軟土地層中地下空洞的圍護結構實施方法分析

曾 龍 （上海長凱巖土工程有限公司，上海200093）

0 前言

隨著城市建設的發展，城市用地日益緊張，在舊建筑物原址上重建成為目前城市建設的主要方式，上部建筑的拆除施工方法相對比較成熟，但原有建筑的舊支護、舊樁、殘留的地下混凝土結構等，對于新建筑而言都是要清除的地下障礙物，它們往往成為現在基坑施工的難題之一，直接影響著工程進度與施工質量。因此基坑施工中針對具體情況采取合適的清障方法，是保證基坑施工順利進行的關鍵[1]。目前，對在含有地下空洞的土質地層中施工圍護結構時，一般有兩種處理方案。第一種方案首先對空洞進行大開挖之后，清除空洞周圍的混凝土外殼體，然后再施工基坑圍護結構；第二種方案采用咬合樁替換其它常規的圍護方案實施圍護結構。第一種方案很多時候因為場地條件限制不能對空洞進行大開挖；第二種方案在空洞體量較小的情況下，經濟成本比較大，性價比不高。文章以上海楊浦區某工程為例，提出了一種圍護結構土層地下空洞清障方法，該清障方法可在不開挖土體的條件下完全有效地實現原圍護方案，且相對咬合樁更經濟，施工工藝更簡單。

1 工程概況

擬建場地位于上海市楊浦區，該工程涉及到的擬建建筑物分為護理中心地塊及會所、住宅地庫地塊，主要包括10幢6F住宅樓及1幢3～4F商業及會所。具體見下表1。

擬建建筑物性質一覽表 表1

本工程住宅基坑總開挖面積約31000m2，其中1#基坑（含會所和部分地庫）開挖面積6500m2，基坑周長368m，其中會所面積約3000m2。2#基坑開挖面積約24500m2，基坑周長612m。會所基坑開挖深度為9.70m，住宅地庫基坑開挖深度為5.75m，局部深坑超挖深度1.30m/1.40m。本工程1#基坑除南側外，圍護體系建議采用灌注樁結合三軸攪拌樁止水帷幕，南側為分坑邊界，擬采用SMW工法樁，便于后期施工。2#基坑后施工，采用常規排樁+斜拋撐圍護方案，即先盆式開挖，待基坑中部底板達到設計強度后才能安裝斜拋撐，最后挖除斜拋撐處的留土。

2 基坑特點及難點

2.1 場地地層特點

場地內淺層填土較厚，平均層厚3.23m，且場地中部地表下約2m有一層20～30cm厚水泥地坪，圍護結構施工前應做好必要的清障、破除工作，確保基坑圍護結構順利施工。

住宅基坑底部位于第②3層灰色砂質粉土，攪拌樁施工時較難攪拌均勻，止水帷幕質量不易保證，基坑開挖后容易造成流砂、管涌等不利情況。

基坑開挖范圍內存在第③淤泥質粉質粘土，平均層厚約4.08m，該層土的物理力學指標較差，并具有明顯的流變性，不利于基坑變形控制。

2.2 基坑本身的特點

本工程基坑開挖深度中等，在基坑開挖至基礎完成前，由于卸荷作用，產生坑底土回彈，應考慮所引起的臨時性負摩擦力對樁身強度的影響。基坑開挖會引起土體變形，根據類似工程經驗，開挖中應充分利用土體時空效應規律，嚴格掌握施工工藝要點：沿縱向按限定長度逐段開挖，在每個開挖段分層、分小段開挖，隨挖隨撐，及時施工底板，減少暴露時間。本工程場地條件有限，基坑開挖時出土速度難以得到有效保證，應考慮適當增加圍護體系剛度，控制基坑開挖引起圍護本體及周邊環境的變形。

2.3 周邊環境特點

本工程周邊環境條件較復雜。基坑周邊主要環境保護對象臨近道路及地下管線、場地東側永久圍墻和場地周邊建筑物。

2.4 圍護結構范圍地下障礙物分布

本工程基坑的西北角和西南角涉及圍護鉆孔樁及止水樁（三軸攪拌樁及雙軸攪拌樁）范圍地面以下5～7m部位存在有地下障礙物（通過采用勘察和物探的手段，確定地下空洞外殼體主要為防空洞混凝土板或混凝土構筑物、管道等）。該地下空洞距周邊圍墻較近，無法進行開挖清障，因此圍護結構無法按常規方案正常實施。

