高水位地下工程深基坑加固方法研究

安會麗，劉炳，向榮，謝譽非

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

在地下空間的開發以及建設過程中， 基坑工程的重要性不言而喻。 而對于深基坑工程而言，高水位環境下的工程設計以及推進往往會更加復雜[1]。如果在施工過程中沒有對高水位情況加以處理，那么在施工中會導致地下水涌入基坑，輕則導致工程延期，重則導致深基坑崩塌，對施工安全性有不容忽視的影響[2]。因此，為了確保施工安全，需要確保高水位狀態下的深基坑的穩定性，在高水位深基坑工程中，不僅要對深基坑進行降水施工， 還要對深基坑的支護體系進行一定程度上的加固，但是目前的深基坑加固研究中，在高水位環境中的深基坑加固分析較少[3]，因此，本研究對高水位環境下的地下工程深基坑建設方案以及施工方法進行分析， 并針對其優化設計方案進行探討，旨在確?；臃€定性的同時提高工程效率，從而確保工程項目的安全性。

2 高水位地下工程深基坑工程地質及水文情況

2.1 工程地質條件

某項目基坑工程施工前， 采用工程地質鉆探的方法對工程區域的地質進行分析， 勘探深度內的巖土層情況如圖1 所示。 為確保在工程進行途中的穩定以及安全，在工程施工過程中，應對工程周邊采取有效的監測措施，對基坑附近的土體平移、地下水位變化和地面沉降情況進行實時的精確監測，對該基坑的邊緣坡體進行穩定性檢測，檢測方法為瑞典條分法。 在本基坑工程中初步采用了截水溝以及排水盲溝兩種降水措施，其基坑剖面圖如圖1 所示（橫坐標代表基坑中心至地質取樣邊緣距離）。

圖1 基坑剖面圖示例

2.2 工程水文條件

在基坑擬建地區附近有江流， 其在勘測期間的水位為8.00 m。 通過對該區域的地質勘察可知，地下水種類主要為第四系松散巖孔隙潛水-微承壓水， 黏土-粉砂巖為該水層的隔水層，總體上水量不大；中砂、粗砂以及圓礫石層中存在孔隙水，水量較大。 以上地下水的來源主要是大氣降水以及周邊含水層的滲透。 根據工程現場的鉆孔取芯檢測，雜填土、中砂、粗砂以及圓礫石層的滲透系數均較大，屬于10-1～10-3cm/s 級別，其他的巖土層則表現為弱透水性。

3 高水位地下工程深基坑支護施工方案

3.1 深基坑支護施工基本準則

在本工程的施工過程中，應滿足的要求為：（1）滿足支護結構穩定性的要求，支護結構不能發生傾倒、滑動和塌陷；（2） 在基坑工程最下層不能發生地層凸起、 管涌等危險現象；（3）在支護整體搭建完成后，支護結構在承受負荷時不能有結構強度上的損失；（4）止水施工設計要能滿足控制水土流失的作用；（5）工程中土方的挖掘過程應做到有組織、區域性、階段性地有序挖掘；（6）深基坑邊緣2 m 范圍內的地面荷載不得超出承重上限，超載上限為20 kPa，并且周邊平臺不可以堆疊過多。

3.2 高水位地下工程深基坑降水措施

在基坑支護體系施工前，需要采取有效的水位控制措施，才能安全開工。 通過降排水措施，可以使土體以及基保持干燥狀況，從而確保工程的穩定性以及安全性。 例如，在基坑工程周邊設置止水帷幕，對水位進行有效控制，必須保證基坑底部的水位深度在0.5～1.0 m，本項目基坑止水帷幕為3 排φ500 mm間距為35 mm 的雙管高壓旋噴樁；在基坑附近進行降水井的設置，數量約為50 口；在深基坑底部設置數個積水坑，進行重力流排水。

施工前，首先進行雙管高壓旋噴樁的試驗樁施工，以進一步確認各項施工參數。 通過試做2 根試驗樁，確認各參數為：（1）高壓泥漿射流的壓力必須大于20 MPa；（2）水泥漿液水灰比為0.8～1.0，應盡可能保持為1.0；（3）水泥漿液需在施工前1 h 進行攪拌，攪拌后的靜置時間應小于3.5 h；（4）使用42.5R早強硅酸鹽水泥， 水泥摻入量必須大于土體總量的35%；（5）施工過程中，應首先進行試噴，施工順序為噴漿、旋轉、提升；（6）需對設備以及管路進行檢查，避免注漿管以及噴嘴內有雜物，噴嘴與高壓泵的距離必須大于45 m；（7）如果施工過程中發生故障， 為防止樁體中斷， 應在第一時間停止噴涂；（8）旋噴過程中的鉆孔冒漿量必須符合工程要求，即為成樁工程量的10%～30%，如果冒漿量大于成樁工程量的30%或者發生不冒漿，則應檢查設備并進行排查；（9）旋噴過程中如果發現地下有障礙物，應采取相應措施進行處理；（10）采用隔孔施工法；（11）注漿后應清洗泵體以及管路。 最終的旋噴成樁質量要求如表1 所示。

