圆台形地下结构土方及垫层施工出现的问题及处理方案

田栋杰　刘海燕

河南工业大学土木建筑学院（450001）

圆台形地下结构土方及垫层施工出现的问题及处理方案

田栋杰刘海燕

河南工业大学土木建筑学院（450001）

结合一圆台形地下结构项目土方开挖及垫层施工过程，针对施工过程中出现的地基土扰动、垫层施工缝开裂等问题，分析了问题产生的原因，提出了针对性的处理方案，为以后同类工程中出现的类似问题提供参考。

地下结构；垫层；施工缝开裂；地基土扰动

文章涉及的地下结构，基坑为圆形，采用有围护体系的深基坑支护方式，长臂挖机分层、分块逐步开挖，在支护附近采用人工开挖。基坑逐层开挖逐层支护，有效地保证了基坑的安全性。工程所在地区为黄河冲击平原，基坑底部多为砂土和粉土，黏聚性差，不利于有坡度地下结构的施工。为了解决这个问题并为基坑下一步施工提供可靠的工作面，在基坑底部浇筑一个圆台形垫层［1］。由于地下水位起伏，垫层受到地下水扰动，出现了开裂现象，且基坑底部地基土由于经过地下水作用发生扰动，本文根据现场出现的实际问题，提出了切实可行的解决办法。

1　工程概况

该工程位于河南省郑州市中牟县，基坑为圆形深基坑，采用深基坑围护支护体系，最深处位于地下-20.00m。

图1　基坑剖面图

基坑地基持力层为粉土和粉砂层，土壤含水量非常高，历史最高水位在地下-1.000m处。在水位很高的地方开挖基坑，很容易造成基坑浸水，使施工困难度加剧，降低土体承载力。同时还有可能在水压力的作用下发生管涌、边坡失稳等危害基坑支护的现象。所以基坑开挖前必须先把地下水位降到开挖面以下，采取有效的降水措施。为保证开挖过程在干燥状态下施工，采用管井进行降水，降水井井深在自然地面下28m，降水井为施工直径600 mm，内置管径（外径）400mm的无砂过滤井管，孔隙率大于30%，外包100目以上过滤网。根据场地形状，共布置了18眼降水井，井间距10m。在工程实施的整个过程中降水措施一直持续，保证地下水位低于施工面。

经复核计算，在不考虑上部荷载和周边土体变形产生的水平向推力作用的情况下，下部锥体边坡安全系数0.65左右，存在塌方风险，也没有考虑夯填振动对边坡锥体的影响，为此，素土夯填的质量和施工工艺对维持锥体的安全起到关键的作用。为了提供可靠的工作面，在基坑底部做垫层隔离砂土。垫层为漏斗圆锥形，直径为12.5m，高度为9.2m。垫层厚度为0.12m，所用材料为C20素混凝土，并在垫层上铺设防水卷材、高弹性防水胶和无纺布等防水材料，防止地下水通过垫层渗入结构内部。

地下结构对防漏和防渗要求极为严格，属于一级防水，要求在使用期间必须保证不漏水、不渗水。因此其防水必须严格按照国家标准实施。防水措施具体做法如图2。

图2　垫层防水做法示意图

2　工程地质与水文状况

该地下结构建设位于黄河冲积平原，微地貌为风积砂丘。地基持力层为粉土和粉砂层，地基承载力为170～220kPa。根据场地岩土工程勘察报告，该工程岩土分布依次为①粉质黏土：层厚0.3～4.0m，平均埋深1.23m；②粉土：层厚0.4～4.3m，平均埋深3.25m；③粉砂：层厚1.3～11.7m，平均埋深7.45m。

场地地下水位位于地下0.6～6.6m，地下水类型为潜水，年变化幅度为1.50m左右，主要受大气降水补给，历史最高水位为-1.000m。拟建场地地下水对混凝土结构具有微腐蚀性，对混凝土结构内的钢筋具微腐蚀性。

3　施工中出现的问题

3.1垫层施工缝开裂

由于基坑开挖深度大，且基坑底部土为细砂、流砂层，开挖面呈坡状，易造成土方大面积塌陷。结合实际情况，施工单位随着垫层的开挖深度逐步浇筑垫层，致使垫层存在施工缝（如图3）。

图3　垫层裂缝现场照片

在垫层整体浇筑完成后，工地停电，基坑降水停止了4个小时，造成地下水位上升，在垫层底部出现了一定的积水。施工单位采取紧急降水措施，后发现垫层施工缝处出现了很多细微的裂纹，基坑底部地基土发生了塌陷。

地下水位上升使垫层受到了一个浮力，地下水位下降后整个垫层受到地下水下降产生的向下吸附力，垫层便向下移动。垫层由于存在施工缝，致使垫层每个部位位移量不同，施工缝又比较薄弱，在施工缝中产生的应力比较大，混凝土黏结力不强，造成了拉裂。

3.2基坑底部地基土扰动

基坑开挖后，对基坑底部的砂土进行素土夯实，然后在夯实过的地基上浇筑垫层。在基坑降水停止、地下水位上升后，重新浸泡了垫层下的地基土，当地下水位下降后，被浸泡过的地基土密实度降低，并且一部分地基土顺着地下水移动，造成基坑底部地基土受到扰动，基坑底部地基土局部发生了塌陷［2］。

4　处理措施

1）垫层施工缝开裂处理

垫层出现裂缝主要是垫层的施工缝比较薄弱，在受到力的情况下很容易使地下水通过裂缝渗入结构层内部，如果长时间不处理裂缝可能会进一步扩大，垫层会损坏。为了防止以后再出现类似情况，需对垫层所有的施工缝统一作防水处理：沿垫层各道施工缝处，剔U形槽，在U形槽中注入可与混凝土产生结晶的防水胶，粘贴500mm宽无纺布一层（150g/m2），垫层通体喷涂永凝液一道。

2）基坑底部地基土扰动处理

基坑底部砂土受到扰动，承载能力下降，不能满足设计要求。所以须按设计尺寸超挖700mm，底部做200mm厚干拌混凝土，振捣密实，上部做500 mm厚C20混凝土，振捣密实。

5　小结

许多深基坑工程在施工中会受到地下水的影响，这里结合高水位地区深基坑工程垫层由于地下水上升遭到破坏以及基坑底部地基土受到扰动的问题提出了合理可行的建议，取得了良好的效果，为以后同类深基坑工程积累了宝贵的经验。

［1］路彦，龚杰，蓝海江.既有建筑地下室局部抗浮失效实例分析及加固处理［J］.广东土木与建筑，2014，12：27-28+23.

［2］葛启举，王玉琳.管井井点降水在某深基坑开挖中的应用［J］.枣庄师专学报，2001，05：55-57.