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广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2013年4月 第4期 APR 2013 No．4 基坑施工问题处理的若干实例与分析 朱爱国 （广东省建筑设计研究院广州510010） 摘要通过对几个基坑施工问题处理实例的讨论分析，提出了解决的思路和方法，包括深厚淤泥层中支护结构局部整体 滑移的基坑抢险加固措施；地下水位以下深厚中粗砂中预应力锚索成孔过程中减少涌水涌砂的措施；兼做地下室外墙的地下连 续墙内倾露筋的原因分析及解决方法等，供设计和施工参考。 关键词深厚淤泥； 抢险加固； 涌水涌砂； 地下连续墙钢筋保护层 Examples and Analysis of the Solution of Foundation Pit Construction Zhu Aiguo The Architectural Design and Research Institute of Guangdong ProvinceGuangzhou 510010，China） AbstractThis paper analyzes the common problems and corresponding solutions of few excavation examples. It includes the pit emer- gency reinforcement measures of supporting structure with local overall slip in deep silt layer；the measurement to reduce water and sand gushing during the anchor into the hole of the prestress that below the water table and deep in the sand；analysis and solution of the di- aphragm wall of the basement wall that introversion exposed tendons，for reference. Keywordsdeep soft soil；rescue and reinforcement；water and sand gushing；diaphragm wall concrete cover 1概述 现在的建设工程中不设基坑的项目已经很少， 浅至1～2m基础承台的开挖，深至40～50m的地铁车 站、大型锚碇的开挖，都成为常见的基坑工程。 但是 由于地质条件和周边环境的千变万化，也导致了基 坑支护型式、施工方法、监测和检测手段的多种多 样，而从事基坑工程的技术人员的专业背景、经验积 累和工作区域的不同，也带来了对基坑工程的理解 和认识的不同。 本文归纳了几个与基坑工程有关的问题，并对 其进行讨论分析，望能给同行传达一些有益的信息。 2几个基坑工程设计、施工的常见问题 2.1深厚淤泥层中支护结构出现整体滑移的问题 某工程基坑位于深厚淤泥（质）土层中，由于淤 泥层厚度较大，主要支护结构未穿透淤泥层，典型设 计剖面如图1所示。 在基坑开挖到底后，坡顶有大量堆载和重型车 辆行驶的部分区段，出现较大的的沉降变形，坡顶的 临时道路出现裂缝， 裂缝处沉降量和位移量均超过 10cm，说明支护结构出现了整体滑移的迹象，需要 采取必要的加固措施控制支护结构的变形。 ⑴临时加固措施 对出现整体滑移的支护结构最快速的临时加固 措施就是坡顶卸载和坡底回填反压， 于是马上清理 基坑坡顶的堆载，并禁止重载车辆在坡顶通行，同时 根据坡顶裂缝位置距离基坑边约20m以及淤泥层厚 度情况， 可基本确定整体滑动圆弧的半径约为25m， 回填反压的范围应该在基坑底往外约20m范围，最初 水泥搅拌桩格栅式加固 推测滑动圆弧线 f500管桩 1道预应力锚索 底板和侧墙 7700 2500 108501800020000 4600 1600 8500 8700 35005200 234008100 淤 泥 质 土 层 粉 细 砂 水泥搅拌桩止水帷幕 钢花管 图1深厚淤泥中设计剖面 24 图3双动力头双管套管 钻具构造示意图 双动刀头 冲击器 外套管 进风口 内钻杆 地层 图2深厚中粗砂中设计剖面 钢筋土钉 f12001400支护桩 底板和侧墙 f800三管旋喷桩 喷射混凝土护面 9200 30002300 1900 28008260 900 650043006700 1750012000 第1道预应力锚索 15 第2道预应力锚索 可塑粘土 可塑粘土 粉质粘土 可塑 中粗砂 中密 粗砂 中密 粉质粘土 可塑 朱爱国 基坑施工问题处理的若干实例与分析APR 2013No．42013年4月第4期 预估回填土方的厚度可能需达到2m以上，但实际操 作过程中，回填厚度达到1.5m左右时基坑变形就已 基本稳定，但回填反压为临时措施，下一步承台底板 的施工还要把回填的土方挖掉，因此需要采取进一 步支护结构加固措施以保证基坑的长期稳定。 ⑵长期稳定加固措施 首先根据回填的反压土方量计算其所能提供的 抗滑力，单宽（1m宽）抗滑力FGm，式中G为1m 宽反压土方的重量，其容重取18kN m3，则20m长、 1.5m厚的单宽反压土条重量为540kN；m为滑动面 的摩擦系数，取0.3（在淤泥层中偏于保守）。 进而可 以计算出单宽反压土条所提供的抗滑力为162kN。 在进行加固设计时，考虑基坑按一级设计，则还要乘 以重要性系数g＝1.1，即加固后的支护结构需要提供 的抗滑力约为每延米180kN。 长期加固措施采用桩锚支护，在紧贴被动区加 固搅拌桩的外侧设置1排f8001600钻孔桩，要 求穿过淤泥层进入较好地层3m以上，桩顶设置800 800混凝土冠梁， 同时设置1道间距1.6m的大角 度预应力锚索。 在进行设计计算时，将抗滑力作为 集中力作用到支护桩的外侧，根据被动区加固的深 度情况，将集中力模拟成两部分分别作用到桩顶往 下1m和5m的位置。基坑深度按1.5m考虑，再根据 理正深基坑计算软件得到支护桩的配筋和预应力锚 索的拉力，以及支护桩的位移。计算结果表明，预应力 锚索的拉力约350kN，支护桩顶最大位移约10mm。 2.2深厚中粗砂层中预应力锚索成孔施工的问题 海口某工程基坑在开挖深度范围内分布有深厚 中粗砂层，在50m深度范围内没有可供锚索锚固的 岩层，由于基坑范围较大，工期较紧，且需要控制造 价，只能采用桩锚支护，典型设计剖面如图2所示。 在基坑开挖到地下水位以下后，预应力锚索需 要在中粗砂中成孔，施工中会出现大量的涌水、涌砂 情况。由于基坑上部采用土钉墙支护，锚索涌水涌砂 后会造成土钉墙局部崩塌的情况， 与工程邻近的基 坑就出现了上述问题。 减少锚索成孔过程 中涌水涌砂的常用措施 主要如下①提高锚索的 开孔标高，减小地下水位 水头差；②采用金刚石 （合金）全套管回转钻进； ③采用双动力头双管套 管跟进钻进［1］，其构成特 点是具备双动力头钻机， 套管在钻孔过程中一般 以与中心钻具相反方向 进行回转，其钻具组成原理如图3所示。这种工艺方 法由于套管在钻进过程中进行回转和跟进， 使得钻 孔深度可以较大，对地层的适应范围也较广，可在粘 土、淤泥质、砂层或流砂地层钻进，也可在松散、破 碎、堆石体等岩石地层中采用风动潜孔锤钻进。 但对于无可避免地需要在地下水位下成孔的锚 索，即便是采用双动力头双管套管跟进钻进，还是不 可避免地会出现涌水涌砂， 只是由于采用双管双动 设备成孔阻塞了大部分涌水砂通道， 且缩短了成孔 时间，使得涌水涌砂量比常规方法成孔有所减少。在 此基础上若要进一步减少锚索成孔过程中的涌水涌 砂，就要有效降低锚索成孔时的地下水位。 在调查了附近类似地段基坑降水对周边环境的 影响情况并汇总分析后发现， 由于地下水位埋深较 大，一般在地面下6～7m，且地下水位以上的地层均 为可塑状粉质粘土层，砂层一般是中密以上的中粗砂 层，地下水位降低4～5m对周边环境影响有限。 因为 受降水影响而产生压缩的地层主要是中粗砂层，一 般情况下中密以上的中粗砂层中的土壤颗粒接触紧 密， 孔隙水流出后造成失水地层有效应力的增加进 而引起的地层压缩变形非常有限，经调查一般不超过 10mm。 