填海區深基坑鋼管樁支護中的砂石流失防治措施

馬翔宇 李 林 劉 源 徐繼榮 李廣鑫

中建一局集團第三建筑有限公司 北京 100161

人工填海區地下常為開山石（碎石、雜填土），石塊較大。但在填海區深基坑施工中，支護及降水的設計以鋼筋混凝土灌注樁和高壓旋噴止水帷幕配合的形式為主，此類設計較為保守，且成本較高。在人工填海區的施工中，采用鋼管樁和錨桿支護形式理論可行，但沒有填海區深基坑支護設計經驗的設計者會因未充分考慮降低海水水位的難度和大量集中降低海水水位導致的支護外側砂石流失的情況，從而造成實際施工時的安全事故。如深基坑緊鄰市政道路或重要建筑，支護外側的砂石流失，會導致路面的嚴重下沉、開裂[1-12]。本文結合實際工程，對填海區深基坑鋼管樁支護及降水設計進行完善，總結出填海區深基坑鋼管樁支護中的砂石流失防治措施。

1 工程概況

1.1 場地概況

背景工程位于青島市黃島區萬達星光島（人工填島）萬達一路與濱海三路交叉口，總建筑面積247 000 m2。工程項目由6棟住宅和地下車庫組成，其中E1#—E4#樓為地上31層，地下2層，筏板最低點的絕對高程約為－0.90 m，地坪絕對高程為3.60 m左右，土方開挖深度約為4.5 m；E5#—E6#樓為地上37層，地下2層，筏板最低點的絕對高程約為－1.65 m。本工程±0 m絕對高程為13.00 m。周邊道路標高為7.20 m，土方開挖深度約為8.85 m。

工程建設場地北側緊鄰已通車的濱海三路市政道路，道路寬24.0 m，地下室外墻邊線距人行道僅有2.5 m，其他三面可1∶1放坡。

1.2 水文及地質條件

1.2.1 地層情況

勘察資料表明，本工程共揭示了5個標準層，1個亞層。標準地層自上而下依次為：①碎（塊）石素填土，⑥含有機質粉質黏土，粗、礫砂，強風化泥質粉砂巖，中風化泥質粉砂巖。其中①碎（塊）石素填土層的粒徑大小極不均勻，局部含10%～20%風化碎屑及中粗砂，常規鉆探鉆進困難，重型動力觸探進尺困難，跳錘嚴重，遇大塊石則無法貫入。該層在場地范圍內均有分布，厚度5.00～19.60 m，平均14.24 m。

1.2.2 水文情況

本工程為填海造地工程，主要接受海水及大氣降水的補給，實測穩定水位埋深為1.40～8.53 m，穩定水位標高為－0.30～0.30 m。

地下水位與海水潮汐漲落聯系較為明顯，地下水位隨著海水潮汐漲落發生升降，響應時間稍滯后。由于場區為新近回填區，近3～5年場區地下水最高水位可按海水最高潮位記取，約3.00 m。

2 支護設計方案及存在的問題

2.1 原鋼管樁基坑支護結構設計

支護設計概況：5#、6#樓土方開挖深度8.85 m，基坑支護采用鋼管樁＋錨桿形式，具體參數如下。

2.1.1 鋼管樁

鉆孔直徑200 mm，鋼管直徑146 mm、壁厚8 mm，樁中間距500 mm，以嵌入基底以下3 850 mm作為控制標準。鋼管樁成孔后，采用先下鋼管樁后注漿工藝（鋼管樁埋于水下的部分需在側壁上開孔）。使用水灰比為0.5的水泥漿（早強），以加強鋼管樁的強度和固化樁間土。

2.1.2 錨桿

坡面設置采用鉆孔注漿工藝的擴大頭錨桿。錨桿呈矩形排列。注漿時，將5 t水泥制成水灰比0.5的純水泥漿注入。錨固段采用二次劈裂注漿或高壓旋噴注漿，錨桿端部預留長度滿足與面層錨固要求，其他參數如表1所示。

表1 錨桿參數

2.1.3 面層

邊坡全坡面設置雙層雙向φ4 mm@200 mm×200 mm鋼筋網，并噴射厚80 mm混凝土面層。

2.2 原降水設計

每個深基坑電梯井（集水坑）部位設置6口直徑500 mm的鋼管降水井。降水井深20 m，鋼管側壁打疏水孔，具體布置如圖1所示。降水井成孔直徑800 mm，在鋼管外側填厚150 mm的濾料碎石。降水時每個降水井內設置口徑150 mm、功率7.5 kW的污水泵進行降水。

2.3 施工控制難點

填海區地下填土孔隙較大，填土區上層雖經過強夯處理，但影響深度有限，僅能達到5 m左右。未夯實部分的填土仍是松散狀態，且海水水量較大，水體不穩定，水位及流速受潮汐影響較大，鋼管樁支護施工時注漿漿體在水下的固化質量很難保證。確保水下樁間土的穩定是本支護方案施工的難點，也是保證土方開挖順利進行的關鍵。

