新城区砂层地质深基坑处理的设计分析

江秀辉

(福州市水利水电规划设计院，福建 福州 350000)

近年来，深基坑开挖施工面临的条件越来越复杂，各个区域的地质条件给深基坑处理工艺提出了不同的需求，需要根据当地地质条件进行合理的施工工艺设计。砂层地质是深基坑开挖施工中较难应对的地质条件，容易出现各类问题，在部分沿海地区，砂层地质下层与地下水距离很近，非常容易引发基坑工程事故。基坑底部承压水处理如果处理不当，基坑深度越深，则下层不透水层越薄，越有可能破坏基坑底部造成基坑结构破坏失稳，酿成工程事故。因此，要不断完善基坑深挖处理技术，确保工程工期和质量。

1 工程概况

马尾区地势呈北高南低，东西高中间河谷低，魁岐溪、鼓山溪、牛坑溪和下井溪通过河道进入下游平原地区，经魁峰河、林浦明渠排入闽江。目前平原地区的魁峰河和林浦明渠已建设完成，根据该区域排洪特点，在洪水期遭遇闽江高潮位，往往导致山洪无法顺利排入外江，因此本次在林浦明渠出口位置附近新建魁峰排涝二站(闸)，设计抽排规模为25 m3/s。工程实施后将形成以魁峰河和林浦明渠为主要排洪通道，魁峰排涝枢纽和魁峰排涝二站枢纽为排洪出口的排洪体系。

2 排涝泵站工程地质条件

拟建泵站基础土层依次为：表层①杂填土厚4.4 m、③含泥中砂24.3 m(层顶高程1.55 m)、④淤泥层厚7.5 m，⑤-1粉砂层厚3.7 m，再下为⑤含泥中砂，层厚大于4.0 m。泵站基础底高程-6.40 m，泵站地基为松散～中密的含泥砂，中粗砂标贯击数7-27击，上部较松散，承载力基本可满足上部建筑物得荷载要求，主要存在砂土液化及不均匀沉降问题，建议采用桩基处理，且桩基处理深度应穿过液化深度进入稳定土层一定深度。泵房紧贴林浦明渠，泵房现状地面高程约6.0 m，泵站基础含泥层为透水率1×10-3cm/s的中等透水土体，林浦明渠水位受潮位影响，(钻探时地下水位埋深一般在2.1～4.5 m，整体在1.5～2 m高程)，渠道水位变化时可能产生渗透变形问题。

3 基坑开挖支护方案

3.1 渗透注浆

根据新城区砂层地质勘探情况，本工程的基坑支护桩需要使用具备水下使用功能的混凝土，应对砂层中较高的含水率。桩径在1 m以上，间距1.3 m左右，嵌入深度为10 m。本地区砂层类型中含有粉细砂，且占比较高。开挖土方施工中土裸露时间太长，粉细沙中的水分蒸发或者下沉迁移，导致沙土干燥，整体稳定性下降。为了确保土层稳定性，需要降低水分迁移过程，进行渗透注浆后再喷射面层混凝土。渗透注浆让土体形成稳固的整体，减小水的渗透系数，整个设备更加稳固。

在基坑土方开挖之前，在基坑四周设置间距合理的注浆孔，渗透注浆并加固。注浆孔的位置要在基坑周围均匀分布，孔深设置在30 m左右，孔径在5 cm。给渗透注浆施加压力，浆液在压力作用下渗透入土体，凝固。浆液渗透土层的空隙之后，空隙中的气体和水分会排出土体，注浆时的压力不会对原有土体结构带来过多冲击，能够让土体快速稳定。注浆之后，基坑周边要设置观测点，观测地表是否存在沉降问题，对注浆之后的沉降值进行观测，记录变化的速度。注浆后土体中的空隙被填充，土体稳定性更强，地表观测到沉降值减小，土体塑性提高。

3.2 桩间网喷

桩间喷射混凝土将钢筋以固定间距铺设在桩的里面上，互相搭接0.3 m左右，利用竖向和横向钢筋固定好，再喷射混凝土。喷射混凝土过程中面层砂土不能裸露时间错行，否则喷射的混凝土会因为砂土干燥脱落而一起脱落。混凝土不能和土体黏贴，否则喷射锚面未能及时闭合，遇到湿度较高的天气，面层砂土湿度变化甚至被冲刷掉，也会出现基坑结构失稳的问题[1]。

