复杂环境条件下基坑工程的质量控制实例

　　
　　[摘要]针对复杂环境条件下，对基坑工程质量从设计、施工两方面进行控制。
　　[关键词]环境条件、基坑工程、质量控制
　　前言
　　深基坑工程是近十余年我国在城市建设迅猛发展中伴随着大量的高层超高层建筑、地铁、地下车库、地下商场等大型市政地下设施和工业文化、地下设施的兴建，而凸现的技术难题，本文通过介绍工程实例，探讨了现阶段下，在复杂环境中如何控制设计阶段、施工阶段的基坑工程质量。
　　1、 工程概况
　　广东省南海人民医院外科大楼（以下简称外楼大楼）位于南海桂城佛平路，建筑占地约4500m2，地面以上19层，框一剪结构，设2层地下室，基坑长约85m，宽约65m，深7.5m，电梯井和地下水池局部位置加深至9.5m。
　　工程现场狭窄，除北面为临时停车场外，其余三面都是需要保护的建筑物及地下市政管线设施，特别是西面距基坑边仅5.5m为一正在营业中5层酒店，施工期间既要绝对保证医院正常运作，又要保证周边建筑物的环境安全。
　　有鉴于此，业主方对基坑工程施工十分重视，施工单位、设计单位都选择了经验丰富知名品牌公司，同时，经过多方面比选，最终业主方选择我司为项目管理公司，委托进行全程管理，以实现基坑工程“安全、经济、合理、可行”的目标。
　　2、 工程环境调查
　　由于城市中深基坑工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线的近旁，故基坑工程虽属于临时性工程，但其技术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构。基坑工程设计、施工如稍有不慎，不仅将危及基坑的本身安全，而且会殃及邻近的建构筑物、道路和各种地下设施，造成巨大损失。随着基坑深度增加，这种风险愈加明显，另一方面，基坑工程设计以开挖施工参数为依据，但开挖施工过程往往会引起支护结构的内力和位移及基坑内外土体变形发生种种意外变化，乃至影响工程环境安全，绝非传统的设计方法所能事先控制或事后处置，因此，在设计方案出台前，对项目工程环境进行周密的调查就显得尤为必要。
　　调查对象包括基坑周围相当基坑开挖深度的3~4倍范围内地上的建构筑物，古建文物以及地下市政管线，如发现既有建构筑物等已有裂损倾斜等情形，同时收集其详细资料，并在必要处作出标记或摄像、绘图等，然后对调查对象承受地基变形性能作出分析鉴定，为该建构筑物的地基加固，结构补强等设计方案，提供原始设计参数。
　　3、 设计方案比选的质量控制
　　基坑安全的因素主要有两个，一是围护结构要保证周边位移在允许范围之内，二是基坑不渗漏和漏水，以免引起周边地面及邻近建筑物的沉降变形，对方案设计而言，本工程场地的情况是比较复杂的，主要有以下三个方面：
　　（1） 不能放坡开挖，周围环境条件和地质条件不具备条件。
　　（2） 软弱地层厚度大，基岩埋藏深（20~28m），锚杆使用和围护桩入岩是个难题，要考虑安全、造价相对统一。
　　（3） 地下水丰富、含水层厚度大，地下室结构大部分处于砂层或粘土层，将会给基坑降水，地下室底板施工增加难度，整个基坑防水是关键。
　　根据各种条件，可考虑目前较广泛使用的几种围护方案：
　　方案一：深层揽拌桩围护结构，按重力式挡土墙进行设计，墙宽3~4m，嵌固深度5~6m。
　　方案二：地下连续墙结构，预算造价2300万元，工期150天。
　　从前面所述环境条件可知，该基坑西面场地狭窄，不完全具备重力挡土墙施工条件，而方案二由于造价和工期原因亦不宜采用。
　　综合各方面分析，决定采用以下的支护类型
　　（1） 北段基坑：采用高压旋喷桩支护，桩径φ1200，入残积土层
　　（2） 其它三段基坑：采用排桩式地下连续墙，桩径φ1200，桩距1.4m，外排加设高压旋喷桩止水
　　4、 施工过程控制
　　4、1、桩基方案的选择
