大型通道工程深基坑支护及降水施工技术

　　摘要：深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定，而且要满足变形控制要求，以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等的安全。经比较分析在主通道及泵房采用钻孔灌注桩作为支护结构，支护外侧采用桩间高压旋喷止水;开挖深度较小处采用自然放坡及自钻式花管土钉墙作为支护结构，坡面作挂网喷锚处理;主通道开挖深度11m，泵房的开挖深度14.0m，降水方法拟采用深井降水。深井井点主要布置在主通道和泵房及U型槽开挖深度5.0m以上的地段，5.0m以下浅地段根据需要在基坑两侧布置两排轻型井点。保持基坑内地下水降至坑面以下1.0m，使坡面、坑内作业面的干燥。

　　关键词：深基坑;支护;降水;监控量测

　　1.概况

　　1.1工程概况

　　南京过江通道江北段迎宾大道位于南京市浦口区珠江镇规划区中部，为南京城市快速内环线南线—纬七路的过江通道连接道路，西北—东南走向，西北端为起点，与合宁高速及浦珠路道口相接。

　　本工程位于丰子河西岸，分为主通道及引道。主通道结构总长度为64.1m，结构分为3段，每段长21m左右，采用四孔钢筋砼闭合框架结构，开挖最深处11.0m;在通道的最低点西侧设计一座全地下式立交排水泵站，开挖深度达14m，引道连接主通道，为U型槽结构，道路交叉口四角分别设置一人行通道。基坑开挖深度5-14m，最大开挖宽度69.4m，长度250m。基坑周边环境较好，四周空阔，主通道东南侧为一11万伏高压铁塔，基础采用天然钢筋砼独立基础，基础埋深约3.7m，位于放坡开挖范围内。

　　1.2工程地质概况

　　丰子河通道离长江最近距离仅有1.5km，地下水位较高并属软地基。常年有水，平均水深1.8m，地质状况复杂。整个场区地层主要为：①层素填土，主要由粘性土组成，夹约20%的碎砖瓦等生活垃圾及植物根茎等杂物，土质不均匀，呈软塑状态，层厚0.40～3.3m，层底埋深0.40～3.3m。②-1层亚粘土，以软塑状态为主，局部硬塑，中压缩性，该层层厚0.3～2.4m，层底埋深1.5～3.5m;②-2层淤泥质亚粘土，为饱和，流塑状态，局部夹薄层亚砂土，中高压缩性，层厚1.5～14.50m，层底埋深2.5～17.00m;②-3层淤泥质亚粘土夹薄层粉砂，为饱和，流塑状态，粉砂呈薄层状，层厚1.0～4.0cm，呈千层饼状，中高压缩性，层厚0.9～11.6m，层底埋深3.3～24.5m;②-3a层粉砂，饱和，松散～稍密状态，局部夹薄层亚粘土，以硅质砂砾及石英砂砾为主，中压缩性，该层层厚1.4～7.9m，层底埋深5.00～16.00m;②-3b层粉细砂，饱和，稍密～中密状态，局部夹薄层亚粘土，以硅质砂砾及石英砂砾为主，中低压缩性，该层层厚4.90～15.5m，层底埋深19.00～27.50m;②-4层亚粘土，以软塑状态为主，局部硬塑，部分地段夹淤泥质亚粘土团块，呈流塑状态，局部夹薄层粉沙，中高压缩性，干强度中等，韧性中等，该层层厚5.00～15.70m，层底埋深19.00～37.30m。

　　2.深基坑支护类型选择

　　深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定，而且要满足变形控制要求，以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等的安全。经比较分析在主通道及泵房采用钻孔灌注桩作为支护结构，支护外侧采用桩间高压旋喷止水帷幕;开挖深度较小处采用二级或三级自然放坡及自钻式花管土钉墙作为支护结构，坡面作挂网喷锚处理，放坡坡脚采用木桩加固。

　　2.1止水帷幕施工

　　在靠近丰子河一侧布置335m双排直径50cm的水泥搅拌桩作为止水帷幕，双排桩间距40cm，单排桩咬合15cm，设计桩长15m。具体的施工方法如下：

　　⑴测量人员根据设计放出桩位，搅拌机械与桩体对位，钻头对准设计桩位。

　　⑵下钻：预搅下沉，开动提拌机和空压机，按预定工艺速度旋转钻进，扰动拌合加固土体，下沉钻进应根据土质软硬，选择档次，时时注意电流的变化，及时换档;当慢档下沉或搅拌时，电流过大，应查清原因，避免损坏转盘，变速箱或钻杆。

