近海大体量淤泥质土深基坑开挖及降水施工技术--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

近海大体量淤泥质土深基坑开挖及降水施工技术

发表时间：2020/10/12 来源：《基层建设》2020年第19期作者：蓝振芳

[导读] 【摘要】本文结合了某临近海边的高层住宅建筑工程实例，对含有大体量淤泥质土的深基坑开挖及降排水施工特点进行分析探讨，探究如何在保证安全性、经济性、适用性的条件下有效提高深基坑的土方开挖及降排水效率，为后续施工进度控制，提供保障。

        中国建筑第二工程局有限公司海南分公司海南省海口市 571100
        【摘要】本文结合了某临近海边的高层住宅建筑工程实例，对含有大体量淤泥质土的深基坑开挖及降排水施工特点进行分析探讨，探究如何在保证安全性、经济性、适用性的条件下有效提高深基坑的土方开挖及降排水效率，为后续施工进度控制，提供保障。
        【关键词】淤泥质土、深基坑、土方开挖、降排水、施工技术
        1引言
        基坑工程包括：挡土、支护、防水、降水、挖土等许多紧密联系的分工环节。其中某一环节了发生问题，都将给整个基础工程造成直接经济损失，甚至会给施工人员带来严重的生命威胁。尤其是淤泥土质的深基坑工程，淤泥质土层含水量较高，在一般情况下会表现出一定程度的固结流变和剪切流变，由此导致了深大基坑具有明显的空间效应和流变效应，加大了施工困难程度，对基坑设计及施工技术也提出了更高的要求。在深基坑工程中，降水已成为一种越来越必要的工程措施，它不但可以避免流砂、管涌和减小基地隆起，保持干燥的施工环境，同时也会引起基坑内外土体物理、力学性质的改变，提高土体的强度和稳定性。因此，本文拟对淤泥质土层深基坑开挖及降水方法进行分析，以期为近海地区淤泥质深基坑设计与施工提供参考依据。
        2工程概况
        融创观海苑项目位于海南文昌市清澜开发区，高隆湾旅游度假区内；该项目建筑物包括12栋高层住宅楼及一层地下车库，总建筑面积：99408.24㎡，其中住宅（计容）：84632.94㎡，商业配套：1091.52㎡，物管用房（社区服务）：175㎡，垃圾站：50.00㎡；架空活动等（不计容）：541.77㎡，地库：12613.97㎡。属于剪力墙结构，地上：住宅、配套商业及公建配套，地下：车库、设备房，防雷等级二级，抗震设防裂度为7度;最高建筑高度：44.50m。根据地勘报告，淤泥质土层含量高，占比率为70~80%，土质共分为5层，土方开挖量为13万方，基坑开挖位置的强风化砂岩层顶标高介于-2.40～-3.30m之间，基坑开挖深度为5.3-6.7m，开挖面积约为21215㎡，基坑周长约为645m。共设置68口降水井，属于深基坑工程。
        3场地岩土条件
        在基坑开挖影响范围内，主要涉及到以下土层：
        素填土①(Qml)素填土①：褐红、褐黄、褐灰色，主要由黏性土、少量细砂组成，局部地段夹有碎石，未完成自重固结，稍湿，结构松散。该层在场地内全场分布，各钻孔均遇见该层；
        粉砂②：褐黄色，主要成分为石英质，含少量黏性土及珊瑚碎屑，呈松散状态，湿～饱和。该层在整个场地大部分地段分布；
        粉砂③：青灰色、灰色，主要成分为石英质，含10～15%的珊瑚碎屑及黏性土，局部地段含有少量的淤泥质土，呈松散~稍密状态，饱和。该层在整个场地大部分地段分布；
        含淤泥珊瑚碎屑④：青灰、灰白色，主要成分为珊瑚碎屑，含有30~40%的淤泥质土及少量的细砂，饱和，呈松散状态。该层在场地内局部地段分布；
        强风化砂岩⑤：褐黄、褐红色，节理裂隙极发育，大部分矿物已风化变质，岩芯呈土夹块状、碎块状，局部地段夹有10~20cm残积土，为极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层在场地内普遍分布，各钻孔均遇见该层。
        中等风化砂岩⑥：褐红色，灰白色，节理裂隙较发育，部分矿物已风化变质，岩芯呈块状、短柱状、柱状，为较软岩，岩体较破碎~较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级，岩石质量指标RQD值介于20～70之间。该层在场地内普遍分布，各钻孔均揭露该层。
        4水文地质条件
        勘察期间为枯~丰水季节，场地内各钻孔均测得地下水，主要赋存于粉砂②、粉砂③及含淤泥珊瑚碎屑④层中的孔隙型潜水及强风化砂岩⑤层中的基岩裂隙水中，受大气降水及侧向地下径流补给，水位随季节变化，水量一般。勘察期间测得地下水稳定水位埋深介于1.00~2.40米，相当于标高1.14~2.40米。根据地区工程经验，场地内地下水的年变化幅度约为1.0米。
        勘察期间，在地下室区域选择BK14、BK33、BK39、ZK85号钻孔对粉砂②、粉砂③层进行了简易抽水试验。根据试验结果，场地内粉砂②、粉砂③层渗透系数分别为0.74～0.93m/d（即8.61×10-4～1.07×10-3cm/s）、0.74～0.89m/d（即8.61×10-4～1.03×10-3cm/s），其试验结果详见《抽水试验综合成果图》（表号：2018.0.02.29-6）。根据试验结果和工程经验，场地内除粉砂②、粉砂③、含淤泥珊瑚碎屑④层为透水～强透水性地层外，其余各地层均为弱透水性地层。
        5工程重难点
        （1）从基坑周围环境来看，基坑东侧临海，北侧临建已建小区，坡顶边线距离红线最近约5.5m，路下设有多种地下管线，场地狭小，施工工序多，交叉作业多，周边环境复杂，要求基坑要有足够的刚度以控制变形。
        （2）从地质条件来看，整个地库区域基坑中均分布高含水量、高压缩性、流塑状的淤泥质土，基坑占地面积为21215㎡，基坑开挖深度为5.3~6.7m之间，淤泥质土层在土表往下0.8米即可揭露，基坑安全等级为三级，属于危险性较大的深基坑工程，基坑施工的安全性极为重要。
        6方案选取
        基坑开挖必须做好地下水的控制，由于场地开挖深度范围内地层主要为①层素填土、②层粉砂、③层粉砂及④层含淤泥珊瑚碎屑，均为含水层，渗透性较好，拟在整个基坑顶设封闭式止水帷幕，在整个基坑内设管井进行降排水。同时在坡顶设置排/截水沟及集水井，防止坡顶雨水等流入基坑。
        对于淤泥质土层开挖方案的选择，项目部结合该工程实际情况及施工手册对此类淤泥质土层开挖的要求，综合考虑工程地质条件及基坑深度，提出“A增加机械数量、B分段开挖抽排水、C利用毛石提高淤泥质土层的稳定性”三种施工方案进行对比分析。最后确定“分段开挖抽水法”做为优选方案，将淤泥质土层进行划区域，两两区域间设置截水沟抽水，有效提高基坑降水效率，具有很强的操作性和适用性。
        7施工要点
        7.1土方开挖
        1）结合现场实际标高开挖，根据开挖深度来决定放坡宽度，现场土方开挖时特别注意电梯井、集水井等部位，控制好开挖标高，避免超挖，如有超挖现象，采用用沙土换填并压实，压实系数为0.94；基坑土方开挖应与基坑支护、排泄水措施配合进行，并严格遵循“先深后浅、分层开挖、严禁超挖、随挖随喷”的原则，坚持分层、分段、均衡、对称开挖，基坑开挖后，原土不得裸露较长时间，应立即完成垫层施工。
        2）施工顺序：分段分层土方开挖第一层1.0m深→修坡→施工第一层开挖土层坡面1米长的C10钢筋土钉，间距为1.5m→挂钢筋网片→喷射混凝土→分段土方开挖第二层→修坡→设置第二层开挖土层坡面钢筋土钉→挂钢筋网片→喷射混凝土→一级坡顶平台开挖修正→分层开挖至底板底标高（预留300mm原土）→在放坡坡脚处按照设计图纸插入φ48*3的3米长钢管、间距为400mm→堆放两层1.5米高沙袋进行反压→退土、下基坑临时道路开挖→人工清土→垫层浇筑