　　由于场地处城市中心区，锤击类和振动类施工方法的桩型均不允许，因此只有钻孔桩和人工挖孔桩两种桩型可供选择。
　　① 钻孔灌注桩
　　钻孔灌注桩最大优点是没有降水要求，但施工周期长，费用较高而且现场场地狭小，没有可供建造钻孔桩施工相关设施的场地，同时有关部门也对钻孔桩在闹市区施工对周边环境的影响持保留意见，因此钻孔桩方案被淘汰
　　② 人工挖孔桩
　　人工挖孔桩的优点是施工工期短，费用较省，不需要大型机械及配套设施，也是周边相似工程采用的方案。其缺点是施工时必须降水，因此综合各方案的优、缺点和相关单位意见，本工程决定采用人工挖孔桩，以中风化岩为持力层。
　　4、2、挖孔桩质量控制
　　由于施工总承包方将人工挖孔桩施工任务分包给施工技术、施工能力参差不齐的私人施工队伍，分包方技术及管理力量较弱，没有详细可行的施工方案和施工组织设计，同时欠缺适当的质量控制，又没有及时听取监理公司和设计单位的意见和建议，在试桩阶段出现了较多质量问题，主要体现在：①未按水下砼的施工要求进行砼捣浇砼
　　②未合理安排施工顺序，在桩砼尚未凝固时邻近桩砼进行抽水。
　　以上两点导致桩身质量得不到保证，监理公司和设计单位多次向分包和甲方通报情况，但均未引起重视，后来出现了在流砂、流动性淤泥中无法成孔，施工班组强行施工引起孔塌，差点造成重大伤亡事故，这才引起有关单位的重视，要求进行整改，更换分包队伍、制定可行详细的施工方案。
　　本工程的软弱地层较厚，地下水量丰富，出现流砂和流动性淤泥是不可避免的，其防治和处理也是本工程的最关键问题，现分述如下：
　　4．2．1．流砂的防治
　　①、首先施工围护桩中的高压旋喷桩，形成封闭的止水帷幕，以起到隔水作用，切断基坑内外的水力联系。
　　②、对有砂层的挖孔桩集中抽水，集中开挖，并加快每次开挖进度争取尽快穿过砂层，既能降低总抽水量，又能降低对砂层的扰动，从而避免大量水土流失。
　　③ 、将每节护壁的高度由惯例1.2m降低为0.5~0.7m，将护壁竖筋先用锤子打入砂层，竖筋直径φ12，L=1.2m,将干稻草织成辩状备用，边淘砂土边用织好的稻草堵塞泥砂，稻草不仅能阻挡泥砂，而且起到滤水的作用，降低水压力，如果土侧压力较大，用稻草难以堵塞流砂时，可将削好的毛竹片用小手锤打进砂层，缝隙再用稻草填塞。毛竹材料成本低，削成片后不仅有很好的韧性且具一定刚度，可谓刚柔相济，是很好的围护材料，与砼浇灌后还能提高砼抗弯性能。
　　挖好砂土后尽快浇灌护壁砼，使用早强速凝剂，每节高度由1.2m改为0.5~0.7m。当水流较快，水流量大时，为避免砼初凝前被水冲垮，可在上一节护壁凿数个小孔，通过小孔将塑料软管固定，需要切断水流时，仅将软管用绳子打结即可通过上述一系列施工措施，终于顺利穿越砂层。
　　4.2.2.流动性淤泥的防治
　　挖孔桩穿过砂层接着就是淤泥层的，成孔与砂层的成孔方法基本相同，但由于淤泥层埋深大，土侧压力随之增大。使用上述方法后，仍有10个孔桩无法施工，发生了涌泥与塌方。
　　经过多方协商，综合考虑安全性、经济性和进度后，决定采用钢护筒施工，采用这种办法后每桩增加4000元，而安全性大大提高，并仅用十天时间就穿过淤泥层，具体方法如下：
　　① 、将3mm厚钢板卷成筒状，钢板逢满焊，外壁用φ12@500钢筋做加劲筋，钢筒长度以穿过淤泥层后进入粉粘土500的长度为终孔依据。
　　② 、将钢筒吊入桩孔，校正位置和垂直度
　　③ 、将2-3条槽钢平放在钢筒上边，并堆满砂袋。
　　④ 、将勾机改装成炮头机点击槽钢，在炮头振动器及砂袋共同作用下，钢筒逐渐下沉并穿过淤泥层。注意事项：钢筒垂直度要保证并且须一次性穿越淤泥层，否则会由于淤泥层土侧压力的挤压作用而导致钢筒不能继续下沉，沉管作为挖孔桩护壁后按常规方法施工即可。
　　4.3高压旋喷桩质量控制
　　高压旋喷桩加固机理主要是用高压装置产生巨大的能量射流对土层进行切割冲击，改变其原始结构，同时水流产生压力扩散，形成紊流，使水浆液充填其间缝隙，凝固后形成具有一定强度和抗渗性能的固结体，孔间相互搭接形成一定形状的防渗墙。
