楊明德

（上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080）

0 引言

雷升祥等人［1］通過對(duì)城市地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀進(jìn)行詳盡的分析并提出未來地下城市規(guī)劃布局發(fā)展的若干理念，倡導(dǎo)樹立第四國土、地下紅線的意識(shí)。我國人口分布的極度不平衡的現(xiàn)狀造成諸多“大城市病”的快速涌現(xiàn)，使得大城市難堪重負(fù)，破解諸如人居環(huán)境惡化、熱島效應(yīng)顯著、交通擁堵等“大城市病”的可持續(xù)發(fā)展難題，地下空間開發(fā)將成為未來發(fā)展不可逃避的選擇。目前地下空間開發(fā)主要集中于淺表地層，受限于地質(zhì)的復(fù)雜多樣性和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，未來相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，深基坑止水支護(hù)技術(shù)仍將廣泛用于地下空間開發(fā)。

低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁是在鉆孔咬合樁的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程實(shí)際情況發(fā)展而來。鉆孔咬合樁（Se?cant Pile Wall or Benoto Situ-cast Piles）支護(hù)結(jié)構(gòu)是指樁身密排且相鄰樁身相割形成具有防滲作用的連續(xù)擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)，既可全部采用鋼筋混凝土樁，也可采用素混凝土樁與鋼筋混凝土樁相間布置［2］。作為新型地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)，經(jīng)引進(jìn)后廣泛用于我國各地，成為深基坑支護(hù)技術(shù)的重要組成部分。

1 工程概況

工程位于廣東省四會(huì)市，是順應(yīng)城市發(fā)展需求對(duì)既有商業(yè)大道的擴(kuò)建項(xiàng)目，道路西側(cè)起點(diǎn)接倉豐大道（即省道S260），東側(cè)接四會(huì)大道（即省道S263），全長約2.2 km，路幅寬度40 m，設(shè)計(jì)行車速度為50 km/h，道路類別等級(jí)為城市主干道。其中該泵房工程位于龍江河西側(cè)，為市政道路配套的污水提升泵房，用地面積2 112 m2，基坑底面積329.04 m2，地下1 層，地上1 層，東側(cè)距龍江河65 m，北側(cè)毗鄰某樓盤，距離僅為21 m，地下提升水池結(jié)構(gòu)呈T 字型分布，安全等級(jí)為二級(jí)，放坡后開挖最深處為8.78 m。

原勘察揭露場地地層主要為第四系填土層、沖積層、殘積層及燕山期花崗巖，其中第四系土層以粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、中砂、砂質(zhì)黏土為主，分部廣泛，厚度較大，含一定量的上層滯水。第四系沖積層（Q4ml）中的②1粉質(zhì)黏土層面高程為10.13～5.33 m，層厚約4.8 m，為相對(duì)隔水層，屬于弱透水層或不透水層。②2為細(xì)砂層，松散-稍密，地基承載力基本容許值［fa0］=110 kPa。②6為黏土，屬于不透水層層厚2.6～3.3 m之間。下層分別為中砂、卵礫石質(zhì)中砂、砂質(zhì)黏土和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，中砂和卵礫石質(zhì)地層水量豐富，透水性較好。

2 管涌發(fā)生原因分析

2.1 原止水支護(hù)方案

原設(shè)計(jì)地坪絕對(duì)標(biāo)高+11.56 m，基坑外放坡至+7.2 m，坡面采用噴射混凝土，坡比1∶1.5。基坑外采用雙排水泥攪拌樁作為止水帷幕，樁徑φ800 mm，樁距600 mm，樁長18 mm，穿越中砂層不少于2 m；基坑內(nèi)設(shè)鉆孔灌注樁作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，樁徑φ800 mm，樁距1 000 mm。內(nèi)支撐為鋼管支撐，根據(jù)開挖深度不同，設(shè)置2～3道支撐。Q4ml②6為黏土不透水層，與水泥攪拌樁止水帷幕共同形成止水結(jié)構(gòu)。

2.2 管涌發(fā)生與臨時(shí)處置

在完成工程樁、支護(hù)樁和止水帷幕施工并檢測合格后，開始施做冠梁及第一道鋼支撐，隨后開始開挖。施做完第二道支撐后，基坑第3層土方開挖1.65 m，開挖深度約4.2 m，此時(shí)坑底出現(xiàn)涌水，且涌水點(diǎn)較多，涌水量大，大功率抽水機(jī)排水和深井降水無效，基坑周邊出現(xiàn)了明顯沉陷，其中位于西北角涌水點(diǎn)較為突出，地面塌陷最為嚴(yán)重，見圖1?。因基坑北側(cè)為樓盤，如繼續(xù)進(jìn)行降水，將可能危及其結(jié)構(gòu)安全。此時(shí)立即撤離機(jī)械人員并進(jìn)行回灌，見圖1?。考慮到支撐基坑安全和支撐穩(wěn)定，后對(duì)基坑采用中砂回填至+9.00 m處。