        3）开挖土方量约为12万m³，开挖过程中注意二级坡的设置位置及宽度，同时在二级坡脚修整出来后及时插入的3m长规格为A48*3的钢管，间距为400mm，预留300mm露出地面。在钢管插入过程中同时堆放沙袋，坡脚1.5m以上范围内通长堆放两层沙袋进行反压。
        4）地下障碍物及表面障碍物清除：土方开挖前对场地面上和地下的障碍物进行全面调查，进一步确定场地内及周边是否有地下管线，在现场确定位置及方向，在土方开挖过程中予以保护。土方开挖应先清除基坑顶四周的建筑垃圾，整平。
        5）测量放线工作：土方初步平整后，根据基坑支护平面图，定出基坑开挖线，并用白灰放出灰线。用水准仪和标杆形式确定标高。基坑开挖时，应在基坑的各个角点及基坑边不大于20m测设高程控制点，随时控制土方开挖深度；基坑土方应分层、分段、均衡开挖，对软土区域分层层高不宜超过1.0m，其他不超过2m，分段距离不大于20m；为防止扰动基底原状土，当机械挖土距离基础底面300mm应采用人工开挖。
        6）出土坡道的确定：根据现场场地及周边道路情况，地库区域设置两个出土坡道，也作为施工的机械上下坡道，坡道斜向伸向坑内，出土道路坡度用机械压实，上铺砂、石或砖渣，放坡坡度1:8，宽度不小于8m。坡道两侧按1：1.5放坡，坡道两侧设置泄水孔间距1.5m，大样同基坑支护泄水孔大样，用以排出坡道内的雨水。
        7.2基坑降排水
        1）基坑顶部设封闭式止水帷幕，整个基坑内设68口Φ600管井，井深9m；设15口Φ300水位观测井，井深7m，土方开挖之前用管井预降水，开挖过程中应保证地下水位低于本层开挖面500mm以上；坑顶设排水管及集水坑，坑底设排水沟，抽出的坑内集水经多级沉砂池沉清、达到排放标准并向有关部门申请、报批后方可排放至市政雨水管网。

