在临水砂层地质条件下的 深基坑施工技术 Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｄｅｅｐ Ｆｏｕｎｄ￣ｉｏｎ Ｐｉｔ ｕｎｄｅｒ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｓａｎｄ Ｓｔｒａｔｕｍ Ｃｌｏｓｅ ｔＯ Ｗａｔｅｒ 李光明 上海市基础工程有限公司 上海 ２００４３３ 摘要：通过对太原市火炬桥主墩承台深基坑施工实例进行分析，详细介绍了在临水砂层地质条件下，采用自然放坡开 挖深基坑土方的施工技术。其中，基坑降水的优化方案使地下水位不仅满足基坑开挖要求，同时又确保了基坑安全。 该降水方法对类似工程具有一定的借鉴意义。 关键词：临水砂层降水井布置降水试验降水优化基坑土方大开挖 中图分类号：ＴＵ７５３．８ ／文献标识码 Ｂ 【文章编号】１００４—１００１（２０１２）０６—０５１８—０３ １ 工程概况 火炬桥工程位于太原市区南侧，主桥是一座跨越汾河 ３施工技术难点 ３．１基坑降水 的、由３根钢塔柱环绕形成的独塔斜拉桥。主桥主墩承台位 于汾河西岸河漫滩上，紧邻汾河河道，主墩承台由３座小承 本工程基坑开挖面积大、深度深，坑底位于第②层细砂 层，潜水水量丰富，在临水砂层地质条件下进行基坑土方大 开挖，施工期间很容易产生土方滑坡，故基坑降水的成败就 成了基坑能否顺利开挖的关键。为此，基坑开挖前必须实施 台呈品字形布置，小承台之间用系梁联接，中塔柱下小承台 尺寸为２４ ｍｘ ２４ ｍｘ ５ ｍ，边塔柱下两个小承台尺寸均为 １９ ｍ ｘ １９ ｍ ｘ ５ ｍ。承台基坑土方开挖采用深井降水、二级 放坡大开挖进行施工，挖土总方量达３１ ０００ ｍ。。 有效降水，降低地下水位，提高边坡的稳定性，防止基坑出 现流砂现象。 ３．２基坑开挖 ２地形、地质及水文条件 主墩桥位区汾河河床较为平坦，河谷呈对称浅宽形，左 主墩基坑南北向长８５ ｍ，东西向宽７４ ｍ，开挖面积 ６ １００ ｍ ，开挖深度６．６ ｍ，基坑内还有５９根２．４ ｍ外包钢 护筒的钻孔桩需要凿除桩头。一方面，基坑开挖面积大，深 度深，对施工管理组织要求高；另一方面，钢护筒的切割、吊 右河堤呈梯形，坡度４５。左右，河谷宽约３００ ｍ。主河床在 河谷两岸大堤间蛇曲摆动，主河床宽１５ ｍ左右，河床标高 约７７５．３ ｍ，局部稍高，标高达７７７．５０ ｍ。河漫滩高出河床 ０．５ ｍ～１．０ ｍ，标高约７７６．３０ ｍ。 运，桩头破除难度大，也增加了基坑开挖的难度。 根据地质勘探报告，本工程涉及范围内的土层有人工 填土、细砂、亚黏土等，属于砂层地质。 ４ 施工工艺及关键技术 ４．１基坑降水 浅层地下水主要由大气降水和地下水侧向径流补给， 承压水主要由地下水侧向径流补给，地下水径流方向基本 主墩承台底标高＋７６９．１５４ ｍ，地下水位标高＋７７４ ｍ， 基坑水位降至承台下２．１５４ ｍ（＋７６７ ｍ），即降水深度为 ７ ｍ。根据降水深度及土层分层厚度，降水井设计为均质含 水层潜水完整井。 与地形一致，水力坡度０．１％～０．２％。勘察期间实测混合静 止水位埋深为０．７７ ｍ～６．１６ ｍ，混合静止水位标高 ７７３．１２ ｍ～７７４．１５ ｍ，潜水水位季节性变化幅度０．８ ｍ～ １．４ ｍ ４．１．１降水初步计算 在基坑范围内将其视为一口大井，在潜水均质含水层 中，采用地下水渗流理论，选用岸边降水时涌水量的降水计 算公式，计算出满足本工程降水要求时的基坑涌水量为 作者简介：李光明（１９７７一），男，本科，工程师。 作者地址：上海市江西中路４０６号（２００００２）。 