表1 旋噴成樁工程質量要求

3.3 高水位地下工程深基坑支護施工

采用倒掛井的施工工藝進行支護結構施工， 支護結構包括護壁以及圍護樁。 護壁采用鋼筋混凝土結構；圍護樁直徑為1.2 m，樁體嵌固深度為2.6 m，采用C30 混凝土。 在施工前，止水帷幕旋噴樁的無側限抗壓強度必須達到設計要求， 其值必須大于1.0 MPa，必須在其達到強度后再進行后續施工。

3.4 高水位地下工程深基坑護壁施工

根據現場實際情況檢查止水帷幕樁體強度是否達標，測量放線后，根據確定好的基坑邊線，采用機械開挖，在到達深基坑底部標高后，對其進行人工修整。 通過常規工程流程綁扎鋼筋、立模，然后進行混凝土灌注、安裝鋼結構支撐。 由于基坑護壁采用倒掛井施工工藝，所以，在分層施工時，應以每道護壁的高度作為一層，在施工過程中充分利用時空效應。 護壁鋼筋采用常規的綁扎法進行施工， 每道護壁之間的鋼筋通過焊接連接，護壁與底板通過錨固連接，護壁模板采用鋼模板。 混凝土澆灌完成后，要及時進行養護，必須在強度達標后才能拆除側模板。

3.5 高水位地下工程深基坑圍護樁施工

圍護樁主要采用鉆孔灌注樁進行施工， 直徑為1.2 m，樁的中心距為3 m，其嵌入土體深度為2.6 m。 其中，設置了3 道內支撐圍護樁。 第一道的材質主要為鋼筋混凝土，第二、第三道采用管壁為1.6 cm、管徑為60.9 cm 的鋼管，其豎向間距分別為4 m 和3.5 m，圍護樁頂設有冠梁，圍護樁之間掛置鋼筋網，采用了噴射的方法完成混凝土的澆灌，鋼筋的設置流程必須遵守相關官方要求， 并且需要根據實際要求長度對主筋進行錨固，并將其嵌入冠梁內。 最終的深基坑支護施工示意圖如圖2 所示。

圖2 高水位深基坑支護施工示意圖

4 高水位地下工程深基坑監測

4.1 高水位地下工程深基坑監測預警值

根據本工程中的基坑施工范圍以及深度， 對其本身以及附近環境進行監測預警。 監測內容包括支護結構水平位移、水位、地面沉降、樁頂水平位移等內容。 本基坑的開挖深度為19 m，應按照GB 50497—2019《建筑基坑工程監測技術標準》的相關要求，按照一級基坑要求進行監測，監測項目預警值如表2 所示。

表2 基坑檢測預警值

如果在監測中途發生以下情況， 則應第一時間終止工程然后報警，并采取應急措施：（1）某項監測數據到達預警閾值；（2）基坑支護結構突然發生明顯位移；（3）周邊土壤發現顯著的位移；（4）工程底部出現流沙或是較為嚴重的滲水；（5）支護體系出現較大的變形、斷裂、彎曲、松弛現象；（5）周邊建筑開裂或出現較大變形。

4.2 高水位地下工程深基坑監測頻率

安全監測工作從施工開始便進行， 基坑支護體系構建完成并回填完畢則監測工作結束，在施工的全過程中需要持續不中斷地進行安全監測工作。 各項參數的監測頻率如表3 所示。

表3 基坑安全參數監測頻率表

4.3 高水位地下工程深基坑監測點位布置

對于本基坑工程，為實現監測的客觀性以及準確性，最大限度地保證工程的安全進行， 監測點位分布于基坑四周以及基坑內部。

5 高水位地下工程深基坑加固方法效益分析

通常來說，在高水位環境下，一級深基坑的支護建設通常采用地下連續墻施工體系，而對于較為狹小的施工場地，會影響施工空間的局限性， 導致無法進行鋼筋籠加工以及吊裝使用。 而止水帷幕、護壁以及圍護樁的施工在工作空間的需求上則相對靈活，不受工作場地大小的限制。 止水帷幕一方面可以滿足在高水位環境下的止水需求， 另一方面可以發揮一定的加固作用， 而護壁和圍護樁的應用進一步保證了基坑的穩定性，大大提高了基坑施工現場的穩定性以及安全性。

6 結語

本研究提出在高水位環境下的深基坑工程中采用止水帷幕、護壁以及圍護樁相結合的施工技術，可以有效解決在高水位環境下施工空間過于狹窄的問題， 滿足在狹小空間內深基坑支護的施工要求，并且充分考慮了施工效率以及施工安全。該方法取得了較好的社會以及經濟效益，具備較好的應用前景。