香港花园三期浅水湾工程大型深基坑开挖技术

　　香港花园三期浅水湾工程位于青岛市香港中路89～93号，工程设四层地下室，筏板式基础，建筑面积101600m²，其中地下室建筑面积32000m²，基底相对标高-12.6m，工程基础底面积为9900m²。
　　2工程、水文地质条件
　　2.1工程地质
　　根据地质勘察报告：本工程原地貌形态为海滨平原，建筑场地平坦。主要岩性为人工填土、粉细砂、粗砂、粉质粘土、和碎石土等，其下为分布广泛完整的弱风化岩作为持力层。基岩层顶标高变化大强风化花岗岩层顶标高-17m—-10m，中风化花岗岩层顶标高-18.8m—-11mm。土方工程量为105600m³，石方量52800m³。
　　2.2水文地质
　　该基础原地下水类型为第四系孔隙潜水~弱承压水，主要赋存于砂层中，接受大气降水补给和海水侧渗补给，稳定地下水位埋深2.20m—3.30m。受潮汐影响，地下水位日变幅5cm—10cm，动态年变幅1.5m左右。一般地下水位变化较海水变化迟后2-3小时。
　　3施工方案
　　施工单位于2006年4月25日进场，即作为开工日期，要求在120个工作日内完成整个基础工程，工期相当紧张。基坑支护和土方开挖是整个基坑工程能否顺利完成的前提，施工方案的选择重点要考虑以下内容：
　　（1）如何有效解决临海复杂地质条件下的深基坑支护和截水问题；
　　（2）高压缩工期下土石方开挖与支护工程施工的穿插关系；
　　（3）石方爆破施工中对基坑边坡和截水帷幕的保护。
　　3.1支护方案设计
　　本工程原招标给定方案：采用长螺旋钻机钻孔桩，内外两排，两两相切（兼做止水帷幕），并加设三道预应力锚杆的桩锚支护及止水体系。经对地质报告和周边环境分析，该方案难以有效解决以下问题：
　　（1）螺旋钻机钻孔入岩困难，临海基岩分布不均，基岩埋深变化大。本基坑自自然地坪下挖约10.5m，在基岩面以下大部分桩体将出现吊脚桩，难以保证支护桩体稳定。
　　（2）基岩以上为砂层，砂层锚杆不易成孔，尤其受潮汐和海水侵蚀影响，预应力锚杆能否完全有效发挥作用不能确定。
　　（3）止水效果差。难以满足基坑开挖过程中爆破带来的振动影响。如果采用该方案，为满足基坑安全要求和止水效果，不仅工程量较原投标量增大，而且应急预案等投资也将大大增加。
　　现场实际丈量发现，有8m—10m的放坡空间，经论证决定采用高压旋喷截水帷幕，充分利用可能的放坡空间，对坡面采用土钉挂网喷护（见图1）。帷幕轴线总长为456m，深度10m—15m，分2序孔施工，旋喷桩咬合，桩径1.2m，孔距1m（见图2）。
　　
　　
　　图1基坑支护示意图图2高压旋喷防渗桩连接形式
　　3.2土方开挖
　　第一步沿基坑帷幕外边线1.5m开始下挖，下挖深度控制在稳定水位以上，截水帷幕位置的回填块石随时清理或局部换填处理，并及时组织帷幕施工。现场自然地平下1.7m后出现地下水，故控制首次下挖深度为1.5m。本次土方开挖量约占土石方总量的17%。
　　第二步土方开挖时截水帷幕正在施工中，尚未完成封闭，并且已完部分强度较低。为避免上部土方开挖时降排水对帷幕质量造成影响，或造成海水渗入，开挖深度控制在海平面以上。现场在第一步开挖深度基础上再下挖2m。为避免离帷幕桩较近，在排水过程中对边坡稳定造成影响，按如下公式计算控制本次开挖边线与帷幕桩的距离R：
　　
　　式中：S——基坑水位降深（m）
　　K——渗透系数（m/d）
　　H——潜水含水层厚度（m）
　　本次开挖线离帷幕墙体30米（见图3），土方工程量占总量的20%。
　　
　　图3土方开挖示意图
　　以此类推进行下一步土方开挖至基岩面进行爆破，实际施工中在第二步开挖中已暴露出部分基岩，第三步出现大量基岩。并对截水帷幕部分进行放坡、土钉挂网护面。
　　3.3土方爆破
