浅谈粉细砂地层深基坑开挖的几点经验

王秀红 程选勤

摘 要：饱和粉细砂地层深基坑开挖施工中易产生管涌等现象，粉细砂地层具有高灵敏度、触变特性，在动力作用下极易造成土体破坏，施工过程中若施工不当，极易造成流沙、沉降、塌方等现象。该文主要介绍了黄河海勃湾水利枢纽工程饱和粉细砂地层基坑开挖和支护方面的几点经验。该工程地层为黄河冲积地貌，系饱和粉细砂地层。基坑排水、基坑支护与基坑开挖密切配合，基坑开挖特殊部位要采用塑性混凝土和高喷防渗墙等施工方法，施工中坚持“慎开挖、勤监测、快支护、早处理”的原则，组织严密，施工科学性可以确保了工程的施工安全和基坑边坡稳定。

关键词：粉细砂 地基 开挖 经验

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（c）-0222-02

黄河海勃湾水利枢纽工程的位置是内蒙古自治区乌海市境内，在黄河宁蒙段的综合利用的水利枢纽工程中，是唯一一座已防凌、发电等为主的。为Ⅱ工程规模等大（2）型枢纽工程，枢纽主要组成部分为河床式电站、泄洪闸、土石坝等建筑物。坝顶总长6905.7 m，坝顶高程1078.7 m，电站坝段最大坝高35.2 m。电站装机4台灯泡贯流式机组，装机总量90 MW，多年平均发电量3.817亿kW·h，水库正常蓄水位1076.0 m，水库总库容4.87亿m3。

1 地质条件

黄河冲积地貌，堆积侵蚀地貌，和风成地貌构成枢纽库区主要地貌形态。坝址区地貌形态分为黄河冲积地貌，河流堆积侵蚀地貌，风成地貌。第四系松散堆积物是地层主要组成，厚度大于500 m。地基土层为第Ⅲ地质单元（Q3al+l）地层，电站厂房段设计建基面EL1043.5～1048 m，在勘探深度范围内，上层土体以细砂、粉砂为主，夹有砂壤土、粉土、壤土和粘土透镜体，中密～密实状，层底埋深在河床面以下约40 m处，高程在1022～1026 m之间，；下层以砂砾石为主，中密～密实状，泥质含量高，夹有粘性土透镜体。

2 粉细砂地基特性

粉细砂处于湿润态时的内摩擦角为38°左右，且有微粘性，一般可以开挖成很陡的边坡。若开挖地层有渗水或外力扰动等外部荷载的作用，极易产生流滑，开挖坡面急剧变缓。因此，粉细砂地基的开挖与粉细砂含水量大小、渗流、补水情况有密切关系。施工过程中要有合理的施工工艺，以及合适的开挖机械。

在无压重无渗流条件下的粉细砂层，处于湿润状态的粉细砂具有假粘聚力，可直接利用装载机或反铲开挖，形成陡坡。但坡面会因失水干燥或雨水冲刷，风蚀等影响导致滑塌，形成顶部1～1.5 m范围内为陡坎，以下为松散堆积的坡面。在有压重无渗流条件下，干地直接开挖面应距路面、围堰或压重的坡脚要一定距离，以防止开挖粉细砂危及基坑的安全。其次，形成粉细砂开挖面只宜短期暴露，應尽快施工护坡或采用垫层混凝土覆盖。

3 地下水处理

3.1 处理水渗漏原因

使边坡土体内潜在滑动面上的抗滑力始终保持大于该滑动面上的滑动力才能稳定已开挖基坑边坡。设计施工过程中，良好的降、排水措施，有效控制产生边坡滑动力的外部荷载非常必要，施工期间尚应考虑，边坡受到气候季节变化和降雨、渗水、冲刷，风蚀等外力作用使土内含水量增加、土的自重加大、边坡土质变松、导致降低边坡土体抗剪强度，从而产生不利于边坡稳定的影响或增加了土体内的剪应力所造成的边坡局部滑坍。

3.2 地下水处理措施

随着基坑开挖的深度增加，大量的地下水和城市地下水涌入基坑，发生渗透破坏，出现粉细砂液化、管涌等大量的地质灾害。施工中，一方面采用集水坑集中排水；另一方面施工中，分部位，分高程布置管井进行井点降水，工程施工中累计布置140多口管井进行降水作业，两种引排方法的综合利用较为有效的解决了涌水等地质灾害的发生。

管涌一般是由于基坑排水不畅，地下水未能快速降低而产生的涌水、涌沙现象。造成管涌的原因主要有薄弱沙土层有地下水穿过，地下渗出的承压水头或者向外流出所造成的。管涌现象在几层出现，密切的观察管涌，如果有浑水出现，就在管涌的泉眼上抛一层粗砂，其上再铺级配一层碎石，泉眼中带泥砂的混水，经过沙、砾石的过滤之后，流出清水，引其到附近的排水沟中或增加管井进行井点降水。

4 基坑开挖施工工艺

4.1 开挖原则

由于该工程土质条件差，属于粉细砂地基。基坑的开挖施工要与排水和支护密切配合，所以基坑开挖施工措施要安全可靠，坚持“勤监测、慎开挖、早处理快支护”，方能确保基坑工程的安全和边坡稳定。

基坑支护和降水的方案实施与基坑开挖一致，确保挖方区域处于无水状态或尽可能的降低渗透破坏给开挖造成的影响。开挖顺利进行的保障是基坑支护万无一失，要考虑到整个开挖乃至基础施工全过程的核心是基坑降水。

