沿江沿海砂基上高層建筑深基坑開挖的水下砼方法研究

陽飛宇 唐川川 王旭暄 袁昌成 鐘鳴智

中國建筑第二工程局有限公司 北京 101149

引言

我國主要沿江沿海城市經濟較為發達，建筑工程多為高層建筑與超高層建筑，但沿江沿海區域砂基與淤泥軟土地過于松軟，給高層建筑地基施工帶來了較大困難。尤其在與江海相鄰的位置，砂土層深度可達25～40m，流沙和將水問題成為不得不考慮的因素。

1 沿江沿海基施工的困難與可行性分析

通常來說，高層建筑地下室深度需要滿足H15的標準，那么建筑物總高超過70m的建筑地下室深度不得小于5m，再結合地面標高、上底板以及地梁的因素，70m以上建筑物地基施工時基坑的水下深度需要在4m以上。在砂基上施工時，由于沙土滲透系數大，因而基坑內水基本為承壓水，工程抽水量極大，并且在工程施工過程中需要保證降水連續進行，水泵購置費用加上抽水電費以及可能發生的補充灌水等，在相當程度上增加了施工成本。此外，沿江沿海水位呈現出季節性的變化，加上潮汐的影響，導致流動水進入基坑開挖區域，這些流動水會造成基坑管涌、頂托等問題，同時其側向流動還會導致流沙與流水夾砂問題，給基坑穩定性造成了嚴重的威脅。通過以往的工程實踐總結得到，水下混凝土施工主要面臨以下問題：①混凝土離析；②水下灌注產生砂漿浮沫；③施工過程中的缺陷不易發現，且修復困難。

就可行性而言，基坑止水砼墊層在強度方面要求與普通建筑工程相似，在混凝土澆筑時只要有效控制灌注厚度的均勻性即可在最大程度上降低缺陷的影響。此外，現代建筑施工中諸如絮凝劑等外加劑的使用，極大地改善了混凝土的坍落度與擴展度，加上水位壓力作用，混凝土灌注平整度基本能夠得到保證。因此，通過科學的施工方案并嚴格控制施工工藝操作，沿江沿海砂基深基坑水下砼施工灌注的平整度可以達到施工要求[1]。

2 基坑水下砼設計與施工中的關鍵問題

2.1 水下混凝土的配合比設計

在建筑工程中，基坑水下砼配合比設計標準極其重要。高層建筑地基施工中，水下混凝土施工只能依靠混凝土的流動性作用，而不能使用傳統的振搗器，因此水下砼施工的混凝土必須具有良好的黏性、和易性，同時需要嚴格控制其離析程度。

2.2 水下砼施工中外加劑的使用

水下砼施工需要保證其良好的和易性，同時保持混凝土坍落度在18～22cm范圍內，擴散度在34～38cm范圍呃逆，嚴格控制泌水率低于3%，初凝時間宜大于5h，終凝時間宜小于40h。基于以上要求，水下砼施工需要配合性能良好的外加劑。目前，適用于水下砼施工的國產外加劑有YNH-1型緩凝早強減水劑，UMB-1型絮凝劑等。施工時，外加劑與水泥、砂石在同一時間加入，進行充分的攪拌，通常控制外加劑用量為水泥的1%～3%之間，以保證混凝土經過充分的攪拌不會出現離析現象。

2.3 灌注層厚度

根據砂基條件下承壓水下砼底板抗浮與抗彎要求，需要保證下面公式（1）成立：

其中，K代表抗浮穩定系數；G代表底板自重；P代表板上附加重量或抗浮阻力；代表浮托力。

此外，還需要考慮以下兩種情況：

（1）開挖前基坑內存在工程樁，工程樁密度按照較稀的位置計算；澆注混凝土時，工程樁附近水下砼層厚度范圍內存在摩擦阻力，假定工程樁水下砼接觸面積為A，摩擦系數為f，工程樁與水下砼單位面積接觸應力，工程樁數量為n，工程樁總阻力，取基坑長邊測量值為S，可得單位長度阻力如公式（2）：

結合公式（2）考慮工程樁的摩擦阻力后，有助于減小澆筑厚度。

公式（3）中，抗拉強度[σ]按照以往工程經驗與設計方案選取。

水下砼底板澆筑層只是工藝性臨時構件，因此厚度可以控制的較薄，通過抽水降低水位能夠有效減小建筑層的厚度，但需要考慮抽水對施工環境的影響。

2.4 導管法和泵送法施工工藝

導管法施工一般要求導管內徑為骨料粒徑8倍或以上，且水深度較大時管徑需要適當加大。通常情況下管徑為φ250mm的導管控制的施工面積為4m2，管徑為φ300mm導管控制的施工面積為5～15m2，單根導管長度根據工程實際情況進行選擇。澆筑方式包括底蓋式與滑閥式。

底蓋式澆筑適用于水深4～5m情況下的澆筑，需要在導管底部安裝底蓋，多個導管連接后按順序沉入水中，觸底為止，然后進行砼澆筑，砼填滿導管后完成后將導管提出，砼在重力作用下壓開底蓋沉入水底。滑閥式澆筑同樣是將導管插入水中，導管內設置滑閥，砼在向導管內投送的過程中滑閥會跟著下降，滑閥達到導管底部后將導管提高20～30cm，砼從導管中落下[2]。

泵送法通常使用內徑為φ100～500mm的輸送管，管底安裝一個栓塞來隔離水，同時在管理水平段和垂直段連接處安裝排氣閥，注意控制輸送管出口位于已澆筑砼下方30～40cm位置。

3 結束語

我國沿海地區經濟較為發達，高層建筑群大量存在，但是這些區域的地質條件給高層建筑的地基施工造成了較大的困難，通過科學的深基坑開挖的水下砼方法施工，能夠充分保障高層建筑的地基質量，進而保障高層建筑順利完工，實現良好的經濟效益與社會效益。