混凝土喷射过程中，面层会出现不同程度的掉渣现象，对后续施工和基坑稳定造成破坏。掉渣的原因主要在于开挖土方之后基坑的防御力不足，而支护施工又不及时。新城区砂层中粉细砂含量较多，空隙大，水分多，暴露时间过长则水分流失过大，土体干燥，空隙塌落，土体稳定性变差，同时流沙问题也会出现，并随着水分流失的增加而变得更严重。喷射混凝土施工中喷口距离土体表面很近，冲击力较大，土体面层容易出现稳定性不足，黏性下降问题。为了解决这一问题，在网片的内部铺着钢丝网，规格在0.5 mm×0.5 mm，防止砂土脱落，也能够在混凝土喷射时减少砂土流失，让喷锚效率更高[2]。

每一层开挖土方施工完成后，都要对桩间的砂土做好加固。围护桩的两侧要植入短钢筋，确保焊接水平。钢丝网要紧贴土层，设置在钢筋内部。钢筋外部放置钢筋网片，处理完成之后按照设计要求在表面喷射混凝土。喷头和护桩面距离保持在1.2 m左右，风压控制在0.5 MPa以下，喷射嘴保持90°喷射，喷头螺旋转动前移，后一圈要压住前一圈的1/3～1/2。喷射路线由下向上推移，前后两层喷射实践控制在60 min左右[3]。

新城区砂层地质中粉细砂土含量较高，水分含量较高，需要加强土体稳定性。深基坑开挖的施工速度势必因为这一情概况而降低，要确保喷锚面的质量，和土体整体的稳定性，减少施工面层细砂土的脱落。每层土方开挖都要做好支护工作，确保基坑结构整体稳定性。

4 基坑抗倾灌注桩工艺

基坑抗倾采用灌注桩工艺，灌注桩与预应力锚杆通过围梁形成挡土围护结构，该支护结构整体刚度较好，可以减小基坑变形。灌注桩通过预应力锚杆把支护结构的载荷传导给地层，有利于锚杆的稳定。工艺流程为：灌注桩施工→定位锚孔→钻孔→锚杆装设→注浆→再注浆→围梁→封锚。

钻孔灌注桩设备就位，清理成孔，钢筋笼吊装进入程控，混凝土输送导管完成安装，再次清理成孔，安装隔水栓等设备，将水下混凝土灌注进入孔中。灌注过程中每15 min要将导管上下动议动，控制好导管的水下混凝土的表面，不能剧烈翻滚，要缓慢上升。混凝土浇筑连续，不能有超过半小时的浇筑间隔。锚杆钻机的定位时间要准确，锚杆倾斜角度用专用罗盘校核之后，倾斜角度偏差不能超过2°，高度差在3 cm以内方可。钻孔时钻头和锚杆标识对准，空位偏差小于10 cm，钻进50 cm左右要完成一次钻孔方向的校正。准确控制钻孔的位置和角度。慢速插入锚杆，切忌扰动杆体。随着钢绞线一起将注浆管买到孔里，每隔半米钻两个朱建功，包扎小孔，防止注浆堵塞。首次注浆与第二次注浆间隔在10 h左右，注浆压力从低到高直到注不进为止，全程提高压力让浆向周围土体扩散。围梁要紧贴钻孔灌注桩，围梁基槽宽度要比围梁宽度大，留下一定的立模空间。模板拆除之后要完成回填。

5 基坑地下水控制措施

泵房位于渠道右岸侧，且排涝闸与泵站平行布置，若泵站与闸基同时开挖，需考虑基坑地下水控制。且泵站位于市区，南侧为江滨东大道，西侧为高架匝道，路边通讯，煤气，自来水管道密布，开挖时需与相关部门协调工作，保证施工安全。截水措施主要采取桩基外侧设置高压旋喷桩，桩径0.6 m，桩距0.8 m，高压旋喷桩长20 m，顶高程5.0 m，底高程-15.0 m。场地隔水层④淤泥层顶高程为-22.75 m，低于高压旋喷桩底部-15.0 m，为悬挂式截水帷幕。

0.1地层稳定性计算公式

(1)

式中:Kty为稳定性安全系数，Kty不应小于1.1；D为承压含水层顶面至坑底的土层厚度(m)，取19.15；γ范围承压含水层顶面至坑底土层的天然重度(kN/m')；对成层土，取按土层厚度加权的平均天然重度；△h为基坑内外的水头差(m)；设计降水至基坑下0.5 m；γw为水的重度(kN/m)。Kty=1.46，大于容许值1.1，基坑不会发生稳定问题。