　　爆破采用钻孔松动微差爆破技术。现场利用5段雷管孔外分段延时起爆，段差115毫秒，总装药量92Kg，分30段起爆，最大一响药量为4Kg。利用2台IDTS3850爆破振动自记仪检测测点处地面质点在爆破时的最大振动速度，并给出爆区周围的K、a值，从而得到爆破时对药量的理论依据。
　　
　　
　　表1测点处地面质点最大振动速度及K、a值
　　测点位置距爆区中心（m） 26 27 63 76 82 85
　　地面质点最大振动速度（cm/s） 0.48 0.40 0.23 -- 0.25 --
　　建议采用K、a值：K=205a=2
　　现场爆破检测数据表明，本次爆破主频范围为10HZ—50HZ。符合《爆破安全技术规程》（GB6722—2003）规定的限值。由于对土体中的帷幕桩安全允许振速没有相应的经验，为安全起见，设计取V=2m/s作为现场爆破工程的安全标准。
　　根据此标准，利用前面给出的K、a值，可计算出保护目标不同距离（R）处的单响最大药量，Q=R³（V/K）3/a。
　　表2距保护目标不同距离处的单段最大药量
　　距离（m） 7 8 9 10 11 12 13
　　单响药量（Kg） 0.33 0.49 0.70 0.96 1.28 1.67 2.12
　　距离（m） 14 15 18 20 25 28 30
　　单响药量（Kg） 2.64 3.25 5.62 7.71 15.06 21.15 26.0
　　考虑爆区周围环境，最终确定实际施工过程中，整个爆区的单响最大药量不超过5Kg；在距离边坡5m以内，单响最大药量不超过0.5Kg，并在边坡内侧根据地质情况适当预留2m—3m保护层，最后采用小炮松动矗立，以保护边坡的安全。
　　3.4基坑降排水与基底清渣
　　3.4.1基坑降排水
　　本基坑工程采用截水和集水明排的方式处理临海丰富的地下水。前期土方敞口开挖时上部滞水，由于工期紧张无法提前做降水井预降水，而是根据具体情况临时开挖出较周边地平深的降水沟，集水及时排出，开挖范围（A）按照帷幕的完善情况决定。排水量（V）按照下式和实际需要确定：
　　
　　
　　
　　式中：
　　Q——基坑涌水量（m³）
　　ro——基坑等效半径（m）
　　截水帷幕完成土石方开挖至设计基底后，基坑集水主要有坑壁渗水和持力层底作用的弱承压水渗透。基于青岛地质特点，该承压水渗透以岩隙水为主，不会造成坑底隆起和突涌现象而影响坑底基岩的稳定。根据基底及周边出水情况，采用明沟排水及盲沟排水相结合的方式进行降排水。
　　3.4.2基底清渣
　　由于工程座落在强风化岩，局部中风化岩的天然地基上，爆破造成的松动部分及细碎石渣均须清除。对于筏板式基础，规范未对天然地基为岩石的允许沉渣厚度作出规定，如果按照入岩端承桩考虑，沉渣允许厚度≤50mm，尚嫌较厚。结合实际地质情况，基底清理在局部超深部分均用水冲洗至清晰岩面，分区分块及时浇筑垫层，加强对基底的保护。
　　4结论
　　（1）本工程针对现场地质条件，采用截水帷幕+放坡整体作用的复合围护施工技术，并将奥运村和运动员中心作为整体围护考虑，实践证明是成功的。虽然较原招标方案增加了土方开挖量，但支护费用大大减少，综合比较降低费用139万元。
　　（2）工程自2006年5月1日正式进行土方开挖，截水帷幕于5月10日施工，由于合理组织穿插至6月10日完成了全部帷幕施工，土石方开挖同时完成了总量的85%。并已提供出40%的垫层施工工作面。
　　（3）为解决石方爆破对边坡和截水帷幕的影响问题，曾考虑在坡脚内5m处设置减振沟，实际开挖过程中，对于机械可以挖动的强风化岩均不采用爆破方式处理。边坡部位的岩石采用小炮预裂爆破，效果理想。整个基坑石方最终爆破量为18267m³,未对边坡和截水帷幕造成影响。基坑开挖完成后，整个基坑渗水量不足27m³/h。