以三角形稳固基础来处理深基坑边坡及控制流砂

广西建工集团有限责任公司 南宁 530012

1 工程概况

南宁国际互联网专用通道与云计算业务研发中心工程位于广西南宁市中国-东盟商务区紫荆路东北侧，地下1 层，地上12 层。该工程基坑开挖深度约6 m，采用人工挖孔桩基础，场地地层自上而下可分为：素填土、硬塑状粉质黏土、强风化泥岩、中风化泥岩。其中粉质黏土层承载力低，属中等压缩性土。因场地地下水为上层滞水，主要赋存于素填土层中，受大气降水渗透补给，地下水位埋深在1.82～3.74 m之间，标高在111.85～114.41 m之间，枯水季节场地上层滞水水位将下降1～3 m。2012年8月开始进行基坑开挖，在基坑开挖时发现基坑底部出现流砂现象。

2 流砂问题分析[1,2]

2.1 流砂成因

流砂现象产生的原因是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。渗流在土体孔隙中流动产生动水压力D，当其与有效压力P方向相反时，土的抗剪强度τ减小，即：

其中σ、φ分别为作用在剪切面上的法向应力和内摩擦角。当动水压力D不断增大，达到D=P，土的抗剪强度等于零，即τ=0，此时，土体颗料呈现为悬浮状态。当动水压力方向向上且足够大时，土颗粒被带出而形成为流砂，而动水压力方向向下时，如发生土颗粒的流动，其方向向下，使土体稳定。因此，防治流砂的基本原则是减少或平衡动水压力，设法使动水压力方向向下，截断地下水流。

根据现场情况，主要是地下水位较高，基坑开挖扰动粉质黏土层引起，但坑壁上部土层工程地质性质较好，粉质黏土层地基承载力可满足设计要求，因此需通过快速施工，确保基槽稳定。

2.2 防治方法

在实际施工过程中遇到流砂，通常处理的方法有应急堵漏、加强支护、降排水、冻结法等。具体处理应结合工程特点、场地工程地质水文地质条件、施工工艺水平、材料设备等客观条件选定。 根据实际情况，本工程采用桩承台剪力墙与混凝土连系梁联合进行基坑的流砂处理和边坡支护，该方法是综合了应急堵漏和加强支护2 种施工方法的优点。采用桩承台剪力墙代替砖胎模的目的有2 个：

1）能快速地形成剪力墙并进入流砂表面一定深度，增加地下水从坑外流入坑内的渗流长度，以减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流砂产生。

2）对边坡进行支护。充分利用剪力墙承台与型钢或木桩共同受力，对边坡土体起到支护作用，保证边坡的稳定性，同时减少了基坑大开挖和加强支护的费用。

桩承台剪力墙加固如图1所示。

图1 桩承台剪力墙加固示意

2.3 工艺原理

一般首先处理影响区域的3 根工程桩以形成三角形稳固区域，通过桩承台剪力墙与混凝土连系梁联合加强支护边坡和稳固流砂，从而达到抵抗流砂产生的不良影响的目的，同时承台剪力墙可作为边坡支撑，起到稳固边坡作用。

首先判断流砂影响区域和影响大小，对动水压力影响区域的人工挖孔桩由原来的承台砖胎模改为剪力墙形式进行处理，剪力墙承台模对桩周流砂起到止水作用。逐渐开挖桩间土层，在桩间浇筑形成混凝土连系梁及对桩周边垫层进行封闭处理，形成三角形稳固区域。承台剪力墙与型钢或木桩共同作用对边坡进行支撑，起到稳固边坡作用。如果流砂产生影响的面积比较大，可先开挖部分区域，待处理完成后再依次开挖后续部分区域，如此逐段完成地基的流砂处理问题。

3 施工过程控制要点[3-5]

3.1 工艺流程

施工前期准备→基坑边坡打桩（木桩或型钢板桩）→流砂段基槽分段开挖→基坑排水→桩承台内、外模框制作→将钢筋插入垫层混凝土内→浇筑承台剪力墙混凝土→混凝土连系梁浇筑施工→桩周混凝土封闭处理→剩余的流砂段基槽开挖→土方回填

