黄河滩区组合式基坑支护及降水施工技术研究

冯立雷，马 露

FENG Li-lei, MA Lu

（中建二局第二建筑工程有限公司，河南 郑州 450000）

1 问题分析

郑州中心城区地下综合管廊金水科教园区位于郑州市区北部，紧邻黄河，为原黄河渔场区，属黄河滩区。其地质条件为第四纪冲洪积成因的黏性土、粉土及砂土。其地下水为上层滞水和潜水，水位高。场地土质结构松散、均匀性差，部分土层土的粘聚力和剪切力为0。常规单一的支护方式和降水防水不能满足基坑安全和施工的需要，本文针对黄河滩区特有的地质条件进行技术研究。

1）原降水方案 原设计方案为明沟降水，该方案降水效果差，场地地下上层滞水以大气降水为补给方式，以蒸发为排泄方式；地下潜水以大气降水和地下径流为主要补给方式，以越流和地下径流为排泄方式，方案忽视了土质的保水性能和粘聚力差的因素，方案实施中易形成土体失水坍塌，造成边沟预埋排水沟道堵塞等问题的发生，同时土体表面干结，内部水为排出，土质软弱不能满足碎石的施工条件。该方案不可行。

2）原支护方案 原设计方案为土钉墙支护，该方案忽略了部分土层土的粘聚力和剪切力为0的情况，施工中易造成土钉孔频繁塌孔，施工进度和质量不可控制。方案不可行。

3）方案优化 综合地质条件的分析和研究，对原设计方案进行优化：降水方案采用轻型井点和管井组合的降水方式；支护结构采用拉森钢板桩和土钉墙组合的支护结构。

2 方案思路

拉森钢板桩作为一种新型建材，在临时沟渠开挖时，作挡土、挡水、挡沙墙时发挥重要作用。拉森钢板桩做围堰不仅绿色环保、施工速度快、施工费用低，而且具有很好的防水功能，是快速解决土体粘聚力差、抗剪能力差的有效方法。由于基坑深度为6～12m不等，全深范围内采用拉森钢板桩易造成钢板桩上口位移的问题，因此，提出与土钉墙组合支护技术。组合支护有效地提高了土体的整体刚度，弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。通过相互作用、土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏的性能，显著提高了整体稳定性，土钉墙延迟了塑性变形发展阶段，受荷载过程中不会发生突发性塌滑。

方案采用管井与轻型井点组合技术，使地下水位降落到基坑底以下，施工作业范围内土质保持相对干燥，改善工作条件，防止流砂发生;土方边坡也可适当变陡，减少挖方工作量，避免基底被水浸泡后导致地基承载力下降。

3 方案实施

3.1 拉森钢板桩施工方案

1）如图1所示，在拉森钢板施工前，先定位放线施工，挖导槽，再进行导梁安装，采用打拔机施打拉森钢板桩，对拉森钢板桩逐根进行锁口连接施工。当屏风墙两端板桩保持垂直状况时，可采用往复顺序施打；当板桩墙长度很长时，可用复合顺序施打。

图1 止水帷幕（拉森钢板桩）立面示意图

2）基坑两侧5m范围内禁止堆积荷载及活荷载施工，在基坑10m位置施加20kN活荷载作为机械施工荷载加以计算（图2）。考虑基坑过深，采用三级放坡施工，一、二级采用自然放坡，有效减少基坑侧压力，三级采用拉森钢板桩作为护壁桩，增加基坑支护刚度，有效保证基坑安全。对基坑土体的位移和沉降进行计算分析，结果如图3、图4所示。

图2 基坑受力分析图

3.2 土钉墙支护布置

根据管廊基坑杂填土、黏土层、砂层厚度，土钉锚杆采用全长粘结型（图5）。土钉锚杆根据各土层的稳定性，对长度、杆体的钢筋直径间距、孔径进行调节；二级边坡采用拉森钢板桩进行基坑封闭施工，从而有效地阻止地下水向基坑内部渗流。基坑支护采用分层分次进行土钉施工，土钉施工完毕后跟押筋进行连接施工，使其连成整体（图6）。

图3 土体位移包络图

图4 土体沉降图

图5 土钉示意图

图6 土钉支架图

该基坑支护方式减小了基坑开挖深度，未发生土体坍塌和破坏，基坑位移符合设计规范要求，施工进度受控。

3.3 真空井点降水布置

在拉森钢板桩进行封闭基坑范围内，采用轻型井点降水措施抽取或引渗基坑开挖范围内的现存地下水，施工中先进行真空井点管的制作，对真空井点位置放线定位，采用水钻进行井点孔洞的施工，安装真空井点，采用主水管将真空井点连成整体，安装排水管道，安装抽水设备进行试抽与检测，正式投入降水程序，如图7所示。

图7 封闭基坑范围内轻型井点降水立面示意图

封闭基坑范围内的降水量结合止水桩内土体的给水量计算，同时全封闭降水并不需要把止水帷幕范围内的水全部疏干，只需要疏干基坑内一定深度以上的静态水。一般降水将水位降低到基坑坑底以下0.5～1m。

3.4 大口井降水布置

项目施工范围内，局部区域施工前为鱼塘，上层滞水严重，需进行基坑外截流施工，同时场地四周无其他建筑物，项目采用井径300mm，充填滤料后井径达到600mm（图8），有效的截止层间滞水，加深井深可加快进程。

轻型井点和大口井降水进行组合降水施工，基坑内干燥不影响后续工序展开施工，无发生坍塌、流沙等问题，减小了基坑开挖宽度，工期受控。

图8 封闭基坑范围内轻型井点降水立面详图

4 结 语

1）采用拉森钢板桩和土钉进行复合土钉墙技术施工，有效地将基坑外的稳定补给水源进行隔绝，从而使基底能够有效降水，保证基底的干燥和承载力。

2）采用大口井和轻型井点组合的降水方式，有效的阻截基坑外淤泥层的稳定水源，将大量的层间滞水进行有效的排除，同时抽取淤泥质粉质黏土、粉质黏土、砂质黏土、粉土中含有的水分，防止基底因含水率过高，造成基底成橡皮土，保持基底承载力。

组合式基坑支护及降水施工技术的应用，解决了黄河滩区不良地质条件下深基坑施工的难题，为类似工程提供了经验借鉴。