鉴于此，设计人员专门在止水帷幕外侧设置 了专为预应力锚索成孔使用的减压井，锚索施工前将 地下水位降至锚索开孔标高以下约1m深度，再进行 预应力锚索施工，然后停止减压井的抽水作业。 但需要注意的是， 由于预应力锚索注浆时的压 力很高，因此其自由段要较长，最好采用双管双动设 备成孔， 以确保二次高压注浆过程中水泥浆不会进 入降压井内将其堵塞。 25 图4地下连续墙兼做地下室外墙设计剖面 800厚地下连续墙 钢构柱桩基础 钢构柱 混凝土支撑 冠梁 导墙 腰梁 内衬墙 800012200 2300 1000 8900 62001600490010009900 填砂 淤泥 中粗砂 砂质粘性土 砾质粘性土 ZK42 广东土木与建筑APR 2013No．42013年4月第4期 2.3地下连续墙兼做地下室外墙遇到的问题 深圳某工程在基坑开挖深度范围内分布有深厚 的吹填砂层和中粗砂层，由于靠近海边因此地下水 量很丰富。 另外基坑开挖深度也较大，周边分布有 市政道路和地下管线需要保护。为了确保止水效果， 同时降低支护结构造价，设计采用地下连续墙挡土 止水并兼做地下室外墙1道钢筋混凝土内支撑的 支护型式，典型设计剖面如图4所示。 在基坑开挖完成后，观察地下连续墙接头位置 的渗漏情况，由于采用工字钢刚性接头，出现渗漏水 的情况很少；对地连墙墙体完整性采用声波透射法 进行检测，结果符合要求。 但有多幅连续墙出现内侧 露筋和向内侧倾移超过10cm的情况，向外侧倾移的 情况几乎没有。 根据这种情况，质检人员对地连墙外侧的钢筋 保护层厚度提出了质疑并要求进行检测，但目前国 家和广东省的地基基础检测规范均没有与地连墙外 侧的钢筋保护层厚度检测相关的条文，于是质检人 员要求在地连墙外侧重新施工旋喷桩或高压注浆对 地连墙外侧钢筋保护层进行加强。 ⑵质检人员所提出问题的解决 首先分析地连墙出现向基坑内侧倾斜和露筋的 原因，经调查，原施工单位担心在地连墙成槽过程中 出现塌孔，进而威胁周边市政道路和地下管线安全 的情况发生， 因此在地连墙外侧预先施工了单排水 泥搅拌桩，桩长约10m，穿过上部吹填砂层一定深度。 在施工单位向设计人征求施工搅拌桩的意见时，设 计人根据以往类似工程经验明确表示了反对意见， 且业主也不对搅拌桩的施工给以费用。 但施工单位 认为自己有类似场地的施工经验，坚持施工了水泥 搅拌桩，结果基坑开挖完成后，发现部分地连墙槽段 内倾露筋。 其原因一是水泥搅拌桩施工时不能保证 桩身完全垂直，二是地连墙成槽、钢筋笼吊放时外硬 内软，一旦发生偏斜则很难纠正。 这种情况在康王路 某工地也出现过，当时是在地连墙外侧打设了单排钢 板桩以保护地连墙成槽过程中临近建筑物的安全。 质检人员提出的要求如何解决， 地连墙的外侧 是否需要重新施工旋喷桩或者高压注浆对地连墙外 侧钢筋的保护层进行加强， 因无法在基坑内侧检测 到地连墙外侧钢筋保护层厚度， 也不可能在地连墙 上进行破坏性穿洞， 要求既能看到钢筋又能测到钢 筋保护层， 同样也不可能在地连墙外侧开挖一个检 测坑来进行检测，以上这些都是难题。而且所有的检 测规范都没有对地连墙外侧钢筋的保护层提出检测 要求，就如同对支护桩、工程桩的钢筋保护层没有检 测要求一样。 它是隐蔽工程，无法直接检测，只能靠 施工单位严格依照施工规范的要求进行施工， 靠监 理单位对整个施工过程的严格监督， 确保每一步的 施工工艺都符合规范要求来保证地连墙的施工质 量， 同时也就保证了地连墙外侧钢筋的保护层厚度 可以满足规范要求。 因本工程地连墙基本上发生的都是内倾， 若成 槽宽度和钢筋笼制作宽度没有问题， 则发生内倾的 地连墙应为内侧钢筋保护层厚度小了， 相应的外侧 钢筋保护层的厚度大了， 所以也就无需对地连墙外 侧的钢筋保护层进行检测，也无需在地连墙外侧重新 施工旋喷桩或者高压注浆对其外侧钢筋保护层进行 加强。另外从一道内支撑的地连墙受力角度来分析， 从基坑底一定深度往上直到地连墙顶， 地连墙所受 到的弯矩都是内侧弯矩，外侧弯矩近乎为0。 