3.2 操作要点

1）施工准备。在进行基础开挖施工之前先认真阅读地质勘察报告书，编制三角形稳固基础处理流砂施工专项施工方案，计算并确定流砂影响的大小和范围。准备能快速施工的土方开挖机械、抽水设备。

2）为了防止基础四周土方发生塌方，在施工过程中可以根据实际情况在流砂处理的边坡周围布置型钢桩或木桩，起到防止基础四周土方塌陷及减少动水压力的作用。打桩过程中，要注意桩距有无偏移和倾斜现象，同时注意桩距和打桩深度，如发现问题，须及时进行纠正。

3）流砂段基槽分段开挖。对有流砂段基坑部分，开挖深度为原设计垫层标高多挖40 cm，宽3 m、沿边坡长20 m。先开挖一半，宽1.5 m，这样开挖的目的主要是减小开挖面，缩短放置时间，减少扰动，可有效抑制流砂及侧壁坍塌现象的发生。

开挖时选择机械挖土，这样可以提高速度，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。

4）基坑排水。待基底漏出后在来水方向挖集中排水井进行抽水，保证基础作业面位于水面以上。集水井的位置设置要根据基坑平面开头与大小，土质与地下水位的高度与流向、降水深度等决定，设置在地下水流的上游一侧，整个抽水过程要持续到土方和基础施工结束时为止。

如果流砂现象较为严重，则必须采用人工降低地下水位法即采用井点降水法，使地下水位降低至基坑底面以下。

5）承台内、外模框制作。首先使用模板按比承台尺寸多5 cm左右拼装好内、外模框等半成品，模框内外的间隔尺寸同设计砖胎模尺寸。在边坡基坑开挖至流砂前制作完成好承台内、外模，制作时确保模板体系稳定、安全、可靠。在承台周边土方开挖出位置后立即按照承台位置用塔吊吊装就位，放置内、外模，加固并打上穿墙螺杆。

加固完毕后将准备好的φ14 mm钢筋按间距150 mm插入承台内、外模框内，每次对称插入2 根钢筋，从而形成与模框相平行的2 排钢筋，绕模框一周且均匀布置。待钢筋完成后，浇筑混凝土并及时养护。当混凝土强度达到初凝后拆模，拆模时发现模板会伸到垫层混凝土以下，可用人工凿除方法凿除多余的木模板，待清理干净后，用高一等级的混凝土对凿除的混凝土孔洞进行回填。

6）浇筑承台连系梁及剩余的流砂段基槽开挖。在桩承台胎模浇筑完混凝土后施工承台连系梁，待桩基混凝土剪力墙承台模达到设计混凝土强度的70%后，对剩余的流砂段进行基槽开挖，重复上述施工。待基槽混凝土强度达到设计混凝土强度后，快速进行土方回填，回填土方应达到稳定地下水位以上。

4 质量控制[6-8]

为确保工程质量，对该类型条件下流砂的防治和质量的控制应主要做到以下几点：

1）集中优势兵力，加大机械化作业，快速施工，将距钢板桩3.0 m范围内的土方挖至要求标高，机械作业时人工配合清底，快速形成此范围的垫层混凝土。

2）钢筋混凝土桩承台模混凝土采用C25，混凝土内掺入超早强减水剂。要求浇筑的钢筋混凝土结构质量良好，能提早起到支护作用。宜采用小型振动棒或高频振动片振捣，确保混凝土浇筑密实。

3）为了防止雨水冲刷基坑边坡，基坑的土壁全部采用C15混凝土进行封闭处理。一旦发现边坡表面喷涂的混凝土出现开裂，立即用高一强度等级的混凝土进行封闭。

4）基坑边坡顶部1.2 m外设排水沟，排水沟尺寸可取300 mm×400 mm，同时按每15 m设一集水井，使坑外的水不渗入到基坑边坡土体中。

5 结语

该施工工艺综合了传统的加固地基基础的施工技术，施工简便、快捷。通过上述技术处理措施，解决了粉质黏土或砂质土且富含地下水的基坑工程的边坡支护及流砂处理问题，为下一步施工提供了条件和安全保障，也为基坑的进一步开挖提供了参考。最终顺利完成了该工程地下室施工，对于类似条件的深基坑工程有一定的借鉴意义。