圖1 基坑支護平面示意

2.4 存在的問題

該基坑支護設計未充分考慮人工填島地下土質和地下室的特性，對注漿作用的認識過于理想化，未給出當水下樁間土注漿后未能起到很好的固化作用時的處理措施。在未降水前，水下部分的樁間土無法采用噴錨固定，如使用大功率大口徑污水泵集中抽水，可能會導致地下水流增大，從而使得未固化的松散砂石流失，引起市政路側的基礎沉降量增大，造成市政路的破壞。

3 鋼管樁深基坑支護防砂石流失技術

本工程采用貼近鋼管樁澆筑水下混凝土墻的方式防止砂石流失，具體做法如下。

3.1 關鍵工藝

3.1.1 確保防砂石流失混凝土擋墻穩固技術

第2道錨桿施工完成且達到養護周期后，安裝鋼腰梁，張拉錨桿，滿足設計要求后進行第3步土方開挖。第3步土方開挖時，先挖除鋼管樁和第1排工程樁之間的土方，鋼管樁根部超挖500 mm，用于混凝土墻體的錨固。

在擋墻頂部設置暗梁（圖2），用以固定混凝土墻并作為混凝土墻底部的抗剪措施，從而使混凝土墻體緊靠鋼管樁。暗梁長度1 000 mm，間距500 mm，配筋為4根φ12 mm的角筋、φ10 mm@200 mm的箍筋，箍筋與鋼管樁焊接。

圖2 暗梁布置平面示意

3.1.2 水下防砂石流失混凝土擋墻模板支設技術

考慮到水中浮力和與鋼管樁固定等因素，模板及支架選擇為全鋼材質。鋼模板及支撐體系在坑外加工制作，制作完成后使用汽車吊或塔吊吊運至坑內（圖3、圖4）。

3.2 核心工藝

模板和支架安裝完成后，在落潮期澆筑混凝土墻，混凝土墻使用C40早強速凝型水下混凝土。混凝土澆筑時泵管需深入水下，距底部500 mm左右開始澆筑，后續澆筑時泵管應插入已澆筑的混凝土內，并隨著混凝土的澆筑高度緩慢地提升泵管，以保證泵管口始終插入混凝土內300 mm左右。

圖3 鋼模板加工做法示意

圖4 鋼模板及支撐體系示意

混凝土澆筑完成24 h之后可開始大量降水，降水至操作面以下后，拆除模板及支架，進行底板墊層及后續工序施工。

4 質量控制措施

4.1 暗梁鋼筋安裝質量控制

暗梁的箍筋間距為250 mm，隔一焊一，即與鋼管樁焊接的箍筋間距500 mm，箍筋與鋼管樁至少保證50 mm的雙面焊接長度。豎向抗剪鋼筋間距為250 mm，長度伸至超挖坑的底部。

4.2 模板及支架加工質量控制

模板及支架需焊接牢固可靠，避免吊裝時出現變形、斷裂。支架的尺寸根據現場實際尺寸進行加工，避免支架長度不合適導致的無法安裝和固定。模板面板底部焊接長300 mm的限位支撐，控制混凝土墻體的厚度不小于300 mm。

4.3 水下混凝土澆筑質量控制

水下混凝土澆筑的時機需嚴格控制，必須選擇潮位最低時開始澆筑。澆筑時，需保持泵管口被混凝土包裹1 000 mm左右的長度。混凝土墻體需一次澆筑完成，因此，需提前策劃好汽車泵數量和混凝土用量。水下混凝土內需摻入早強劑及速凝劑，以加快混凝土在水下的凝固速度，混凝土在水下的凝固時間需控制在2 h內。

4.4 二次注漿

因回填層內孔隙較多，故錨桿施工采用二次注漿工藝，即第1次注漿后隔天再次注漿，需埋設二次注漿管。

5 對比分析

填海區深基坑支護的常規設計為混凝土構造柱和止水帷幕結合的形式，此類設計雖然止水效果好，但較為保守，導致成本較大，且需要的操作面也較大，施工工期也偏長。鋼管樁和錨桿結合的新型支護形式，經計算驗證可行，只需要將安全系數適當增大，即可滿足基坑支護的相關要求，且成本也相對較低，可比常規支護形式節省20%左右。

6 結語

人工填海區因回填材料多為碎石雜土，且粒徑較大，孔隙較多，下部的密實度亦較低，地下水量較大，采用常規的降水措施難以降低地下水水位。在此類地質條件下的深基坑工程施工難度較大，成本較高。常規的基坑支護設計施工復雜、工期長、成本高，較為保守。本工程通過實踐，采用鋼管樁＋錨桿＋混凝土墻防砂石流失措施的支護形式，成本較低，施工速度較快。填海區深基坑的設計及降水設計應因地制宜，設計和施工應結合，以減少不必要的投入。