于永生

(中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司，北京 100040)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)越來越密集，建筑物越來越高且大面積利用地下空間，相應(yīng)基坑開挖也越來越深，因此，對(duì)基坑支護(hù)的要求也越來越高；城市地下水的過度抽降導(dǎo)致大面積地下水位越來越低，因地下水水位降低導(dǎo)致的次生災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，所以保護(hù)地下水過度抽降也刻不容緩。地下連續(xù)墻在深基坑工程中有支護(hù)和止水雙重作用的優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合工程實(shí)例，充分論證了地下連續(xù)墻技術(shù)在含卵礫石的深基坑支護(hù)和止水應(yīng)用中可靠性、經(jīng)濟(jì)性和可行性，也為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供借鑒與參考。

目前，常用的主要支護(hù)方式有排樁+錨桿(內(nèi)支撐)和土釘墻(復(fù)合土釘墻)；截排水主要方式有抽降水和止水帷幕(攪拌樁，旋噴樁)。隨著水資源保護(hù)意識(shí)的提高，降、排水方案被嚴(yán)格控制，北京市針對(duì)地下水的保護(hù)和開采出臺(tái)了針對(duì)性的政策文件：一方面通過嚴(yán)格的管理和審批避免基坑降排水；另一方面，對(duì)允許抽排水的工程，以水資源稅的形式征收費(fèi)用，使得排水成本很高，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)地下水資源和環(huán)境的目的。在此背景下下，北京市開始推廣各種截水措施，應(yīng)用最多的是止水帷幕(攪拌樁、旋噴樁)，但該方案在粘性土層、粉土層中下效果還可以，且局部也需抽降地下水進(jìn)行補(bǔ)救；在砂層及卵礫石層中帷幕質(zhì)量難以保證，導(dǎo)致截水效果很差，失敗案例很多。地下連續(xù)墻工藝有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，不僅能克服止水帷幕成樁質(zhì)量差的問題，在卵礫石、砂層中有很好的止水效果，且支護(hù)效果好，在周邊環(huán)境日益復(fù)雜的北京地區(qū)，保證了基坑的穩(wěn)定，減少了對(duì)周邊環(huán)境的影響。該工藝雖直接成本稍高，但其社會(huì)效益好，能很好的保護(hù)地下水資源，且基坑穩(wěn)定性和環(huán)保效果好(如不產(chǎn)生粉塵)，在周邊環(huán)境復(fù)雜、地下水位較高、砂卵石地層中擁有明顯優(yōu)勢(shì)。

1 地層及水文地質(zhì)條件

北京地區(qū)某工程地上1～21層，主要功能為住宅及配套，地下功能為地下車庫(kù)。地下室均為4層。住宅樓采用框剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房及地下室采用框剪結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)。±0.000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高53.00m。該工程基坑深度13.9m，基坑開挖周長(zhǎng)約1 400m，面積約28 000m2。

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，基坑開挖影響范圍內(nèi)地層分布自上而下依次為：①粘質(zhì)粉土素填土，①1雜填土；②粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土；③卵石；④粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土；⑤含粘性土卵石；⑥礫巖。

場(chǎng)區(qū)地下水類型為潛水，含水巖性為③卵石、③1細(xì)砂、④1粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土、④2中粗砂、⑤含粘性土卵石、⑤1細(xì)砂層。穩(wěn)定水位埋深為4.80～6.30m，標(biāo)高為45.04～45.92m。

場(chǎng)地東側(cè)為九子河及某大街，西側(cè)為正常使用的京廣鐵路，施工時(shí)需作重點(diǎn)考慮。

2 初步設(shè)計(jì)及施工中存在的問題分析

2017年6月某甲級(jí)勘察設(shè)計(jì)院受建設(shè)單位委托，對(duì)該基坑支護(hù)和止水工程進(jìn)行了設(shè)計(jì)并經(jīng)過專家論證通過，采用上部3m土釘墻(坡度1:04)，3m以下護(hù)坡樁(樁徑800mm，樁長(zhǎng)16m，間距1300mm)+3道錨桿的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，止水采用在兩護(hù)坡樁之間布設(shè)一根樁徑900mm旋噴樁，長(zhǎng)度16m(圖1)。基坑周邊布設(shè)應(yīng)急降水井90口，井深20m。

圖1 初步支護(hù)剖面Figure 1 Initial support section

圖2 調(diào)整后的支護(hù)剖面Figure 2 Adjusted support section

之后建設(shè)單位開始進(jìn)行支護(hù)及止水施工單位招標(biāo)，同時(shí)指令土方單位進(jìn)場(chǎng)土方開挖并對(duì)上部3m土釘墻進(jìn)行支護(hù)。2017年8月底完成招投標(biāo)工作并確定施工單位，同時(shí)上部3m土方挖運(yùn)完成。2017年9月初施工單位進(jìn)場(chǎng)在地面以下3m處施工護(hù)坡樁。護(hù)坡樁采用旋挖鉆機(jī)成孔工藝。由于施工作業(yè)面以下1m多就遇見卵石，且地下水豐富，導(dǎo)致護(hù)筒安放極其困難，并且在灌注完混凝土拔出護(hù)筒后樁頂位置塌方極其嚴(yán)重，導(dǎo)致樁頂擴(kuò)徑，從而影響隔壁樁的施工，進(jìn)而影響兩護(hù)坡樁之間旋噴樁的施工效果，并對(duì)未來錨桿施工和腰梁設(shè)置也帶來困難。由于地層分布大部分是卵石，地下水豐富，再加上流動(dòng)性較好，導(dǎo)致施工速度極慢，24h每臺(tái)最多3根，混凝土充盈系數(shù)高達(dá)1.3。針對(duì)該復(fù)雜和特殊地層，經(jīng)過各種工藝調(diào)整并請(qǐng)專家到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，效果都不明顯，在4臺(tái)鉆機(jī)施工7d成樁56根后暫停施工。