收稿日期：２０１２—０４—０５ １ ６８７．４１ ｍ３／ｄ，同时根据设计降水井的结构，计算出单井降 水能力为６７．７ ｍ 。通过计算，本工程需要布置２５口降水 ５１８ Ｉ ２ｏ１２・６ Ｂ词ｌ击ｎｇ 井，根据实际情况布置了２７口降水井。由于第④层细砂层 具有微承压性，所以部分降水井加深，进入第④层。 ４．１．２ 降水井布置 浅井单井（Ｊ２２）抽水，距离２３ ｍ浅井（Ｊ２１）降深０．５ ｍ。 水位稳定后埋深３．３５ ｍ。 由试验数据得知，原设计方案的降水井能基本满足降 水要求，但１２ ｍ浅井单井降水能力不及１６ ｍ深井，且水位 在停止抽水后４ ｈ恢复初始水位，水位恢复较快。同时可 知，降深的主要部分在开始抽水的前２ ｈ左右可以基本完 成，而水位恢复在停止抽水后４ ｈ左右基本恢复到初始水 由于基坑采用二级放坡开挖，降水井不适宜布置在坡 脚位置，所以考虑布置在坡肩。降水井采用１２ ｍ疏干降水 浅井及１６ ｍ疏干降水深井两种，除基坑内布置５口１６ ｍ 降水井外，其他降水井全部布置在基坑坡肩四周外侧２ ｍ 处，见图１。 图１ 降水井布置示意 ４．１．３ 降水井施工 施工机械选用ＧＰＳ－ＩＯ型工程钻机及其配套设备。其工 艺流程为：测放井位一埋设护口管一安装钻机一成孔施 工一清孔换浆一下井管一填滤料一洗井一安泵试抽一排 水。 ４．１．４抽水试验 通过试验，测定降水井的出水量、降水深度随时间的变 化数据，来综合判定原设计方案中降水井的降水能力、降水 井数量及布置的合理性，以试验数据为依据，必要时调整原 方案，使降水施工能顺利进行。我们根据现场实际条件，选 取了Ｊ５、Ｊ６、Ｊ２１、Ｊ２２进行抽水试验。 ４．１＿５试验结果分析 深井单井Ｊ５抽水，水位稳定后距离１２．９ ｍ处的浅井 （Ｊ２２）降深１．９１ ｍ，水位埋深４．７１ ｍ；距离２５．８ ｍ处的深井 （Ｊ６）降深１．１３ ｍ，水位埋深３．９５ ｍ；稳定后出水量为 １５．３ ｍ３／ｈ。 两口深井Ｊ５、Ｊ６抽水，距离两井中心１２．９ ｍ处浅井 （Ｊ２２）降深２．５８ ｍ，水位埋深５．３９ ｍ；距离Ｊ２２浅井２５．８ ｍ 处的浅井（Ｊ２１）降深１．６９ ｍ，水位埋深４．５ ｍ。稳定后出水量 为１３．８ ｍ 。 可见两井抽水的出水量比单井抽水出水量减少约 １．５ ｍ３／ｈ，增加１口井，观测井水位降深增加０．６８ ｍ。 位。 ４．１．６优化设计 由于基坑面积大、地下水丰富，经过综合考虑，在承台 位置增加３口降水井（Ｊ２８～Ｊ３０），所有降水井均采用１６ ｍ 深井，以保证基坑降水效果。根据优化设计方案，最终确定 降水井的布置，并应用数值计算软件对后期降水运行进行 模拟（图２）。 图２软件模拟后期降水（单位：ｍ） 由图可见，通过增加降水井的数量、井深，群井抽水稳 定后，基坑大部分水位降低至地面设计标高下８．７ ｍ，可以 满足基坑开挖要求。 ４．２基坑土方大开挖 ４．２．１基坑边坡稳定性验算 在临水砂层地质条件下，采用无支护、自然放坡的开挖 方式进行大方量基坑土方开挖施工，首先要进行基坑边坡 稳定性的验算，以确保施工安全。根据规范要求，采用直线 滑动面法来验证边坡稳定性： ： 下滑 ｔｇ ： ｔｇ３５ 。 ＿１．９５式中： ——滑动面的倾角，３５。； ‘广细砂的内摩擦角，根据地质勘探报告第②层细 砂层抗剪强度指标。 Ｋ＞１．２５，满足规范要求，所以采用二级１：１自然放坡 的基坑边坡稳定。 ４．２．２基坑土方大开挖 在基坑降水７ ｄ、保证地下水位正常后，方可实施基坑 土方大开挖。基坑分３层进行开挖，第１层开挖深度２．５ ｍ， （下转第５２２页） 建筑麓工第３４卷第６期 ｌ『 ５１９ 二期槽成槽时一定要确保所有的铣齿状况良好，并时 刻注意Ｘ向、Ｙ向的垂直度。