　　⑶钻进结束必须进行到设计标高后停钻。

　　⑷提升旋转喷射，要求达到提升速度和充分拌合均匀，提升速度应严格控制，提升喷粉搅拌时不能使用快档，应选择慢档提升，保证搅拌均匀，要求每提升15mm，搅拌轴转动不小于1圈;重复搅拌时也应严格控制下降和提升速度。

　　⑸重复上下搅拌，为使软土和固化剂充分搅拌均匀，可按提升要求的复搅深度进行搅拌，复搅必须进行不能以喷浆搅拌代替复搅。

　　⑹清洗，每根桩完成后应清洗干净全部管路中溅存的水泥浆及黏附在搅拌头上的软土，一般每制桩20根左右清洗一次管道。

　　⑺送灰时应注意电子秤的显示，随时调整阀门，风压，保证送灰量的准确性。

　　2.2坡面喷锚支护

　　喷锚网支护技术(新型土钉)原理是利用沿途介质的自承能力，借助锚杆与周围土体的摩擦力和粘聚力，将外部不稳定土体和深部稳定土体联在一起，形成一个稳定的组合体。锚杆端部互相连接的喷射混凝土面板，由于紧密嵌固于土体中，它不仅能很好的调节锚杆相互之间的应力分布，而且可以很好的起到防水作用。一是防止水冲刷边坡给基础施工带来不便，二是可以有效地防止地下水的渗漏，避免周围地面沉降，影响建筑物的安全。

　　喷锚网由于采用水平压力灌浆新技术，大大加强了地面的承载能力。重型施工机械、车辆可在边坡地面任意行走。喷锚网支护方法的施工不单独占用施工工期，它和土方开挖同时进行，边开挖边支护，无污染，噪声低。到最后的收口时，灵活机动，可以开口放坡、降低马道或者台阶开挖，以便最大限度提高开挖功效，但土回填马道后，再用锚杆将出口加固复原，对边坡无任何影响。

　　图一基坑坡面支护平面图

　　2.2.1锚杆参数设计

　　由于基坑环境不同，深度不同，自钻式花管土钉采用采用Φ48×3.5(5.5)钢管制成管壁钻孔沿长度方向每0.25m1个，沿管壁周长均布3个，梅花形布置，孔径Φ6-8，孔口加焊护孔倒刺，采用极限平衡法计算分析基坑边壁整体稳定性和锚杆参数。计算条件：

　　⑴考虑土体为变形体，锚杆同时受到抗拉和抗剪作用

　　⑵荷载为土体自重、地面建材堆载等对基坑边壁产生的侧向压力，不考虑地下静水压力作用。

　　⑶计算极限平衡条件下所需总锚固力和总不平衡力矩。

　　⑷分析局部稳定性、施工过程稳定性和整体稳定性。

　　2.2.2网喷砼护面设计

　　网喷砼护面的作用主要是限制锚杆之间土体的变形，将土体侧压力有效地传递给锚杆，并调整相邻锚杆的受力状态。根据全长注浆锚杆的受力分析，锚头和面层受力较小，面层的厚高不必太厚。

　　本工程钢筋网片由Φ14@1000mm钢筋插筋固定，钢筋网顶部水平覆盖宽度500mm。

　　喷射砼配合比为：水泥:砂:石:水=1:2:2:0.5，喷射压力为0.3-0.5MPa。

　　2.2.3注浆设计

　　因为注浆砂浆体的强度远比土体强度为高，因此土层锚杆设计中砂浆体强度不是控制参数。锚杆注浆全部采用孔底加压注浆，注浆压力为0.5-0.8MPa。注浆配合比：水泥:砂:水=1:0.5:0.45。

　　3.深基坑降水方案选择

　　根据施工经验，基坑或沟槽开挖时，采用明排法降水难以达到干燥环境作业的要求，必须采用井点降水等措施，才能保证施工期间地下水位降至施工作业面以下0.50m。主通道开挖深度11m，泵房的开挖深度14.0m，降水方法拟采用深井降水。深井井点主要布置在主通道和泵房及U型槽开挖深度5.0m以上的地段，5.0m以下浅地段根据需要在基坑两侧布置两排轻型井点。

　　3.1基坑涌水量

　　设计计算采用“大井法”，选用公式为定水头补给边界稳定流潜水完整井计算公式，具体公式为：

　　式中：Q总—基坑总涌水量m3/d;