施工现场突发情况多，且有很多不可抗拒因素。深基坑开挖工程存在较大的安全隐患，施工时，要采取信息法施工，从已知条件设计出安全、可靠的基坑开挖施工方案。

基坑围堰闭气待抽水完成后，为确保初期开挖正常进行，采用砂砾石铺路，道路布置采用“非”字形的布置形式。

4.2 开挖施工工艺

主厂房基础开挖，采用边开挖边支护循序渐进，确保开挖至建基面设计高程。在施工期间排水不畅地下水渗流，增加了边坡土体含水量和土的自重；水在土中渗流使水动力增加，土的湿化使粉细砂土的抗剪强度随之减低；影响粉细砂土的蠕变。变形、裂缝以致滑动的失稳险情在基坑边坡出现，土体潜在破坏面上的抗剪强度未能适应剪应力的结果是其本质的问题。故从以下两方面考虑施工措施：一是使边坡土体中的剪应力降低；二是使土体或边坡抗剪强度提高。坡脚压载、削坡、坡顶减载、增设防滑桩体及降低地下水位或加强表面排水等是常用的应急防护方法。

护岸、上游护坦部位开挖，在护岸、上游护坦部位开挖过程中，粉细砂液化现象依然严重，加之先前布设的管井管路，加大对开挖的干扰。为防止地下水渗透破坏，在施工过程中采用勤置换、强衬砌的方法来满足设计体型的开挖要求。粉细砂置换采用对原地基不易形成体型部分进行超挖，再采用不同粒径的碎石进行换填，粒径一般选择40～80 mm。衬砌一般采用C20W6F200二级配垫层混凝土施工。上游护坦开挖过程中，由于地下水位线高，粉细砂层局部有砂砾层，渗漏破坏十分严重，在施工中多采用强开挖，级配碎石对齿槽坡脚渗漏水进行反滤，防止粉细砂被渗漏水带走，从而形成渗漏通到的危害。在护坡建基面表面铺设10 cm厚的大石粒径为40～80 mm进行碾压，且要求地基相对密实度达到0.7，以确保开挖进度和开挖质量，并对开挖好的建基面进行及时的垫层混凝土防护。

主厂房基础齿槽开挖，齿槽开挖设计坡比2∶1，施工时分层控制在1.0～1.5 m左右，开挖时做到先中间大面积开挖，再周边修坡。修坡过程中为保证设计体型，坡脚部位适当超挖。超挖部分采用级配碎石回填，同时起到渗漏水反滤的作用，有效控制粉细砂被渗漏水带走，防止内部出现空洞、塌陷等现象。在饱和水粉细砂底层开挖，快支护尤为关键，不支护或支护速度过慢，流水不断的侵蚀，导致无法保证设计体型。在基坑所需的施工工期、工程特性、和边坡条件及施工环境等要求下坡面支护方法分为以下几种：挂网（钢丝网或铁丝网）抹面、水泥砂浆抹面、塑料薄膜覆盖、砂（土）包疊置、或喷浆等等。

开挖局部集水井，充分运用混凝土防渗墙的特性，得以保证顺利开挖。修建在挡水建筑物地基透水地层中的防渗结构叫做混凝土防渗墙，是一种特殊结构形式的地下连续墙。起到减少渗透流量，控制地下渗流，保证建筑物地基渗透稳定的作用，有效的解决深层覆盖中渗流的问题。该施工工艺主要是因为它具有可靠的结构、较好的防渗效果、不受地下水位影响、造价较低适应不同的地层条件、施工方便快捷、。在集水井等特殊部位施工时，在集水井外层新增一圈高喷防渗墙和一圈混凝土防渗墙，一方面保证设计体型，防止粉细砂被水带走起到反滤作用；另一方面有效利用防渗墙的强度，阻止了土体剪切破坏，有效解决涌水和侧压力的问题，确保施工安全。

5 基坑开挖注意事项

开挖之后，砼垫层及时浇筑，保护好注意成品。下雨期间进行挖土时，需做好防滑措施。

施工过程中，注意施工道路布置。针对粉细砂地基的特点，施工道路应采用砂砾石或级配碎石回填、整平、碾压。防止在施工过程中出现开挖设备及运输车辆陷车等现象。

若有土体整体失稳现出现，则应在设计单位和临理单位同意的前提下，采用压密注浆、水泥旋喷桩或加大边坡坡度等方法加固土体，使基坑施工的安全性得到保障。

应该禁止在边坡上侧堆土，在边坡一侧放置材料时应距离边坡上边缘1.0 m以外，材料堆置高度低于1.5 m。

6 结语

对于复杂地质条件下粉细砂地基的深基坑开挖，传统意义上上说，边坡粉细砂土体内潜在滑动面上的抗滑力始终保持大于该滑动面上的滑动力，才能开挖放坡开挖机。在施工过程中，如设计齿槽开挖、集水井等施工部位设计体型局部突变，放坡施工很难保证设计体型，甚至会超出建筑物设计边线。而塑性混凝土防渗墙和高喷防渗墙不仅使边坡滑动力的外部荷载得到有效的控制，还解决了在施工期间，边坡受到气候季节变化和降雨、涌水、地下渗水、土内含水量增加、冲刷等作用使边坡土质变松、土的自重加大以及降低边坡土体抗剪强度，从而导致土体内的剪应力增加所造成的边坡局部滑坍或产生破坏边坡稳定的影响，确保复杂地质条件下粉细砂土体深基坑开挖的顺利进行。