即便地 连墙外侧的钢筋保护层厚度不足， 若干年后出现了 一定的锈蚀，也不会对地连墙的受力性能造成影响， 基坑内侧的地连墙钢筋保护层厚度足够， 因地连墙 内侧还施工200mm厚的钢筋混凝土内衬墙。 3结论 3.1在深厚的淤泥（质土）层中的基坑支护设计，一 般都需要有刚性围护结构穿透淤泥层进入好土层一 定深度，才能保证基坑的整体稳定性。 3.2在地下水位较高的深厚中粗砂中施工预应力 锚索，即便采用先进的成孔工艺，也很难避免成孔时 涌水涌砂事故的发生， 只有有效降低地下水水位才 是保证顺利成孔的关键。 （下转第32 页） 26 广东土木与建筑APR 2013No．42013年4月第4期 3.3孔压水压力分析 图5为塑料排水板、袋装砂井处理软基随堆载 过程软土层中上、中、下及下卧层孔隙水压力变化曲 线，可知两种排水通道在处理软基中孔压变化均随 堆载过程起伏变动。 其中塑料排水板处理软基时孔 压起伏较小，堆载后孔压很快消散，充分说明塑料排 水板的排水效果良好，孔压随堆载而消散。 而袋装 砂井处理软基时，孔压有较明显的起伏，堆载前期以 及堆载较大时，可明显看到孔压上升，之后再缓慢消 散，消散期也较长。 这一现象同时也说明袋装砂井处理软基时能更 好地符合有效应力原理，堆载时首先由孔压承担荷 载，之后随孔压消散，土体有效应力增加。 塑料排水 板处理软基时，孔压随时都在消散。 在现场打设时 也看到这种情形，在塑料排水板施工时，排水板打设 后立刻就有地下水从排水板排出， 而袋装砂井打设 时则见不到。 对比两种孔压消散情况可知，袋装砂井 堆载处理软基应注意堆载大小及速度，每级堆载都应 由动态监测数据来指导，避免单级荷载过大或孔压尚 未消散便施加下一级荷载。 而排水板处理软基时，由 于孔压消散较快，施工时配以监测数据，荷载可分多 级连续加载， 因此采用塑料排水板施工可明显缩短 工期，取得一定的经济效益。 但目前有研究表明塑料 排水板处理软基由于排水速度较快， 特别对于上层 软土由于排水得到固结，容易形成硬壳层，阻碍深层 地基的排水固结，这是设计计算中没考虑到的问题。 4结论 本文通过对比同一软基处理施工中采用两种排 水通道的软基处理效果，可以得到以下结论 ⑴塑料排水板处理软基相比于袋装砂井，如果 间距安排适当，可以起到更佳的效果，地基总沉降量 略大于袋装砂井处理地基。 ⑵对于塑料排水板处理软土地基， 软土固结达 到预定沉降的时间比袋装砂井所需时间要小，可以提 升工程效率，但袋装砂井更符合目前设计计算结果。 ⑶塑料排水板处理软基孔压消散比袋装砂井 处理快，可以减少施工工期，但如果排水过快上层软 土固结后形成硬壳层， 在一定程度上会阻碍深层土 体的固结。 ⑷袋装砂井在设计计算中跟目前的计算方法 和公式比较接近， 而塑料排水板的设计可以做进一 步研究，使之更加符合现场施工情况。 参考文献 ［1］ 张雅丽，王志权.塑料板排水预压法加固软基效果分析 ［J］.岩土力学，2002（5） 訳塑料排水板 -50 -40 -30 0 -10 -20 10 20 30 中 上 下 荷载 09-0710-0711-0612-0601-0502-04 日期 孔压kPa 荷载kPa 荷载曲线（5kPa） 图5两种处理后的软基孔压变化曲线 訴袋装砂井 荷载曲线（5kPa） -50 -40 -30 0 -10 -20 10 20 30 中 上 下 荷载 荷载kPa 孔压kPa 日期 09-0710-0711-0612-0601-0502-04 3.3地下连续墙兼做地下室外墙时，由临时结构变 为永久结构会带来一系列质量检测方面的问题需要 特别注意；另外盲目采用地连墙成槽保护措施，效果 可能适得其反。 作为岩土工程从业人员，需要积极吸取事故工 程的经验教训，突破常规，勇于创新设计理念和设计 方法，只有这样才能使设计水平得到不断提高，基坑 支护工程才能做到更安全、更经济，施工更便捷。 参考文献 ［1］JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程［S］ ［2］DBJ 15-60-2008建筑地基基础检测规范［S］ ［3］SJG 05-2011（深圳市标准）深圳市基坑支护技术规范［S］ （上接第26 页） 32