　　K—潜水含水层综合渗透系数m/d，本次计算取6.5m/d;

　　H—含水层厚度m，本次计算取24.50m;

　　S—水位降深m，本次计算取15.0m;

　　d—基坑和丰子河之间的距离35m;

　　r0—基坑引用半径m，本次计算取74.33m;

　　3.2降水管井深度

　　由于②-4层在本地段分布稳定，且厚度5.0～15.7m，是潜水和微承压水之间良好的隔水层，同时该层埋深在25.0m以下，因此，本次降水设计时降水井采用潜水完整井，深度为25.0m。

　　3.3降水井数量及布置

　　单井出水能力：

　　降水井数量：

　　图二降水井及观测井成井结构图

　　图三基坑降水井及观测井平面布置图

　　3.4降水井施工

　　成井质量是降水设计方案成败的关键。因此，施工前制定统一的成井质量标准，技术人员现场指导把关。特别对下列工序进行严格控制：

　　成孔：本次施工选用正循环回转钻机进行钻进成孔，确保成孔孔径大于800mm。

　　泥浆护壁：严格控制泥浆比重和粘度，泥浆比重1.2～1.6，粘度控制在17～18s。

　　换浆：成孔后，一定要认真换浆。换浆后泥浆比重<1.10。防止泥浆过厚影响出水，同时应防止泥浆过稀，造成塌孔事故。

　　井管：本次降水，从上到下全部采用混凝土管作为井管，井管质量从严把关，确保成井的正常使用。

　　滤料：严格按照含水层颗粒分析资料选择滤料。并满足填砾石数量要求，保证充盈系数≥1.2。

　　洗井：采用水泵洗井，反复进行，直到满足洗井前后两次涌水量差值<10%，水中含砂量<1/30000。出现井内涌沙现象时，立即报废此井。

　　3.5降水运行

　　采用QS50-40-7.5型潜水泵，其具有性能稳定、出水量大、维修方便的特点。

　　⑴每口井在第一次试抽水时，记录抽水的时间与单井出水量，然后测定动水位的深度，观测停抽后的水位恢复情况，当水位上升幅度相对较快时，断定洗井有明显效果，该井可作为正式降水井使用;否则，重新洗井，直到满足要求为止。

　　⑵正式降水在基坑开挖前15天进行。在整个降水运行过程中根据开挖的进度，保证水位下降的幅度，即始终将地下水位控制在开挖面以下2.00m左右。

　　⑶降水运行期间(开挖前20天至回填)，实行24小时值班制，值班人员做好各项记录，做到准确齐全。

　　⑷降水运行过程中对降水运行的记录，及时分析整理，绘制各种必要图表，以合理指导降水工作，提高降水运行的效果。对停抽的井应及时测量水位，每天1～2次。

　　4.监控量测

　　监控量测是支护设计中的重要组成部分。通过监测手段可随时掌握基坑周边环境的变化及支护土体的稳定状态、安全程度和支护效果，为设计和施工提供信息。通过信息反馈体系，可及时修改支护参数，改善施工工艺，预防事故发生，本工程基坑设以下监测项目：

　　⑴支护结构侧向位移(侧斜)：共布置29根侧斜管，侧斜管深度垂直支护段应超过支护桩桩底标高3m，放坡支护段应超过基坑底标高5m。

　　⑵支撑轴力量测：选择3根钢管支撑均进行量测，采用反力计进行钢管支撑轴力量测。

　　⑶高压铁塔沉降检测：对高压铁塔4个塔腿基础布置沉降观测点。

　　⑷地下水位监测：利用降水井或侧斜管进行地下水位的监测，共设置25个观测点。

　　通过对监测数据的统计，绘制沉降时程曲线，分析沉降过程趋势和各测点的不均匀沉降量，进一步优化支护方案。

　　5.结语

　　丰子河下穿通道地下工程施工面积大、地质条件复杂、环境保护要求高、施工难度大、工期紧，针对以上情况以及基坑开挖深度的综合考虑，通过对围护结构施工质量严格控制及降水和挖土方案的逐层优化，成功解决了大面积深基坑在没有任何水平支撑情况下的施工难题，既确保了围护周边的环境和围护结构的安全，又满足了工期的要求。

　　参考文献

　　1余志成，施文华.《深基坑支护设计与施工》：中国建筑工业出版社，1999

　　2《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)

　　3《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-99)

　　4《建筑与市政工程技术规范》(JGJ/T111-98)

　　5《建筑与市政工程降水技术规范》(JGJ/T111-98)

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