3 解決方案

根據本工程現場場地條件限制，無法采用大面積開挖后再實施清障處理工作，另外由于涉及到清障處理的體量很小，采用咬合樁經濟較差，因此本工程采用的是一種可在不開挖土體的條件下對地下障礙物進行清除處理的方法。

3.1 地下空洞的處理方案[2]

①首先通過勘探鉆機和物探手段，沿著圍護結構走向確定地下空洞的平面范圍和頂、底板的埋深范圍。

②根據地下空洞的范圍，并結合圍護結構的形式，確定地下障礙物清障范圍。當圍護結構位于空洞內時，考慮到臨空土體應力釋放對圍護結構施工質量的影響，清障范圍需超出圍護結構外邊線一定范圍（4～5m左右）；當空洞位于圍護結構范圍以內時，清障范圍為地下障礙物范圍。

③采用沖孔鉆機（地下障礙深度＞3 m的選擇采用CZ－8F型沖擊式工程樁鉆孔機施工工程樁[3]）按圖1中的序號（走向方向和垂直走向均按跳格施工）對地下空洞進行清障，首先采用沖擊鉆對地下障礙物進行沖擊破碎，然后采用反循環泥漿方式進行碎渣清孔。

④待障礙物碎渣清孔完畢之后，采用素填土分層回填、壓實至原地面標高。

⑤待每個孔清障、回填完畢之后，再實施下一個孔的清障、回填工作。

圖1 地下障礙物處理范圍平面圖

圖2 地下障礙物處理范圍剖面圖

⑥待所有障礙物清理完畢并分層回填壓實素填土之后，按正常工序施工圍護結構。

3.2 基坑圍護主體結構實施方案

本工程基坑圍護結構施工過程中，遇到地下障礙物，嚴重影響了原圍護結構施工方案的實施。

一般情況下，先施工外圍的止水帷幕，然后再施工擋土結構圍護灌注樁。但是本工程因在部分區域施工圍護結構過程中遇到地下障礙物，影響了正常的施工順序；因此止水帷幕和灌注樁施工順序有所調整，且止水帷幕三軸攪拌樁（3φ650@900）調整為高壓旋噴樁（φ800@500），另外，針對三軸攪拌樁和旋噴樁之間的冷鋒搭接進行了相應的處理，見下圖3。

圖3 冷鋒搭接節點圖

3.3 基坑圍護輔助措施

根據以往工程經驗，砂質土層中采用旋噴樁作為止水帷幕，其止水效果相對攪拌樁較差，因此本工程采用了從樁頂至坑底隨挖隨掛網噴的輔助措施，以防基坑圍護結構漏水。掛網噴施工后的結構效果圖見下圖。

圖4 掛網噴施工后的結構效果剖面圖

圖5 掛網噴施工后的結構效果平面圖

圖6 掛網噴面層節點圖

3.4 應急預案

該區域圍護結構作為本工程的安全隱患源，為了確保基坑工程安全，基坑開挖時應采取小范圍分塊、分層開挖，并在開挖后及時澆筑墊層（開挖到底后8小時內澆筑墊層）并做到對基坑進行實時監測，如在開挖過程中發現坑內外水位異常或者基坑止水結構出現漏水現象，根據現場不良現象的嚴重程度采取壓密注漿（雙液注漿）或回土措施；若采取回土措施，回土后重新在坑外施工高壓旋噴樁，并在高壓旋噴樁達到相應的強度后再采取開展下一步的開挖工作。

4 結語

文章結合工程實例（該基坑工程目前已順利完成）介紹了一種處理圍護結構范圍內的地下空洞的清障方法，該方法（在未開挖土體的條件下）有效地解決了圍護結構范圍內存在地下混凝土空洞的清障問題；該方法所需的實施機械和操作要求簡單，其清障效果明顯、節約成本，對周邊環境影響小，綜合效果顯著。

文章介紹的“先實施圍護灌注樁，接著實施旋噴樁，最后實施掛網噴”的圍護結構整體方案在文章涉及到的案例中得到了有效的實踐，各監測指標滿足規范要求[4]。