圖1 管涌現(xiàn)象和基坑回灌后Fig.1 Piping Phenomenon and after Foundation Pit Reinjection

2.3 補(bǔ)充勘查結(jié)論及原因分析

回填后對(duì)原有止水帷幕三軸攪拌樁進(jìn)行再次檢測并補(bǔ)充勘察，檢測結(jié)果均顯示成樁強(qiáng)度和完整性均較好，樁長符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)補(bǔ)充勘察揭露，工程基坑地質(zhì)層分別為素土層、粉質(zhì)粘土與淤泥質(zhì)土層、細(xì)砂層、中砂層、卵石砂層、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層、中風(fēng)化花崗巖層，前后兩次勘察差異明顯，補(bǔ)充勘察地層參數(shù)如表1 所示。其中砂層和卵石砂層平均厚度達(dá)10.38 m，水滲透系數(shù)大、地下水位高、地下水豐富。泵房基坑臨近龍江河，因龍江河水位高，基坑開挖越深，兩者的水壓力越大，原止水帷幕樁長僅18 m，未嵌入強(qiáng)風(fēng)化層，基坑外圍水流路徑較短，卵石砂質(zhì)地層透水性較強(qiáng)，地下水通過卵石砂層經(jīng)止水樁樁底涌入基坑，產(chǎn)生管涌現(xiàn)象。

表1 補(bǔ)充勘察地層參數(shù)Tab.1 Stratum Parameters for Supplementary Investigation

3 管涌處置方案選擇

3.1 三軸攪拌樁在本工程中的局限性

三軸攪拌樁廣泛用于建筑工程、地鐵車站、水利工程等深基坑工程中的止水、加固和支護(hù)?？紤]到工藝的經(jīng)濟(jì)性，在雙重管高壓旋噴樁與三軸水泥攪拌樁之間，選擇利用三軸攪拌樁與原有止水樁進(jìn)行搭接，其搭接長度不少于6.0 m，增加地下水繞流路徑，同時(shí)將樁長延伸至強(qiáng)風(fēng)化不少于1.5 m。此時(shí)設(shè)計(jì)三軸攪拌樁樁徑略大于原設(shè)計(jì)樁徑，為φ850 mm@600 mm，采用四噴四攪工藝，設(shè)備為JB-160 型。試樁3 組9套，試樁7 d后抽芯檢測觀察樁身完整性和入持力層情況。后經(jīng)過試樁發(fā)現(xiàn)，三軸攪拌樁可正常穿透砂層，無法穿透卵石砂層，且鉆進(jìn)速度異常緩慢，導(dǎo)致返漿冒漿現(xiàn)象，水泥摻量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值。7 d 齡期后對(duì)試樁進(jìn)行抽芯檢測，中砂地層成樁質(zhì)量較好，卵石砂層較為松散，因卵石砂層含水量豐富且具有一定流動(dòng)性，成樁完整性差，水泥土攪拌樁不適用于地下水滲流影響成樁質(zhì)量的土層［3］。

3.2 低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁運(yùn)用分析

無論是對(duì)三軸攪拌樁進(jìn)行引孔，還是采用高壓旋噴工藝，都會(huì)大幅推高工程造價(jià)，同時(shí)地下水流動(dòng)容易帶走傳統(tǒng)注漿工藝未凝結(jié)樁身水泥漿液，從而影響成樁質(zhì)量［4］。鉆孔咬合樁在國內(nèi)已得到廣泛運(yùn)用，較多采用鋼筋混凝土樁或與素混凝土樁相結(jié)合的方式用于基坑工程止水和支護(hù)，往往發(fā)揮雙重或多重作用。本工程支護(hù)樁已施工完成，因此僅需要發(fā)揮止水作用既可，無需采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，低強(qiáng)度素混凝土咬合灌注樁形式可滿足基坑止水需求。旋挖樁成孔工藝發(fā)展至今，已具備入巖能力，董朋等通過對(duì)旋挖鉆在硬質(zhì)基巖中的工程實(shí)例研究成功提高了中（微）風(fēng)化花崗巖入巖效率［5］，因此采用旋挖工藝可順利實(shí)現(xiàn)入微風(fēng)化巖要求，工藝比選如表2 所示。部分學(xué)者在對(duì)咬合樁研究時(shí)指出，圍護(hù)計(jì)算時(shí)僅考慮素混凝土樁的止水作用，實(shí)際上素混凝土樁也能分擔(dān)一定的水土壓力荷載［6］。

表2 止水帷幕方案比較Tab.2 Comparison of Waterproof Curtain Schemes

4 低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁施工技術(shù)和要點(diǎn)

4.1 低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁施工技術(shù)

