄰近孔位的積水同時(shí)抽出，以減少鄰孔的積水對(duì)工作孔的影響。

5.2 擋墻施工

1）模板分為底板、墻面板、護(hù)壁3大部分。其中，墻面板采用定型鋼模板，底板、護(hù)壁采用高強(qiáng)竹膠模板。為防止漏漿，模板兩側(cè)加設(shè)雙面膠條。

2）混凝土澆筑分為2次，先澆筑底板，當(dāng)?shù)装鍙?qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后，立即澆筑墻身，以減少溫差。澆筑長(zhǎng)度按擋土墻分段長(zhǎng)度20 m分為一節(jié)段。墻身立壁應(yīng)嚴(yán)格分層，混凝土澆筑工作連續(xù)進(jìn)行，一次澆完，不得間歇。

3）當(dāng)立壁和墻底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上時(shí)，方可進(jìn)行袋裝砂礫石反濾層碼放，并分層回填黏性土壓實(shí)。壓實(shí)墻背填料過(guò)程中，應(yīng)防止立壁內(nèi)側(cè)及扶肋受撞損壞，卸料時(shí)，運(yùn)輸機(jī)具和碾壓機(jī)具應(yīng)離扶肋1.5 m。扶肋1.5 m范圍內(nèi)宜采用人工攤鋪，配以小型壓實(shí)機(jī)具碾壓，使其密度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。擋土墻完成情況如圖5所示。

圖5 擋土墻施工完成

5.3 樁前擋土板施工

5.3.1 鋼筋預(yù)埋

本工程樁前擋土板采用了現(xiàn)澆工藝，為了確保樁前擋土板的整體性，在鋼筋籠制作時(shí)預(yù)埋水平向的鋼筋，待樁間土開(kāi)挖完成后，采用人工鑿除的方法破除樁面保護(hù)層，使預(yù)埋到鋼筋籠的水平鋼筋外露。具體如圖6所示。

圖6 鑿出預(yù)埋鋼筋

5.3.2 砂礫石反濾層施工

根據(jù)反濾層設(shè)計(jì)機(jī)理，順著水流的方向顆粒逐漸增大，任一層的顆粒都不允許穿過(guò)相鄰較粗一層的孔隙，同一層的顆粒也不能產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。設(shè)置反濾層后，滲透水流出時(shí)就帶不走邊坡中的土壤，從而可防止管涌和流土的發(fā)生。因此，本工程墻背最低排泄水孔至墻頂以下0.5 m高度內(nèi)設(shè)厚0.5 m砂夾卵石反濾層，反濾層由厚0.15 m中礫（粒徑4～6 mm，平均粒徑4.6 mm）和小卵石（粒徑30～40 mm，平均粒徑34 mm）組成，粗粒徑填在靠墻一側(cè)。擋土墻最低排泄水孔的下部設(shè)隔水層（夯填黏土）。

為確保施工質(zhì)量，搭設(shè)雙排外架人工碼放，先采用編織袋分別將不同粒徑的砂礫石反濾層包裝好，然后將細(xì)粒徑放置在內(nèi)側(cè)，粗粒徑放置在外側(cè)，分層堆碼整齊，編織袋不宜裝滿，便于濾料無(wú)縫搭接，具體如圖7所示。同時(shí)，按2～3 m間距梅花形布置泄水孔，橫向樁間居中，設(shè)置φ100 mm的PVC泄水孔，外傾5%。

圖7 袋裝砂礫石反濾層

砂礫石反濾層無(wú)污染是確保起到作用的關(guān)鍵，為此設(shè)置內(nèi)側(cè)模板，防止混凝土漿液滲入反濾層。

5.3.3 內(nèi)側(cè)模板安裝

模板采用竹膠板，安裝時(shí)采用雙面膠帶塞縫，確保接縫良好、不漏漿。模板支設(shè)完成后掛線進(jìn)行精調(diào)，確保模板支設(shè)符合要求。為確保施工質(zhì)量，開(kāi)發(fā)了模板工裝。

5.3.4 樁前擋土板鋼筋混凝土施工

內(nèi)側(cè)模板安裝完畢后，綁扎縱橫向分布筋，支設(shè)外模板?；炷敛捎霉捃囘\(yùn)輸，由吊車吊送或泵送入模板，每層混凝土澆筑高度不超過(guò)6 m。混凝土運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，先對(duì)混凝土的工作性能進(jìn)行檢測(cè)，滿足要求后方可進(jìn)行澆筑?；炷翝仓^(guò)程中，施工人員采用小型振搗設(shè)備進(jìn)行振搗?；炷翉?qiáng)度等級(jí)達(dá)到2.5 MPa后方可拆除側(cè)模。完成終凝后，及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不少于7 d。為解決養(yǎng)護(hù)困難的問(wèn)題，采用節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜技術(shù)。完工后的樁板墻如圖8所示。

圖8 樁板墻完成

5.4 變形監(jiān)測(cè)

對(duì)樁板墻及周圍建筑物等進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，確保施工及運(yùn)營(yíng)期的安全，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)、周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)、坑外地下水監(jiān)測(cè)、地表沉降監(jiān)測(cè)等。經(jīng)過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，變形均未超預(yù)警值，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程位于山地坡腳，場(chǎng)地高低起伏，周圍環(huán)境復(fù)雜，水系發(fā)達(dá)。通過(guò)研究摸索，創(chuàng)新提出富水地層基坑懸臂式樁板墻砂石反濾防滲漏施工技術(shù)，解決了永久基坑支護(hù)問(wèn)題。采用該技術(shù)取得了良好的效果，保證了工期節(jié)點(diǎn)目標(biāo)、工程質(zhì)量和安全，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。本技術(shù)在富水地層、環(huán)境復(fù)雜、場(chǎng)地高差大等建筑、市政工程的深基坑施工、邊坡防護(hù)中均有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值，值得同類工程借鑒。