復雜環境下深大基坑圍護變形控制技術

江志安

(中國水電基礎局有限公司，天津 301700)

0 引言

地下連續墻被公認為是深基坑工程中最佳的擋土結構之一，具有剛度大、整體性好、抗滲能力強等特點。根據文獻［1］［2］，對于深度較大的基坑，或是鄰近區域存在保護要求較高的建、構筑物，或是采用逆作法施工時，首先選用地下連續墻作為圍護結構。錨索是特點比較鮮明的支護體系，用錨索代替鋼或鋼筋混凝土支撐，可以節省大量鋼材，減少土方開挖量，尤其對于面積大、支撐困難的基坑更有應用優勢。錨索在非軟弱土地層中有很多成功的先例，在控制變形方面也有成功的經驗［3-5］。

1 工程概況

成都大慈寺文化商業綜合體項目基坑圍護面積68 000 m2，基坑深度13 m～16.8 m，支護軸線周長2 400 m。本工程位于古建筑群內，周邊環境非常復雜。基坑影響范圍內有筆帖室、章華里、馬家巷禪院、廣東會館、欣爐等五座古建筑，其中廣東會館位于基坑之內將會挖成四面臨空的狀態，章華里、馬家巷禪院和欣爐將會被挖成三面臨空，上述建筑離基坑近，古建筑外墻皮距離擬建建筑外墻皮最近僅為5 m，對變形敏感度高，需要剛度大整體性好的支護形式。同時大慈寺廟宇建筑(屬成都市重點文物保護單位)的東面和南面緊貼需要開挖的基坑，最近距離僅為4.5 m，對變形敏感度更高。

影響范圍內地層從上到下依次為:第四系全新統人工填土層 (Qml4)的雜填土、素填土，第四系全新統沖積層(Qal4)的細砂層、中砂層、卵石層。

①雜填土:色雜，主要由磚瓦碎片、卵石及少量粘土組成，結構松散。

②雜填土:灰色，主要由粘性土、粉性土、砂土混少量磚瓦碎片組成，人工填土分布均勻，厚度2.8 m～4 m。

③細砂層:灰色，系長石、石英、云母細片、巖屑組成，松散，呈透鏡體分布于卵石層頂部，最大厚度0.9 m。

④中砂層:灰色，系長石、石英、云母細片、巖屑組成，松散，呈透鏡體分布于卵石層中，最大厚度3.6 m。

⑤卵石層:灰黃、灰色。一般粒徑3 cm～9 cm，部分粒徑大于15 cm，混少量漂石，根據《成都地區建筑地基基礎設計規范》，可將其劃為松散卵石、稍密卵石、中密卵石和密實卵石四個亞層。

圖1為典型剖面的示意圖。

場地地下水為埋藏于第四系砂卵石層中的孔隙潛水，大氣降水和區域地下水為其主要補給源。砂、卵石層為主要含水層，具較強的滲透性。

圖1 地質典型剖面示意圖

枯水期現場地地下水水位埋藏9.00 m～13.00 m，標高為486.93 m～492.22 m。場地豐水期最高水位埋深約4.00 m，相應標高約為496.00 m。但由于場地周邊建筑工地很多，大量降水井不停的降水，施工期間現場實測，水位一直在枯水水位高度。

2 設計控制措施

本工程主要問題就是控制基坑變形，尤其是古建筑一側的基坑圍護結構變形。考慮到地層的物理力學指標很好(見表1)，基坑整體的圍護結構采用排樁，在靠近古建筑及大慈寺一側采用地下連續墻。在支撐體系設計時，考慮基坑的形狀及面積，以預應力錨索為主，在能用內撐的地方選擇了鋼管撐。在不能做支撐也不能用錨索的地方，采用逆順結合的方法，預留部分土體提供反力并依次自上而下的進行結構施工。