        2）管井成孔方法：选用反循环钻进，施工达到设计深度宜多钻0.3～0.5m，用大泵量冲洗泥浆减少沉淀，并应立即下管，注入清水稀释泥浆比重接近1.05后投入滤料，滤料不少于计算量的95%，严禁井管强行插入坍塌孔底；
        3）抽水泵选择：淤泥质土渗透系数小，在荷载作用下，排水固结缓慢，导致降水井不能及时回灌，选择大功率的水泵无法持续性抽水，功效低，并且需电工定时开关，极易导致水泵发生损坏，因此在选择抽水泵时应根据现场土质渗透系数采用适合水泵，保证降水井能24h不间断抽水。5.5kw和7.5kw大型水泵不适用于该项目，固选择20.kw和3.0kw两种小功率型水泵。
        4）临时集水井：根据施工关键路线，设置大型集水井，集中降水，集水井之间设置明沟，不间断抽水。在基坑四周开挖18(长)*18（宽）*2m（深）临时集水井进行明排抽水，同时在基坑边开挖1m宽截水沟。随着土层的分次开挖，临时集水井、截水沟不断加深。在分层开挖的同时，使用大功率抽水泵不间断抽水能加快降水井水位，提高开挖效率。

        3）选用合适的滤网
        水泵抽水时，若抽走的水中带有细颗粒不但会增加周围地面的沉降，还会使井管堵塞失效，因此要根据土层情况选用合适的滤网，防范抽水时带走土层中的细颗粒，出水含砂率应小于1:50000，在降水时随时注意抽出的地下水中是否有浑浊现象，同时重视埋设井管时的成孔和回填砂滤料的质量，保证抽水设备正常运行。
        8结束语
        （1）对于含大量淤泥质土层的深基坑工程，因其含水量较高，在施工中应分块开挖、及时施工下道工序，尽量减少基坑暴露时间。
        （2）节约、保护地下水资源是我国的一项基本国策 ,因而在降水的施工与设计中应遵循按需抽水、抽水量最小化的原则，以保证在满足建设工程要求的前提下，达到节约、保护地下水资源的根本目的。
        （3）为了保证基坑和相邻建筑物等的安全，必须加强基坑施工期间的监测工作，对土体(或结构)的位移、应力、土中的孔隙水压力和相邻结构物与地下管线的位移进行跟踪监测，以便及早发现施工中的问题，调整设计或改进施工技术措施，以取得良好的工程效果；同时也可总结经验，为今后优化设计、降低造价提供科学的实测数据。
        参考文献：
        [1]赵志缙简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000；
        [2]张永波、孙新忠基坑降水工程[M].北京:地震出版社,2000；
        [3]毛鸿煜某工程深基坑降排水施工技术方案控制[J];山西建筑;2011年34期
        [4]陈学君有关深基坑开挖降排水技术的研究[J];中华民居（下旬刊）2013年09期；
        [5]李长明、孙海峰、杜秋男深基坑降水的优化分析[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集（下册）[C];2006年
        [6]许娟深基坑开挖引起的周围地表沉降研究[D];苏州科技学院;2011年
        [7]符敏、新龙深基坑降水理论研究及方案设计[J];山西建筑;2007年07期
        [8]刘晨光深基坑施工降水设计与施工探讨[J];科技咨询;2010年09期
        [9]崔峰、汤红玉、孙来兵深基坑降水的设计与计算[J];黑龙江科技信息;2010年26期