咬合樁施工工藝有硬切割鉆孔、軟切割鉆孔、沖孔和旋挖等成孔灌注方式［2］，其中又以沖孔和旋挖成孔最為常見。沖孔成孔方式工作效率相對(duì)較低、成孔速度慢，容易出現(xiàn)鉆孔傾斜的不良問題［7］，同時(shí)噪聲污染大，對(duì)地層產(chǎn)生較大擾動(dòng)，可能因沖擊對(duì)已成樁產(chǎn)生破壞。旋挖成孔具有一定的施工靈活性，施工速度較快，大量的工程實(shí)踐運(yùn)用證明其樁位控制、垂直度控制和成樁質(zhì)量可靠。

止水帷幕用咬合樁設(shè)計(jì)長24～26 m，樁徑1 000 mm，間距750 mm，樁身強(qiáng)度采用C25水下混凝土。為保證咬合效果，需要更高的垂直度控制要求、隔孔跳打間隙時(shí)間控制要求和防止串孔滲漏等病害的措施。咬合樁的排列方式一般分為A 樁和B 樁，兩樁間隔布置，在施工時(shí)先施工A 樁，要求必須在A 樁初凝之前完成B 樁的施工，在B 樁施工時(shí)采用相應(yīng)的鉆機(jī)來切割掉A 樁與B樁相交部分的混凝土，從而實(shí)現(xiàn)咬合［8］。本工程均采用素混凝土樁，因此A樁與B樁一致。

4.2 低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁施工要點(diǎn)

隔孔跳打、串孔滲漏和加固補(bǔ)強(qiáng)是旋挖成孔低強(qiáng)度混凝土咬合樁質(zhì)量控制和能否實(shí)現(xiàn)止水處置管涌的三個(gè)重要方面。另外咬合過程控制旋挖樁樁位與樁的垂直度也是確保咬合樁結(jié)構(gòu)具有足夠咬合厚度和止水效果的關(guān)鍵［9］，是咬合樁施工的常規(guī)控制手段，不再進(jìn)一步闡述。

⑴隔孔跳打是咬合樁施工的基本思路，為保證泥漿護(hù)壁不足從而導(dǎo)致塌孔引起后期串孔滲漏病害，在灌注完上一根樁24 h 后施工下一根樁。同時(shí)為保證切割效果，相鄰兩根樁施工間隙不宜過長，通過實(shí)踐，在常規(guī)混凝土下，不宜超過72 h，羅貞海通過研究建議塑性樁初凝時(shí)間一般控制在60 h［10］。其間隔時(shí)間長短具體與混凝土初凝時(shí)間有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

⑵ 串孔滲漏是影響咬合樁成樁效果的因素之一，隔孔跳打的間隔時(shí)間、泥漿質(zhì)量的適應(yīng)性以及灌注時(shí)混凝土充盈性都是保障不出現(xiàn)串孔滲漏病害的方式。泥漿各性能指標(biāo)為：比重控制在1.10～1.15 之間，膠體率大于95%，含砂率小于6%，當(dāng)鉆孔至卵石地層時(shí)，泥漿比重控制略大一些；孔內(nèi)混凝土壓力保持在4 MPa 以上壓力，保持1.15 以上充盈系數(shù)；同時(shí)C25水下混凝土塌落度不超過180 mm為宜。

⑶在鉆孔咬合樁施工過程中，因A 樁超緩凝混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定出現(xiàn)早凝現(xiàn)象或機(jī)械設(shè)備故障等原因造成事故樁的，可采用背樁補(bǔ)強(qiáng)或平移樁位側(cè)咬合方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)［2］。

4.3 止水效果

通過將低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁技術(shù)應(yīng)用與富水砂卵地層止水，在兩個(gè)月時(shí)間里完成148根止水樁施工，同時(shí)通過對(duì)其中3根鉆孔取芯檢測發(fā)現(xiàn)，成樁質(zhì)量較好，均嵌入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。后期對(duì)基坑開挖，同時(shí)利用基坑內(nèi)降水井配合少量地層滯水，低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁取得了良好的止水效果（見圖2）。

圖2 開挖至基坑底及底板制作Fig.2 Excavation to the Bottom of Foundation Pit and Floor Fabrication

5 結(jié)論

以四會(huì)市政道路配套污水提升泵房基坑工程為例，將低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁應(yīng)用于富水砂卵石地層管涌處置，得出以下結(jié)論：

⑴深基坑工程因地質(zhì)差異具有高度復(fù)雜變化的特點(diǎn)，因此尤其要重視前期勘查與論證，采用經(jīng)濟(jì)可靠的支護(hù)與止水結(jié)構(gòu)；

⑵低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁用于基坑止水在富水砂卵石地層中較三軸攪拌樁加引孔和雙重管高壓旋噴樁而言更為合理；

⑶在富水砂卵石地層中，低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁技術(shù)成樁質(zhì)量可靠，止水效果較好，經(jīng)濟(jì)效益突出；

⑷低強(qiáng)度混凝土咬合灌注樁技術(shù)成樁控制要點(diǎn)為隔孔跳打時(shí)間間歇、串孔滲漏預(yù)防與處置以及止水效果欠佳時(shí)的加固補(bǔ)強(qiáng)。