淤泥層深基坑開挖及降排水施工方法

李卓成，趙一飛，王 超，于博揚(yáng)

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局生態(tài)工程有限公司，廣東 深圳 518107）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，地下空間的開發(fā)與應(yīng)用成為緩解城市用地緊張、提升土地利用效率的重要方式。水質(zhì)凈化廠工程為與進(jìn)水管道高程相匹配，減少提升揚(yáng)程、節(jié)省能源、利于廠區(qū)排水，也多采用地下或半地下結(jié)構(gòu)。近年來，隨著支護(hù)方式、機(jī)械設(shè)備的進(jìn)步，基坑工程在總體規(guī)模、開挖深度、環(huán)境影響等條件的作用下，也逐步向更大、更復(fù)雜方向發(fā)展。

深圳市某水質(zhì)凈化廠某建筑物下臥土質(zhì)主要為淤泥、雜填土與中粗砂。軟土地區(qū)深基坑施工往往伴隨極強(qiáng)的環(huán)境效應(yīng)，基坑開挖引起周圍土體應(yīng)力場變化，使土體產(chǎn)生較大的變形，從而導(dǎo)致周邊建筑物、道路、地下管線等產(chǎn)生不均勻沉降或發(fā)生開裂破壞，因此，軟土地區(qū)的深基坑設(shè)計(jì)、施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)變形控制要求嚴(yán)格［1］。該建筑物受地鐵盾構(gòu)下穿影響，項(xiàng)目中期對(duì)基坑支護(hù)形式與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行了變更，未能在施工初期進(jìn)行基礎(chǔ)處理與開挖，致使臨近建筑物施工完成后方開始進(jìn)行基坑開挖工作，同時(shí)又涉及到雨季施工、軟土地基開挖，施工難度大，基坑降排水能力要求高，場區(qū)內(nèi)協(xié)調(diào)組織困難。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡介

深圳市某水質(zhì)凈化廠工程一構(gòu)筑物基礎(chǔ)開挖平面尺寸約 60 m×50 m，平面面積近 3 000 m2，設(shè)計(jì)開挖底標(biāo)高 -3.15 m，原地面平均標(biāo)高 +3.30 m，平均開挖深度6.65 m，總挖方量近 2 萬 m3，選用攪拌樁格柵墻+微型樁、掛網(wǎng)噴錨的基坑支護(hù)方式。開挖區(qū)域?yàn)楣嘧度簶痘A(chǔ)，灌注樁設(shè)計(jì)頂標(biāo)高為 -3.25 m，灌注完成后實(shí)際樁頂標(biāo)高約為 -2.50 m。開挖區(qū)域受到地鐵盾構(gòu)下穿影響，未能在前期進(jìn)行施工，開始開挖時(shí)東、西兩側(cè)建筑物均已施工完畢，其中東側(cè)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底標(biāo)高為 -2.00 m，本次開挖對(duì)其影響不大；西側(cè)為一地上四層結(jié)構(gòu)，為 PHC 管樁基礎(chǔ)，底標(biāo)高為 +4.30 m，管樁均長 27 m，開挖深度超過管樁總長的四分之一，需要合理選擇開挖方式及順序，并進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨支護(hù)。

1.2 地質(zhì)情況

該區(qū)域地貌類型屬深圳市西部海河混合堆積地形～海積沖積平原區(qū)，根據(jù)設(shè)計(jì)勘察，場地內(nèi)地層自上而下分別為：第四系人工填土層（），第四系海相沉積層（），第四系沖洪積層（），第四系殘積層（），古生代加里東期混合花崗巖、變粒巖、淺粒巖、石英巖（ηγO1），土質(zhì)以雜填土、素填土、淤泥為主。各開挖高程地質(zhì)勘測情況及地層描述如表 1 所示。

表1 開挖高程地質(zhì)情況勘測表

2 開挖方法與設(shè)備

2.1 開挖方法及順序

依據(jù)基坑的平面、剖面特點(diǎn)，有分層開挖、分段（塊）開挖等一般開挖方式，另外有盆式開挖、島式開挖等特殊開挖方式。各類開挖方式的不同適用情況與特點(diǎn)如表 2 所示。

表2 開挖方式適用情況表

本工程基坑開挖主要開挖土質(zhì)為淤泥，抗剪強(qiáng)度低，靠西側(cè)基坑有掛網(wǎng)噴錨支護(hù)要求，另外受到工期壓力，需要提前開挖至基底進(jìn)行灌注樁截樁等相關(guān)工作，因此采用分層分塊開挖與盆式開挖相結(jié)合的方式進(jìn)行。本工程基坑開挖方式示意圖如圖 1 所示，基坑西側(cè)分層開挖支護(hù)方式斷面示意圖如圖 2 所示。

圖1 基坑開挖方式示意圖

圖2 分層開挖支護(hù)斷面示意圖

分層分塊開挖主要是為了滿足基坑西側(cè)水泥攪拌樁格柵墻支護(hù)開挖后掛網(wǎng)噴錨支護(hù)要求，由于該側(cè)有一建筑物臨近基坑，因此保證該建筑物結(jié)構(gòu)安全是首要考慮因素。選用分層、分塊開挖，逐段掛網(wǎng)噴錨支護(hù)的方式能夠有效控制基坑淤泥層變形和保護(hù)周邊環(huán)境，保證基坑穩(wěn)定性。