现以图４为例介绍如何进行垂 直度控制，以及操作技巧。图中Ｐ１和Ｐ３是一期槽，Ｓ２为二 两侧、一期槽Ｘ向的垂直度情况，即图中Ｐ１第一刀Ｐ卜１和 Ｐ３第一刀Ｐ３—１的Ｘ向垂直度。如：Ａ墙偏向 （例如 ５ ｃｍ），Ｂ墙偏向ｘ＋（例如６ ｃｍ），就可以直接铣削。再如：Ａ 期槽。假设Ｐ１、Ｐ３、Ｓ２的设计深度均为６０ ｍ，双轮铣在内侧 作业。 墙偏向 （例如１０ ｃｍ），Ｂ墙偏向ｘ一（例如３ ｃｍ）。此时操 作时就需要让铣头向ｘ一方向相应偏３ ｃｍＮ５ ｃｍ，偏向ｘ一 方向控制在５ ｃｍ，这样在成槽过程中就不会切到钢筋笼。 一３００ 内德ｈ罐Ｂ蜷 丰 ７－ 此外，一期槽施工完毕之后，对于ｘ向和ｊ／向垂直度进 行超声波检测显得非常有必要。 医困 区 说明： １ Ｐ１、Ｐ３为一期槽．ｓ２为二期槽。 ２．Ｐ１—１为Ｐｌ的第—刀，Ｐ３—１为Ｐ３的第一刀。 ４结语 随着城市建设的日益发展和大型基础设施建设等方面 图４垂直度控制示意 的需求增加，对地下连续墙的施工深度和止水性能提出了 越来越高的要求，而接头问题一直是制约地下连续墙可施 工深度和止水性能的关键，对于中国东部沿海的软土地区 而言更是如此。相比传统接头形式，采用接头套铣的地下连 续墙在可施工深度和止水性能方面均有质的突破。一方面， ｊ，向垂直度控制：由于二期槽 向切削的混凝土不平 衡，假设外侧即 ． 方向需要切１５０ ｍｍ的混凝土，内侧即 方向一点，无论如何都不可以让双 方向偏多了一点，仍可 向偏多了，再用双轮 方向需要切３００ ｍｍ的混凝土。成槽时，需要有意识地控 制双轮铣稍微偏向 由于接头套铣无需采用接头箱，突破了常规的地墙深度限 制，可施工超过百米的深度。另一方面，由于二期槽段施工 时直接切削一期槽段，可形成新鲜、致密的混凝土接触面， 止水性能优异。套铣技术的采用，对于软土地基条件下，地 下空间可利用深度的提升有着积极的意义。 轮铣向． 方向偏。因为如果向 以用双轮铣进行纠正。但是如果向 铣修孔就会变得非常困难。 Ｘ向垂直度控制：成槽前，操作人员耍先了解二期槽 （上接第５１９页） ｌ顷利完成，未发生边坡失稳、流砂、基底回隆等现象（图４）。 第２层２．１ ｍ，最后一层２ ｍ。每一层按分块长度小于１０ ｍ 开挖，放坡坡度不小于１：１（图３）。 图３基坑开挖布置 图４ 基坑降水施工效果 在基坑东面及北面各留出一条出土通道。基坑开挖遵 实践证明，太原市火炬桥工程主墩承台深基坑在临水 循由远离坡道向坡道方向开挖的原则，即：中承台白西向 东一左承台自北向南一右承台自南向北。 左、右承台范围各配备１台１．２ ｍ。挖机，中承台范围配 备２台１．２ ｍ。挖机，另配备２台０．４ ｍ。小挖机同步开挖。 砂层地质条件下，在确定合理的降水井类型、数量及布置 后，通过降水试验完善基坑降水方案，是能满足自然放坡开 挖基坑施工要求的。由于基坑深，土质又不是很坚实，采用 二级放坡，可以降低基坑边坡的土方侧压力和减少很多挖 土工程量，不但施工简便、施工进度快，而且降低了施工成 随基坑开挖深度的递进，逐层进行钢护筒切割、桩头破除工 作。 本，可为类似工程的施工提供借鉴。 参考文献 ［１］中国建筑科学研究院．ＪＧＪ １２０－１９９９建筑基坑支护技术规程［ｓ】．北京：中 ５ 结语 根据优化设计方案施工后，备降水井运行正常，地下水 位满足基坑开挖的要求，降水效果显著，主墩承台基坑开挖 国建筑工业出版，１９９９． ［２］周永兴，何兆益，邹毅松，等．路桥施工计算手册【Ｍ］．北京：人民交通出版 社．２００２． ５２２ ｌ ２０１２．６］Ｂ，ｄｌｄｌｔ．ｇ￣ｃｔｌｏｎ
