复杂地质环境下大型基坑支护与降水施工

张祥聪

(中铁十八局集团 建筑安装工程有限公司，天津市 300308)

在复杂地质条件下，受到地质水文条件以及工程项目特点的影响，基坑支护和降水施工的难度也会随之提升。钢支撑、围檩施工和锚杆支护等都是目前大型基坑支护中比较常用的支护方法，但在复杂地质条件下，仅凭一种支护方法，可能无法满足大型基坑施工的需求。采取钢支撑及围檩联合的施工方法，可有效解决地下水对基坑支护造成的影响。再采用科学的降水施工技术措施，可为大型基坑施工营造一个无水或者是水尽量少的条件，从而更好地保证施工质量。基于此，结合工程实例，展开对复杂地质环境下大型基坑支护与降水施工的研究。

1 工程概述

本工程位于仁昌路金钟街片区综合开发项目一区的西南角，锦绣丽城小区东南侧。拟建仁昌路(诚盛道—诚润道)段，沿道路自东北(诚润道)向西南(诚盛道)新建一排2 600 mm雨水管道，管道长度284.6 m，设置6 口雨水井(即Yb1、Yb2、Yb3、Yb4、Yb5、Yb6)。本工程Yb1、Yb2、Yb3、Yb4、Yb5、Yb6之间管道明开槽坑，现状地面标高2.345～2.726 m，地面整平后标高1.500 m，基坑深度约为5.57～6.54 m，基坑宽度5.84～7.34 m。案例工程施工范围为Yb1—Yb6基坑降水及土方开挖区域。

2 地质水文条件分析

2.1 工程地质条件

工程区地处海河流域冲积平原地貌区，地势平缓，总的趋势由西北向东南倾斜。地貌单元属滨海相冲积、海积低平原。土壤均为潮湿土，土层深厚，具有多异性特点。拟建场地位于天津市东丽区，场地现为施工便道和空地，地势平坦。勘察期间测量勘探孔口高程为1.80～2.10 m，平均值为1.90 m。在垂直方向上，因时代及成因的不同，造成了该场地地基土在水平方向均有一定的差异性，部分层位水平方向岩性略有差异。本工程地基土为人工填土层、④1 黏土层、⑥1 粉土层以及⑥2 淤泥质粉质黏土层，土质不均匀。

2.2 工程水文条件

根据本次勘察资料综合分析，该场地对本工程有直接影响的浅层地下水属孔隙潜水类型。其孔隙潜水主要赋存于①填土、④黏性土、⑥粉土及黏性土层中，⑦黏性土为相对隔水底板。天津地区多年的年平均降水量约为600 mm，年变化幅度多年平均值为0.80 m。年降水量主要集中在7—9月，占全年降水量的70%～80%，年最高水位期出现在8—9月，年最低水位期出现在4—6月，年水位平均变幅值为0.8～1.2 m。

3 钢支撑及围檩联合基坑支护施工的方法

3.1 架设围檩

架设围檩是本工程基坑支护的第一步，也是比较重要的一步，本工程钢支撑间距为3.4 m，围檩选择了双拼40b工字钢，钢支撑为φ299，t=14 mm钢管撑(见图2)。架设围檩时，先按照设计图纸的需求，焊接托架，然后在托架之上，焊接钢板桩腰梁。腰梁焊接完成之后，需要做好检查工作，保证每个钢板桩受力均匀，发现不均匀受力及时调整。腰梁和钢板桩之间的空隙宽度不能超过10 cm。当腰梁安装定位完成之后，采用强度不低于C30的细石混凝土填充密实，为下一步施工营造良好的条件[1]。

图1 围檩节点大样图

3.2 支撑施工

当腰梁施工完成之后，及时通过吊车吊运的方法，将支撑整体吊装就位。就位之后及时将支撑和腰梁焊接成一个整体,拉森钢板桩支护剖面图见图2。本工程深基坑施工中，回填顶面标高不能低于支撑中心标高50 cm以下，要严格按照设计要求进行分层回填压实，每层回填的厚度不应低于95%，然后再缓慢地拆除钢支撑。在钢支撑拆除过程中，为避免破坏基坑支护结构的稳定性和牢固性，先用吊车固定好支撑，随后切除和钢板桩之间的连接，最后缓慢吊出基坑。

图2 拉森钢板桩支护横剖面示意图

在钢管桩支撑腰梁施工中，为解决复杂地质条件对基坑稳定性造成的影响，钢材的牌号不能低于Q235B，焊条要选择E43型号的焊条[2]。钢板桩桩体在施工之前需要进行适当的调直处理，不能存在缺损、变形等问题。钢支撑安装的允许偏差见表1。