基坑?xùn)|側(cè)原地面標(biāo)高較低，且該側(cè)建筑物底板基礎(chǔ)標(biāo)高基本與基坑底持平，因此可直接進(jìn)行開挖。為滿足工期要求，盡早提供基底工作面進(jìn)行后續(xù)施工任務(wù)，選用盆式開挖方式。同時(shí)，該開挖方式在淤泥層中對(duì)基坑變形影響較小，能夠滿足基坑穩(wěn)定要求，但是該開挖方法也存在明顯的缺點(diǎn)，如在雨季施工中對(duì)基坑排水要求較高，需要對(duì)排水溝與集水井進(jìn)行合理布置，并配備足額水泵，及時(shí)對(duì)基坑進(jìn)行降水，避免因基坑積水造成開挖工作停滯。

2.2 位移監(jiān)測

本工程在西側(cè)建筑物，西側(cè)、南側(cè)冠梁分別設(shè)置多個(gè)位移監(jiān)測點(diǎn)，在施工全過程中最大位移量 6 mm，認(rèn)定該開挖方法對(duì)基坑位移影響在可控范圍內(nèi)。該建筑物2020 年在X、Y方向上的位移情況如表 3、表 4 所示。

表3 建筑物 X 方向位移

表4 建筑物 Y 方向位移

2.3 開挖設(shè)備選型

開挖設(shè)備選型一般遵從作業(yè)效率高、型號(hào)單一、便于管理的原則。本工程中開挖面積不大、場區(qū)空地狹小且緊張、地質(zhì)情況復(fù)雜，施工歷經(jīng)深圳市整個(gè)雨季，因此需要對(duì)設(shè)備選型的一般原則做出相應(yīng)調(diào)整，最終根據(jù)“長短結(jié)合、大小相適”的機(jī)械選用原則，選用了包括長臂挖機(jī)、中型反鏟挖掘機(jī)、小型反鏟挖掘機(jī)三種土方開挖設(shè)備。另外，由于開挖土質(zhì)主要為淤泥且為灌注樁基礎(chǔ)，因此不考慮使用推土機(jī)進(jìn)行作業(yè)。選定的三種開挖機(jī)械的特點(diǎn)與主要作業(yè)內(nèi)容如表 5 所示。

表5 選定機(jī)械情況對(duì)照表

中型反鏟挖掘機(jī)適用范圍廣、生產(chǎn)效率高，可以完成絕大部分土方開挖、倒運(yùn)工作，但是在雨季淤泥層因降雨積水持力能力差，其難以行進(jìn)作業(yè)，需要長臂挖掘機(jī)配合進(jìn)行開挖。由于施工時(shí)間在 8～9 月，穿越深圳市雨季，使用長臂挖掘機(jī)能夠有效提高雨季施工效率。小型挖掘機(jī)則是根據(jù)灌注樁群樁基礎(chǔ)進(jìn)行配置，其體型小巧，可以在樁間靈活穿梭作業(yè)。

3 降排水方案

深基坑的開挖常在地下水位以下含水層中進(jìn)行，這給工程建設(shè)帶來很大難度，必須進(jìn)行工程降水，降水對(duì)基坑邊坡支護(hù)有重要的作用［3］。本工程基坑內(nèi)積水主要來源于地下滲水、施工廢水以及期間降水。開挖初期主要排水對(duì)象為雨季施工降水，基坑基本形成后排水對(duì)象主要為地下滲水以及灌注樁鉆孔取芯所產(chǎn)生的施工廢水。

本工程基底土質(zhì)為淤泥，淤泥質(zhì)軟、含水率高且變化較大，基坑開挖過程中主要采用強(qiáng)排法，即在開挖過程中保持基坑一側(cè)較低并在該側(cè)布置一集水坑，依靠水的重力匯流直接在集水坑內(nèi)使用水泵抽排。基坑主體形成后主要以“深干溝、強(qiáng)排水”的原則采用明渠（排水干溝）法對(duì)基坑進(jìn)行經(jīng)常性排水。排水干溝應(yīng)以不干擾施工、有一定坡比便于匯水自流為原則進(jìn)行布置，深度為 70～100 cm，能夠高效自流排水的同時(shí)可以使土體含水滲入排水干溝內(nèi)，降低含水率，提高土體持力能力。另外為保證基坑支護(hù)穩(wěn)定性，不沿格柵墻支護(hù)設(shè)置排水干溝，集水井的大小一般相當(dāng)于所用水泵 10～15 min 的出水量，能加大的要盡量放大，集水井深度需保證水泵工作深度，同時(shí)保持排水水面低于基坑工作面 30～50 cm［4］。本工程中降排水布置及排水干溝樣式如圖 3、圖 4 所示。

圖3 基坑降、排水布置示意圖

圖 4 排水干溝布置示意圖

4 結(jié)語

深基坑開挖針對(duì)不同土質(zhì)、不同外部環(huán)境有多種開挖方案，需要考慮基坑支護(hù)安全、現(xiàn)有建筑物穩(wěn)定、開挖效率等多方面因素。本文以深圳市某水質(zhì)凈化廠工程深基坑淤泥層開挖為例，介紹了其分層分塊開挖與盆式開挖相結(jié)合的開挖方式、“長短結(jié)合、大小相適”的設(shè)備選型方案以及基坑降、排水布置方案，經(jīng)過實(shí)踐證明該類方法能夠滿足預(yù)期目標(biāo)，為類似工程提供參考思路。Q