表1 主要地層力學指標

在本工程中，大慈寺及廣東會館是最為關鍵和重要的建筑，以此處基坑支護為例進行簡要說明:大慈寺是本工程的重點保護對象，地面下方嚴禁施工錨索，在大慈寺西側，基坑深度約5 m，根據當地經驗考慮使用樁徑為1.0 m的懸臂樁支護方案;大慈寺南側東側基坑局部深度近17 m，其余為13 m，此處開挖深度較大，又沒有足夠的空間放坡，懸臂樁或懸臂墻無法滿足工程穩定與安全的要求，更無法保證對大慈寺的保護。結合結構此處使用順逆結合法施工，此剖面采用逆作法(見圖2)，土石方開挖至－4.5 m后，在離開墻邊5 m外按1∶1的自然放坡開挖到設計基底標高，以預留土體作為支撐。結構自上而下施工，土方自上而下的根據結構板層分層開挖，隨著開挖深度變化，墻體外側土壓力和水壓力轉給結構板層承擔。同時圍護體系有足夠的剛度，保證了古建筑的安全。

圖2 逆作剖面

區域內除大慈寺外廣東會館最為重要，且施工是形成四面凌空的孤島。故在其東西兩側采用對拉錨索工藝。廣東會館南側因距離建筑最近，所以采用了混凝土支撐工藝。

本工程水位以下為密實的卵石層，施工降水不必考慮土體固結沉降帶來的變形，因此工程降水以坑外水井降水為主，結合坑內疏干。

3 施工過程控制

基坑的變形控制絕不僅僅是設計方案所需要考慮的，在施工過程中更需要制定比較周密的施工方案，變形控制是種種具體措施的綜合體現［6，7］及優化［8］。

3.1 地連墻施工

本工程靠近古建筑的一側圍護結構采用地連墻，因此地連墻的施工質量關系到整個工程的成敗。地連墻的主要參數如下，墻體厚度:600 mm;墻體深度:18 m～25 m;墻體嵌固深度:4 m～7 m;墻體混凝土:C35;分幅長度:6 m～8 m;墻幅連接形式:拔管套接連接。

連續墻施工主要工藝流程為:導墻等臨建設施建造→抓槽→清孔→鋼筋籠制安及下設→澆筑導管下設(一期槽接頭管下設)→澆筑混凝土(一期槽接頭管起拔)。

在整個施工過程中，抓槽、清孔與接頭施工最為關鍵。

1)抓槽:根據該項目地層特點，挖槽選用液壓抓斗。墻段分為兩序間隔跳挖，先挖一序墻幅，再挖二序墻幅。直線段部分分幅:三抓成槽，單幅墻段長度5.0 m～8.0 m(典型長度為7 m)。其中一序墻先抓兩邊再抓中間，二序墻先抓中間，再抓兩邊。轉角部位采用L形轉角槽。

2)清孔:此工序非常關鍵，尤其在逆作區，需要墻面有很高的平整度。采用ZX100泥漿凈化器［9］和10 m3空壓機組成的氣舉反循環清孔設備，同時采用膨潤土泥漿固壁，要求使用的泥漿密度為1.03 g/cm3～1.05 g/cm3，馬氏漏斗粘度40 s～50 s。

3)接頭管下設及起拔:接頭管施工也是影響墻體質量的關鍵。采用ZJ600卡鍵式拔管機［10］起拔接頭管。拔管法施工關鍵是要準確掌握起拔時間，起拔時間過早，混凝土尚未達到一定的強度，就會出現接頭孔縮孔和垮塌;起拔時間過晚，接頭管表面與混凝土的粘結力使摩擦力增大，增加了起拔難度，甚至接頭管被鑄死拔不出來，造成重大事故。混凝土正常澆筑時，應仔細的分析澆筑過程是否有意外，并隨時從澆筑柱狀圖上查看混凝土面上升速度的情況以及接頭管的埋深情況。

