截水帷幕在某基坑工程中的應用

廖文智

(閩武長城建設發展有限公司,福建 福州 350013)

深基坑開挖時如何有效控制地下水,是確?；邮┕ぐ踩闹饕蝿誟1]。采用截水帷幕截水是控制地下水的常用方法,在現有規范中也有要求對地下水的滲流穩定性進行計算?，F有多篇文獻對止水帷幕的施工及工作機理進行了研究。但各文獻都是深大基坑,建設方及施工方都會高度重視,且多數止水帷幕均穿過透水層進入隔水層,而在實際工程中經常會有在深厚含水層中且基坑深度不深的基坑,基坑周邊較近處又存在淺基建筑物。由于基坑較淺,建設方及施工方對地下水控制不重視。若截水帷幕穿過透水層進入隔水層,在經濟上會造成浪費;若采用懸掛式截水帷幕,則必須計算取值正確截水帷幕長度。本文通過典型的基坑工程實例,分析在深厚透水層中開挖較淺基坑采用懸掛式截水帷幕設計時平時容易忽略的點及在整個施工過程中的注意事項。

1 工程概況

該工程位于某街道,場地位于沖洪積平原地貌單元,原已建物尚未完全拆除,待基坑開挖時該建筑將被全部拆除,距離場地西側約5.0 m外均為2～6層磚混結構民房,距離南側約2.0 m為生產廠房,基礎型式為淺基獨立基礎,東西兩側均有一水泥便道,交通較便利。

本場地現場整平高程為19.0 m。本基坑工程為一層地下室,基坑開挖至承臺墊層底時,基坑開挖深度為4.8～5.7 m。

1.1 工程地質條件

根據本次鉆探結果,場地上部為素填土、泥質細砂和卵石,中部為燕山期二次侵入的花崗巖風化層,下伏基巖為燕山期二次侵入的花崗巖。巖土體物理力學參數見表1。

表1 巖土體物理力學參數

1.2 水文地質條件

本場地位于沖洪積平原地貌單元,場地全部鉆孔均有揭示地下水。②泥質細砂和③卵石中的孔隙型潛水,透水性較好,富水性一般,補給來源主要為大氣降水和水頭位置較高的同一含水層的側向補給,其水位動態受季節影響變化較大。根據地區經驗,②泥質細砂的滲透系數約在3 m/d,③卵石的滲透系數約在50 m/d?；◢弾r風化層中的裂隙型潛水,其透水性差,富水性一般。根據地區經驗,④砂土狀強風化花崗巖的滲透系數約在1 m/d,⑤中風化花崗巖的滲透系數約在0.5 m/d?？辈炱陂g場地初見水位埋深在3.2～3.8 m之間,標高為15.64～15.93 m,穩定水位埋深在3.0～3.5 m之間,標高為15.84～16.23 m,地下水年水位變化幅度約為0.5 m。通過調查附近民用鉆井資料,可知場地3～5年最高水位標高約為16.50 m,歷史最高地下水位標高約為19.00 m。

2 原支護方案及存在問題

2.1 原支護方案

根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120—2012)[2]要求,通過計算比較,基坑截水型式可采用懸掛式截水帷幕。根據式(1)計算截水帷幕進入基坑底的插入深度,其中潛水位采用勘察報告提供的穩定水位值,基坑開挖深度取最深處,即5.7 m。計算得到截水帷幕進入基坑底的插入深度為2.3 m,根據計算結果,設計截水帷幕總長為8.0 m。

(1)

式(1)中,ld為截水帷幕在坑底以下的插入深度,m;D1為潛水面或承壓水含水層頂面至基坑底面的土層厚度,m;γ′為土的浮重度,kN/m3;Δh為基坑內外水頭差,m;γw為水的重度,kN/m3;Kf為流土穩定性安全系數,安全等級為一、二、三級的支護結構,Kf分別不應小于1.6、1.5、1.4。

根據勘察報告提供的基坑周邊鉆孔的地層信息,截水帷幕均在稍密的泥質細沙層中,故在基坑外側布置單軸攪拌樁作為截水帷幕。整體采用“排樁+內支撐支護+單軸攪拌樁”截水帷幕支護。單軸攪拌樁在卵石層面層?；诱w采用“排樁+鋼筋混凝土”內支撐?；咏邓捎镁c降水,設置回灌井。

2.2 存在問題

施工單位根據設計圖紙施工圍護樁及截水帷幕。在施工單軸攪拌樁截水帷幕過程中,由于實際地層卵石面有起伏,攪拌樁無法在中密卵石層施工,部分攪拌樁未達到設計圖紙長度,截水帷幕僅施工至卵石層面。施工單位未及時通知建設及設計單位,在施工完圍護樁、截水帷幕及內支撐后,施工單位開始對基坑進行抽水并分層開挖?；娱_挖時正值雨季,工程所在地連續兩周下大雨,施工單位擔心雨水回灌故加大了基坑的抽水量。雨停后基坑周邊出現多處下沉裂縫,且基坑側壁局部也發生了流土現象,基坑周邊淺基房屋墻壁產生裂縫。地面沉降裂縫寬約20 mm,高差約80 mm,基坑周邊磚砌圍墻裂縫呈八字形,情況十分危急,嚴重影響基坑周邊房屋及人員安全。