表1 钢支撑安装的允许偏差表

3.3 钢围檩、钢支撑防脱落措施

在复杂地质环境下大型基坑支护中，钢围檩、钢支撑施工时影响施工质量的因素比较多，钢围檩、钢支撑有发生脱落的可能。比如钢围檩通常直接放置在托架之上，安装和拆除都会引起钢围檩发生滑落[3]。此外，复杂地质环境下大型基坑支护周期比较长，钢围檩和钢支撑联合支护体系长时间暴露在空气中，会造成意外施工机械以及其他重物坠落到槽体中，引起支撑体系坠落，情况严重时会引起一系列的连锁反应，会导致支撑体系发生坍塌等事故。为解决这些问题，在钢围檩联合钢支撑基坑支护施工中，需要采取以下措施来避免钢围檩、钢支撑发生脱落问题。一是在进行钢围檩安装和拆除之前，要先用吊车钢丝绳扣紧钢围堰，然后由人工完成安装和拆除。可选择通长为L100×10的角钢顶住钢围檩，再将其焊接到托架之上，以保证钢围檩的稳定性[4]。这种方法能够有效避免钢围檩发生滑落问题。二是在复杂地质环境下大型基坑开挖时，每层土方开挖的深度应为钢支撑以下50 cm，在钢支撑下方垫上枕木等的钢支撑相关构件在基坑支护全部安装完成之后再及时撤除。三是在钢支撑的端头和钢围檩的接头位置需要设置一块挂板。采用厚度为16 mm的钢板和钢支撑、钢围檩焊接成一个整体，提升复杂地质环境下大型基坑支护的稳定性和牢固性，为后续工程项目的施工营造安全的环境[5]。

4 降水施工的目的和技术措施

4.1 降水施工的目的

在地处复杂地质环境下，基坑降水施工的主要目的体现在两个方面，一是通过基坑降水将基坑中的水位控制到基坑1.0 m以下的距离，以降低基坑中土体的含水量，便于基坑挖掘和后期基坑内的施工，提升基坑内土体边坡的稳定性，防止基坑内部发生土体滑坡问题；二是通过基坑降水，减少因为降水引起的地表沉降问题。

4.2 合理确定降水井的结构和数量

在案例工程基坑降水施工中，选择了大口径井降水施工技术，直径为800 mm，井管为φ500 mm无砂水泥管，井深基底以下4 m，沿着基坑单排布置，间距达到20 m[6]。基坑外观测井结构和降水井相同，井深基底4 m以下，相互之间的距离控制在50 m左右。井底到地面位置回填上级配良好的砂石滤料，滤料直径控制在2～4 mm，滤料顶至自然地面选用黏土封孔，而观测井成井要求同降水井[7]。在降水施工中，单井用水量计算如下：

(1)

式(1)中:q—单井的出水量,m3/d；

d—滤管的直径，本工程取值为0.1 m;

l—滤管的长度，取值为1.0 m;

k—渗透系数，k=27 m/d。

将这些数值代入此公式中，得出q=62.3 m3/d。

总涌水量Q的计算如下：

(2)

式(2)中：Q—井点系统总涌水量，m3/d；

K—渗透系数，取值为27 m/d；

H—含水层的厚度，本工程取值为10 m；

S—水位降低值半径，本工程取值为4 m；

X0—基坑下降半径，取值为52.02 m。

将这些数值代入到上述公式中，可知总涌水量为6 026 m3/d。

4.3 降水系统布置

距基坑开挖边线0.5 m处修筑挡水台0.1 m×0.2 m，基坑随开挖在坑内修筑排水盲沟，盲沟尺寸0.3 m×0.3 m，盲沟位于基坑中部位置。盲沟与降水井相连，每座降水井配置一座工具式集水箱，储量约2 m3，放置于施工路旁，坑内水经降水井抽入集水箱后，经三级沉淀最终排入现状污水管道[8]。本工程降水系统布置图见图3。

图3 降水系统布置图

4.4 降水施工和封井

在复杂地质环境下大型基坑施工是为基坑开挖提供服务的，在具体施工中，需要严格坚持分层降水、按需降水的原则，在保证开挖要求的基础上，尽量少抽地下水[9]。在降水运行之前，必须对基坑围护结构全部支护和封闭完成，否则降水会对周围环境造成较大影响。要严格按照开挖工况，做好提前抽水工作，尽量将水位控制在开挖面以下约1.0 m的范围中，降水运行阶段需要有足够备用水泵，以解决突发涌水问题。

4.5 封 井

当排水管施工完成之后，具备基坑回填条件时，要及时进行封井操作，尽量将基坑底部以上井管全部剔除，并在井内回填上优质黏土，到井管口以下约0.5 m的位置，等水量明显减少之后，用素混凝土回填剩余的0.5 m井管到井管口的位置[10]。管道施工结束之后，坑外井要及时进行封井处理。井内回填黏土到井管口以下2 m的位置，再回填素混凝土，井管口用钢板焊接封牢，具体的施工示意图见图4。

图4 坑外井封井示意图

5 结 语

综上所述，复杂地质环境下大型基坑支护与降水施工难度大，施工精度要求比较高，仅凭单一的基坑支护方法，可能无法满足施工要求。采取钢支撑及围檩联合基坑支护施工的方法，并做好降水施工，才能最大限度保证施工质量。尤其是在降水施工中，所有降水井均应在围护闭合才能施工。在降水井施工时，靠近支撑部位的坑内的降水井，应尽量靠近混凝土支撑的格构柱，避免后续基坑开挖过程中的碰撞，便于后期工序顺利进行。