由于混凝土強度發展越快，與管壁的凝結力增長越快，其起拔力增長的也越快，因此，必須準確的檢測并確定出混凝土的初終凝時間，盡量減小人為配料誤差。澆筑混凝土時，隨著混凝土面的不斷上升，分階段作混凝土試件，從而更精確的掌握混凝土的初、終凝時間。

3.2 錨索施工

在錨索施工過程中，以下幾點是平時施工容易忽略的地方，需引起足夠的注意:

1)鉆孔孔壁平直，尤其對于對拉錨索，對鉆孔采用全站儀進行校對。防止錨索的高低參差不齊和相互交錯。

2)自由段有兩個作用:錨索伸縮及不影響錨固力的傳遞，因此在自由段和錨固段的砂漿之間用柔性止漿帶分離，同時將自由段用波紋管包裹。

3)注漿時宜邊灌漿邊拔出注漿管。管口需始終處于漿面以下，注漿時應隨時活動注漿管，待漿液溢出孔口時全部拔出。

3.3 降水及土方開挖

本工程采用管井降水，在施工過程中保證管井的質量，并及時做好水位觀測。基坑內明排水溝及集水井不設置于基坑周邊，距離圍護體大于8 m。

挖土的原則概括為“盆式、分層、分段、對稱”幾個字，需嚴格遵守。運土通道要遠離古建筑，在非內撐區運土通道一側加密監測錨索內力及圍護結構變形。

通過施工過程的嚴格控制，基坑工程整體的質量得到很好的保證，尤其是地連墻及錨索等關鍵技術的把控，使得工程非常圓滿，見圖3及圖4。

圖3 基坑開挖一角

圖4 地連墻接縫處抽芯

4 基坑變形

主體結構施工到±0.00時，監測資料反映圍護結構的變形極小，完全在設計允許的范圍之內。以圍護結構的水平位移為例，章華里和馬家禪院一側地下連續墻共33個水平位移觀測點，最大累計值為6.29 mm;筆貼室一側共9個點，最大值為5.04 mm;大慈寺共70個點，最大值為11.07 mm。各個古建筑地面及墻體未發現裂紋。

5 結語

1)該項目是成都地區首例地下連續墻工程，為以后地連墻在該地區的應用提供了經驗，具有極強的參考意義。

2)地連墻在控制變形方面有其他結構無可比擬的優勢，尤其是當周邊環境對變形比較敏感時，地連墻的優勢更為明顯。

3)地連墻與預應力錨索的支護體系在控制變形方面有自身的優勢，具體要根據地質條件來評價和確定。

4)本項目基坑較深、周圍條件較為復雜，基坑圍護方案采用了多種圍護結構的形式。根據周邊的環境采取靈活多變的結構形式，不但能節省投資，更能體現設計的價值和藝術。

［1］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009.

［2］中國土木工程學會土力學及巖土工程分會.深基坑支護技術指南［M］.北京:中國建筑工業出版社，2012.

［3］秦艷萍，陳春梅，王俊華.預應力錨索在基坑支護中的應用［J］.四川建筑科學研究，2008，34(3):133-135.

［4］姚勁松，曹 平，明守成.預應力錨索在基坑支護工程中的應用［J］.西部探礦工程，2005，105(4):45-46.

［5］趙 輝.預應力錨索在基坑超深開挖中的應用及分析［J］.建筑科學，2010，26(7):102-104.

［6］范建軍，陳國云，于會永，等.砂性土地質條件下超大、超深基坑圍護變形控制綜合技術［J］.建筑施工，2013，35(3):177-180.

［7］陸 巍.復雜環境下的超深基坑綜合施工技術［J］.建筑施工，2013，35(11):959-961.

［8］李書信，夏峰海，李文明，等.復雜環境下的深基坑施工優化［J］.建筑施工，2013，35(7):582-584.

［9］中國水利水電基礎工程局科研所.泥漿凈化機［P］.中國專利:ZL02235356.9，2003-10-08.

［10］中國水利水電基礎工程局科研所.卡鍵直頂式拔管機［P］.中國專利:ZL02243684.7，2003-07-30.