根據后期水位監測數據,基坑存在過度抽水現象。大雨期間地下水位比勘察報告提供的潛水位高出近1.5 m。根據施工記錄,發生流土現象處攪拌樁長度未達到設計長度。

3 臨時搶險措施

險情發生后立刻組織施工單位進行搶險,回灌地下水使水位恢復正常值,采取土方回填反壓措施,土方回填至排樁冠梁底面,并且要求提高監測頻率。著重監測地下水位,最終監測單位反饋的監測數據表明,基坑頂地表水平位移及沉降、坡體深層水平位移、坡頂建筑豎向、水平位移及傾斜等監測數據,均小于預警值。地下水位也恢復至原水位。

4 事故發生原因分析

此次事故發生的主要原因是地下水。首先在最初設計時,采用穩定水位進行計算截水帷幕。該區域地下水水位受季節影響較大,應事先向建設單位了解基坑開挖施工時間,若在雨季進行施工,則應該取最高水位計算。若暫時無法確定施工時間,由于距離基坑較近處存在淺基民房,應采用最高水位計算懸掛式截水帷幕長度。在選用截水帷幕樁型時應綜合考慮整個場地的地層情況,按最不利的情況選用樁型。其次攪拌樁施工不能達到設計要求長度時,施工單位應及時反饋給設計單位及時進行調整。同時當天氣情況異常時,應及時反饋建設單位及設計單位,不應私自過多抽水。施工攪拌樁時樁垂直度未達到要求,且搭接寬度亦未達到設計要求。最后在施工過程中監測未按設計及規范要求頻率進行。在地下水位及沉降位移超過預警值時未及時進行預警。

5 方案變更設計

鑒于本基坑工程存在以上問題,必須對現有的截水帷幕進行變更,以確?；幼陨矸€定及周邊建構物的安全。加固處理同時應考慮以下幾個因素:①已將原設計的支護樁施工完成,本次變更方案應盡可能利用原支護樁,以免造成浪費;②控制基坑及周邊建構物的繼續變形,最終保證基坑開挖過程的穩定。

5.1 變更方案

根據監測數據及現場分析,基坑周邊發生沉降的主要原因為過度抽水,基坑側壁發生流土現象主要是因為攪拌樁長度不夠。綜合以上原因,基坑加固的主要方案為調整增加截水帷幕。由于支護灌注樁已施工,無法在樁之間施工咬合樁,經過綜合考慮及計算最終在支護灌注樁后施工一排咬合樁。咬合樁樁徑為800 mm,間距為600 mm,搭接長度為200 mm,樁長增加至15 m。咬合樁采用旋挖成孔,灌注素混凝土及M7.5水泥砂漿。素混凝土樁與水泥砂漿樁咬合形成截水帷幕。

5.2 計算分析

基坑淺基礎荷載取45 kPa,周邊地表沉降圖如圖1所示。

圖1 周邊地表沉降圖

選3～5年場地最高水位及地層最不利鉆孔以及監測時最高水位進行滲透穩定性計算。水位埋深為0.5 m;水位標高為18.0 m;卵石層頂標高為11.5 m。根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120—2012)[2]對滲透穩定性進行驗算(式(1))。按咬合樁長15 m計算,得到流土穩定性安全系數為3.8,大于1.6,滿足要求。由圖1可知,坑頂最大沉降量為17 mm,距離基坑5 m處最大地面沉降為8 mm,滿足要求。

6 變更方案施工與檢測

咬合樁施工順序示意圖如圖2所示。圖中A1～A5為素混凝土樁Φ800,B1～B5為水泥砂漿咬合樁Φ800。施工順序為: B1→B2→A1→B3→A2→B4→A3→B5→A4→B6→A5。

圖2 咬合樁施工順序示意圖

水泥砂漿樁強度等級為M7.5,素混凝土強度為C20。水泥砂漿樁應在場地整平標高后采用旋挖成孔進行施工。樁身檢測[3]:水泥砂漿樁應在28 d齡期后綜合采用試塊試驗檢測[4]。漿液試塊強度試驗每臺班抽檢一根樁,每根樁2個取樣點,每個取樣點制作3件試塊,試塊均滿足要求。 咬合樁滿足設計要求,同時也符合《建筑樁基技術規范》(JGJ 94—2008)[3]、《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB 50202—2018)[5]、《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2011)[6]中有關規定及質量驗收標準。

7 基坑監測

基坑施工期的監測由第三方具有資質的單位進行,監測單位根據設計方案出具了監測方案,并嚴格按照監測方案進行監測?；釉谠斜O測方案中新增了部分深層水平位移監測點、基坑地表水平位移及沉降監測點、基坑周邊建筑豎向、水平位移及傾斜監測點以及地下水位監測。其中,基坑深層水平位移累計值為15.5 mm,支護樁身變形(測斜)累計值為14.0 mm,坑頂地表沉降累計值為11.0 mm,基坑周邊建筑最大沉降累計值為6.0 mm。各項監測數據均滿足規范要求,表明本次變更方案起到了控制地下水的作用,并使基坑開挖過程處于穩定安全的狀態。

8 結論

在地下水豐富及地層透水性良好的地區開挖基坑要特別重視對地下水的控制。在地下水變化受季節影響較大且坑底以下含水層厚度大的地區,采取懸掛式截水帷幕時,應對地下水從帷幕底繞流的滲透穩定性進行驗算。在設計截水帷幕采用何種樁型時,應綜合考慮整個場地的地層情況,切忌僅參考基坑邊線的鉆孔資料。施工單位在施工過程中嚴禁盲目私自變更方案或偷工減量?；娱_挖過程中要有完整的監測體系,監測單位應按設計或監測方案進行監測,及時反饋監測數據。