3 方案調(diào)整及其施工

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)一段時(shí)間抽水試驗(yàn)及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)地層及水文地質(zhì)條件，并經(jīng)多次專家討論，最終確定采取800mm厚地下連續(xù)墻+2道預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)形式(圖2)?；又苓叢荚O(shè)應(yīng)急井兼做觀測(cè)井使用，共布設(shè)90口，井深20m。

3.1 技術(shù)措施

地連墻墻頂標(biāo)高位于47.30m，高于地下水水位1.4～2.3m，有利于導(dǎo)墻施工，墻底進(jìn)入⑥礫巖層保證封水效果，地連墻接頭采用防水效果更好的工字鋼接頭。錨桿施工采用跟進(jìn)套管鉆機(jī)成孔,管內(nèi)出土和注漿，減少錨桿施工對(duì)土體的擾動(dòng)。地連墻兼作止水帷幕，滿足抗突涌和抗?jié)B流破壞要求。采用信息化施工，嚴(yán)格按照監(jiān)測(cè)規(guī)范對(duì)基坑及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)復(fù)核各施工工況的設(shè)計(jì)方案與實(shí)際情況是否相符合。地下連續(xù)墻施工完全封閉后，疏干基坑內(nèi)地下水，同時(shí)觀測(cè)基坑外觀測(cè)井內(nèi)的水位變化情況。

施工過程中，由于卵礫石較厚，粒徑又大，導(dǎo)致成槽速度較慢，根據(jù)實(shí)際地層情況通過調(diào)整抓斗的結(jié)構(gòu)，必要地段利用旋挖鉆機(jī)引孔，最終得以解決。在第二層錨桿施工中，由于處在含水層以下，導(dǎo)致注漿困難，返漿嚴(yán)重，通過外部應(yīng)急井局部抽降及調(diào)整注漿工序，保證了錨索注漿質(zhì)量。

3.2 對(duì)周邊環(huán)境影響分析

該工程采用的隔水帷幕深度進(jìn)入隔水地層達(dá)2～3m。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告判斷，基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系已被全部截?cái)?；局部可能由于兩幅墻接縫不理想有可能滲入基坑，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，在坑外地下水補(bǔ)給量和坑內(nèi)抽排量實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，坑外地下水位降低很少，可以忽略不計(jì)，對(duì)周邊環(huán)境的影響不予考慮?；娱_挖后及時(shí)對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行堵漏處理即可。采取以上措施，使降水對(duì)周邊環(huán)境的影響完全可以得到有效的控制。

3.3 施工效果評(píng)價(jià)

根據(jù)地層及場(chǎng)地特點(diǎn)，該工程地下連續(xù)墻采用抓槽機(jī)成槽、泥漿護(hù)壁、水下灌注混凝土工藝。施工速度比較理想，每天每臺(tái)平均施工3副，4臺(tái)抓斗機(jī)經(jīng)30d完成全部地連墻施工。地下連續(xù)墻完全封閉后，對(duì)基坑內(nèi)進(jìn)行疏干抽降，觀測(cè)基坑外水位變化情況，水位幾乎沒變化，土方開挖后也驗(yàn)證了封水效果達(dá)到了預(yù)期效果。

第一道錨桿幾乎不受地下水的影響；第二道錨桿端部處于地下水以下，起初注漿工序不合理，導(dǎo)致返漿比較嚴(yán)重，通過調(diào)整注漿方式及外側(cè)應(yīng)急井局部抽降的措施，得到很好的解決，錨桿拉拔力均滿足設(shè)計(jì)要求。在預(yù)埋鋼墊板與后加鋼墊板之間布設(shè)2層橡膠墊，鎖片與錨頭孔之間設(shè)2～3個(gè)橡膠環(huán)，很好地解決錨桿端部漏水的問題。

自2018年4月土方開挖至2019年4月肥槽回填完畢，基坑外側(cè)應(yīng)急井除第二道錨桿施工時(shí)局部抽降外，其余時(shí)間從未啟動(dòng)，

完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)?；幼冃我策h(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求變形控制量。

3.4 經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)

本工程初步方案(護(hù)坡樁+旋噴樁+3道錨桿方案)施工造價(jià)約3 300萬元，地下連續(xù)墻+2道錨桿方案施工造價(jià)約4 400萬元，后者較前者施工成本雖增加1 100萬元，但前者方案可能直接增加抽降水電費(fèi)500萬元(按一年算)和增加多抽降2 000多萬m3地下水(按一年算)水資源稅，且過度抽降地下水可能會(huì)引起次生災(zāi)害。相比而言，后者經(jīng)濟(jì)效果非常顯著，尤其是考慮對(duì)水資源和周邊環(huán)境的保護(hù)，且節(jié)省水資源稅超過8 000萬元。

4 結(jié)語

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展和城市對(duì)地下空間的開發(fā)利用，基礎(chǔ)埋深也相應(yīng)加深，周邊環(huán)境也越來越復(fù)雜，同時(shí)國(guó)家對(duì)地下水資源的保護(hù)也更加重視，傳統(tǒng)的放坡等支護(hù)技術(shù)已滿足不了建筑本身發(fā)展的需求，地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)具有支護(hù)和止水雙重功能，且其止水效果更加顯著，特別在地下水位較高、砂卵石較厚或較復(fù)雜的地層中，該支護(hù)形式的施工效果和經(jīng)濟(jì)效果更加顯著，值得在北京地區(qū)進(jìn)行推廣。