　　4.2.1成孔质量控制
　　1、钻孔方法确定
　　施工时曾采用多种方法开孔，开始用常规泥浆护壁合金钻头回转成孔，但工效特别低，其后改用潜孔风动冲击钻跟管成孔其成孔工效较高，但因地层特别松散，孔隙连通性好，高压旋喷时水泥浆液漏失严重，孔口不返浆，无法形成高喷防渗墙，最后采用钢粒钻头泥浆护壁回转成孔，此钻孔采用泥浆护壁，成孔过程中泥浆充填地层中孔隙，高喷过程中水泥浆漏失少，对高喷成墙有利，因此钻孔方法采用泥浆护壁钢粒钻头钻进方法成孔。
　　2、泥浆的确定
　　钻孔护壁采用膨润土制浆效果好，但用量大，成本高，选用当地的江土加入一定量的外加剂不仅效果好，且成本低，外加剂为水玻璃和水泥，提高泥浆的粘度，在钻孔过程中，泥浆漏失严重时，提出机具向孔内填入红土，然后放入钻具干钻；如此反复堵住泥浆漏失为主。
　　3、孔斜控制
　　此地层中一旦孔斜，处理难度特别大，且效果不好。因此孔斜的控制应控制好钻机的水平和立轴的垂直度，选用xu-1000型较平稳的钻机，机床垫上枕木，用柳钉将钻机固定在枕木上，开钻前严格检查钻机的水平和立轴的垂直度，在钻进过程中应经常检查钻机的水平和立轴的垂直度，在钻进过程中遇到钻机严重晃动时，就降低钻压和钻速。
　　4.2.2高压喷射注浆
　　1、拆管过程中引起的喷嘴堵塞处理
　　高喷时由于压缩空气的作用，孔内存在负压，拆管时，由于负压的作用，孔内粉砂极易吸入喷嘴将其堵塞，为此在拆管停机时应先将压缩空气卸压至低值，同时将高压水卸压至低值，然后逐渐关闭压缩空气和水泥浆液，清水泵低压继续送水至孔内，负压消失后将水关闭，迅速拆管。
　　2、水泥浆液漏失的处理
　　由于钻孔时的泥浆对地层中孔隙的填充有一定限度，高喷对高压水射流的压力大，影响范围广，因此常发生高喷时水泥浆液漏失现象。遇到水泥浆液漏失时，停止提升高喷管，漏失不严重时，待浆液返出孔后，继续高喷提升，当漏失严重时，就向孔内填入的砂或细干红土，待返浆正常后继续提管高喷。
　　5、 结论的建议
　　该工程已于2005年竣工验收并交付业主使用，在整个基坑开挖及地下室施工期间，施工和观测均表现好，围护结构承力挡土和防渗上水效果良好，达到预期效果。
　　（1） 支护结构设计内容应扩展至考虑基坑变形影响所至的范围，而不仅局限于支护基坑本身而已，同时作为业主所聘请顾问，管理公司，应将委托监理范围由施工阶段前移至设计阶级，参与比选设计方案，组织对周边环境的调查，只有这样才能最大限度发挥效益，达到经济与安全相互统一的和谐。
　　（2） 对在基坑工程影响范围内周边环境应采取适当可行的监护，监护方法有两类：一类是在基坑的比邻监护对象的部位将挡墙加深以隔断之，或对监护对象采用基础托换结构补强，地基加固等直接加以保护，使其免受基坑施工影响；另一类是适当加强支护体系，包括对基坑底部和周围土体加固，借以把基坑变形控制在允许范围内，这些方法应分别根据工程具体情况经分析比较后采用。
　　（3） 基坑施工是技术要求比较高的分项分部工程，施工单位应有完善的施工组织设计和技术保障措施，并应主动听取有单位与人员的意见与建议，自觉接受监督。同时对施工质量事故的处理应从多方面想办法，抓住问题的关键，处理方法必须具备一定的理论基础，事先做试验，事后应有严格的检测措施，以确保效果。
　　（4） 对开挖过程实施施工监测、将信息及时反馈，以掌握支护结构和基坑内外土体移动，随时调整施工参数，优化设计或采取相应措施，以确保施工安全顺利进行。
　　
　　参考文献
　　（1）于志军深基坑开挖施工及其支护体系设计上海同济大学1995
　　（2）黄强基坑内外不同土层支护结构设计及施工北京工业出版社1995
　　（3）黄熙龄高层建筑地下结构及基坑支护宇航出版社1994
　　
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