0.2流土稳定性计算公式

(2)

式中:Kse为流土稳定性安全系数:安全等级为一、二、三级的支护结构，Ke分别不应小于1.6、1.5、1.4；D为截水帷幕底面至坑底的土层厚度(m)，取12.6；D1为潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的土层厚度(m)，取5.2γ′：土的浮重度(kN/m)；△h为基坑内外的水头差(m)，设计降水至基坑下0.5 m；γw为水的重度(kN/m′)。

Kse=4.6，大于1.6，不会发生流土稳定问题。

基坑基础高程-6.40 m，场地地下水位勘查时为0～1 m，③含泥中砂为中等透水层，本场地基坑开挖时其地下水主要来自地表、地下渗透，需采用降水措施，设计采用降水方案采取基坑内井点降水，分层开挖，逐层降水，降水井点管径0.06 m，排列间距0.8 m×0.8 m，距基坑边缘1.0 m。并确保基坑外侧地下水水位保持稳定。考虑附近建筑物距离较近，漏斗形降水曲线引起周围建筑物和地下管线基础的不均匀沉降，设计在场地外缘设置在靠近凤凰大厦侧，离基坑边缘10～15 m，设置一排回灌井点，在降水井点降水的同时利用回灌井点向土层中灌水，以消除降水所产生的影响。

6 抗水高压旋喷桩防护

砂层含水率较高并且周围容易有地下水渗入，因此采用高压旋喷桩防护确保砂层基坑稳定。高压喷射注浆用钻机把注浆管钻到砂层内的预设位置后，高压设备可以把浆液喷乳，经过对砂层的扰动冲切，钻杆以固定速度提升，浆液和土体颗粒搅拌在一起，浆液固定以后，土体之内形成圆柱形的固结体，可以止水防渗。

施工工艺如下：首先要进行钻机定位，预设好孔位，钻头对准孔位，先进行射水实验确保喷嘴畅通压力稳定。按照确定配比将水泥浆制备好，放入浆液贮存设备备用。用地质钻机在预设空位钻号孔，插管，借助喷射管的喷射力量或者振动力量进入孔中，可以避免喷嘴堵塞，也可以一边下管一边注水，防止堵塞。管口达到预设位置后，开始注浆，一边注浆一边旋转一边提升，达到预设的提升高度后可以停止。如果遇到部分砾石底层，要反复喷浆和搅拌。喷浆完成后因为浆液析水，干结之后会出现收缩，干结之后顶部出现凹陷，要采用水泥浆及时补灌。

7 基坑稳定性评价

基坑开挖深度范围内，其边坡岩土层主要为①杂填土、②淤泥、③含泥中砂，密实度及均匀性较差，抗剪强度一般，自稳能力较差；因此基坑整体稳定性较差，若未采取合理的支护措施，基坑边坡坡体在自身重力及其他外力的作用下，极易向基坑底部滑动，从而影响基坑的整体稳定。建议当设计确定基坑支护形式后，应根据其支护形式进行基坑局部及整体稳定验算。

本工程基坑底面以下主要③含泥中砂，其地基承载力与抗剪其地基承载力与抗剪强度一般，基坑施工时可能发生基坑底部隆起变形，应进行详细的基坑底抗隆起稳定性验算，根据实际选用设计所需的岩土参数。不满足抗隆起稳定性要求时应采取钻孔释放土层中应力、增加支护结构的嵌固深度或采取地基处理的方法增大基坑内土体的抗剪强度等抗隆起措施。

基坑北侧10 m为居民楼，西侧55 m为高架桥基础，南侧20 m为江滨东大道，东侧17 m为居民区，基坑施工将会对周边环境产生一定的影响，应做好基础施工监测，实行信息化施工、信息化管理，确保周边环境安全和工程本身的安全。

8 结语

新城区土层为砂层地质，含水率较高，导致地质结构稳定性较差。这些因素会影响到深基坑开挖工作，影响施工效率，带来安全问题，导致最终工程质量受损。为了确保深基坑开挖施工质量，可以根据新城区实际地质条件设计满足当地深基坑施工要求的工艺，通过在基坑周围渗透注浆，并增设网片和钢丝网等工序和设施，增加外部砂层土质的固结力，防止面层上的砂土脱落，解决新城区砂层地质深基坑施工的稳定性。通过深基坑施工时间，解决新城区砂层地质位置深基坑稳固性和喷锚面质量问题，可以为我国交通建设中砂层地质施工建设提供参考。