周燁明,吳乾富,楊士勇,宋超
(1. 中國聯(lián)合工程有限公司,杭州310051;2. 浙江大學基建處,杭州310058;3.中國電建水利水電第十一工程局,鄭州450000)
超重力離心模擬與實驗裝置國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目位于浙江省杭州市,是《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》 中優(yōu)先建設(shè)的10 項國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目之一,是浙江省建設(shè)的首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目。 該項目建成后將成為世界上超重力離心機容量最大、 實驗艙功能與能力最強的多學科科學實驗設(shè)施。
超重力項目設(shè)備基礎(chǔ)是該項目的核心工程, 超深基坑施工是該項目順利實施的前提和建設(shè)質(zhì)量的重要保障, 也是施工過程中的重大風險源[1]。
超重力項目位于杭州余杭區(qū), 為南苕溪流域沖積平原,上部為全新世湖沼相~淺海相沉積地層,中部晚更新世沖湖積相沉積地層,下部為中晚更新世河流相沖沉積地層,下伏泥質(zhì)粉砂巖。 主要地層:①粉質(zhì)黏土、②1 淤泥、③2 黏土、④1 粉質(zhì)黏土、④3 含礫粉砂、⑤1 黏土、⑤2 粉質(zhì)黏土、⑥3 圓礫、⑩1 全風化泥質(zhì)粉砂巖、⑩2 強風化泥質(zhì)粉砂巖、⑩3 中等風化泥質(zhì)粉砂巖。地下水主要是淺層空隙潛水含水層,埋深一般0.5~2.5 m,④3 層、⑥3 層是承壓水含水層,承壓水頭-1.0~1.0 m。 超重力離心機基坑及典型地質(zhì)剖視圖如圖1 所示。
圖1 超重力離心機基坑及典型地質(zhì)剖視圖
距場地東側(cè)約30 m 為河道,南側(cè)北側(cè)為空地,距場地西側(cè)約40 m 為高架道路。 基坑距離周邊建、構(gòu)筑物較遠。
超重力項目設(shè)備基礎(chǔ)外輪廓尺寸:長101 m,寬29 m,重載/模型機位置基坑深26.95 m,開挖深度23.95 m,高速機基底采用換填措施,基坑深度達到41.3 m,開挖深度38.3 m(本工程±0.000相當國家基準標高5.80 m,場平絕對標高2.8 m)。 離心機主機室區(qū)域開挖深度大,坑內(nèi)卸荷開挖后支護構(gòu)件受荷載較大。
重載/ 模型機基坑采用1.0 m 厚地下連續(xù)墻,墻底進入中風化泥質(zhì)粉砂巖約10 m,5 道鋼筋混凝土支撐;高速機基坑圍護采用1.2 m 厚地下連續(xù)墻, 墻底進入中風化泥質(zhì)粉砂巖約16 m,8 道鋼筋混凝土支撐。 地連墻接縫處, 圓礫層范圍設(shè)φ2 000 RJP 止水。
深基坑施工風險因素多、不確定性強,一旦發(fā)生事故,往往后果十分嚴重。 本項目在基坑開挖前,從基坑設(shè)計、前期施工質(zhì)量檢查、開挖方案、應(yīng)急管理措施方面進行了多次專家審查,在風險辨識、風險控制方面做了大量的工作。
深基坑施工風險主要有基坑外承壓水、基坑變形過大、坑底隆起、支撐破壞、高空墜落等其他安全施工風險。 其中,基坑漏水是發(fā)生頻率最高的施工風險。 本基坑的關(guān)鍵性難點在于止水。 基坑漏水的原因及施工措施如表1 所示。
表1 基坑漏水的原因及施工措施
本項目地連墻施工質(zhì)量各項指標均符合規(guī)范要求, 為了進一步驗證地連墻施工質(zhì)量,確保開挖階段施工安全,進行了兩次坑內(nèi)抽水試驗,一次坑外抽水試驗。 基坑內(nèi)抽水井及觀察井平面布置如圖2 所示。
圖2 基坑內(nèi)抽水井及觀察井平面布置圖
JY-1、JY-6、JY-8 是 抽 水 井,JY-2、JY-7 是 坑 內(nèi) 觀 察 井,YJJ-1 是坑外觀察井,實測水位為相對標高,各抽水井和觀察井水位隨抽水時間的變化如圖3 所示。
圖3 抽水井及觀察井水位降深與時間的關(guān)系
坑內(nèi)抽水實驗時,YJJ-1 數(shù)據(jù)顯示,坑外水位無明顯變化,觀察井緊隨抽水井水位降低而降低, 管井內(nèi)水位下降速度與出水量成穩(wěn)定的比例關(guān)系;抽水井停泵后,JY-1 抽水井水位基本不變,JY-8 抽水井水位恢復(fù)很慢,JY-2、JY-7 觀察井恢復(fù)很慢,未見明顯的補水水源,判定主要補水水源均為坑內(nèi)存留水源,從側(cè)面證明地連墻具有較好的止水效果。
坑外抽水試驗主要驗證在出現(xiàn)基坑漏水的緊急情況下,坑外抽水設(shè)施是否能有效降低坑外水位,降低坑內(nèi)涌水風險。在基坑開挖過程中,未見明顯漏水,僅有個別地連墻連接副處滲水。 施工采取措施,逐項消除了基坑漏水的風險。
基坑變形過大,導(dǎo)致基坑坍塌的事故案例屢見不鮮,主要原因和主要施工措施見表2。
表2 基坑變形過大的原因及施工措施
為保證基坑開挖過程中,風險可預(yù)測,措施及時,設(shè)計、施工、監(jiān)測、管理各方協(xié)同合作。 設(shè)計單位提供了典型位移控制點的全過程變形數(shù)據(jù),供實施單位實現(xiàn)過程控制管理。 監(jiān)測單位數(shù)據(jù)采集點采用全自動的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備, 自動上傳至智慧工地。 實時數(shù)據(jù)與設(shè)計院提供的參考數(shù)據(jù)同時顯示, 提前預(yù)警,施工單位利用智慧工地風險管控模塊實時進行信息共享。各參建相關(guān)人員可以通過手機App 實時查看監(jiān)測數(shù)據(jù), 提高監(jiān)測情況的溝通效率,從而可以及時發(fā)現(xiàn)基坑的不安全狀態(tài),以便第一時間進行處理。
根據(jù)兩處關(guān)鍵點變形監(jiān)測值,本基坑整體變形值較小。
對于基坑滲水,采取措施:
1)墻身有大面積濕漬,采用水泥基型抗?jié)B微晶涂料涂抹;
2)地下連續(xù)墻接縫滲漏,采取雙快水泥結(jié)合化學注漿的方式處理。 找準滲水點→采用雙快水泥進行表面處理→滲漏水處打設(shè)注漿針孔→埋嘴封孔→化學注漿加固 (聚氨酯)→72 h內(nèi)觀察滲漏水情況→割除針頭,表面處理。
對于基坑涌水,采取應(yīng)急措施:
1)降水井減壓→沙袋封堵過濾泥沙→坑內(nèi)注漿封堵(磷酸+ 水玻璃)→坑外注漿加固;
2)情節(jié)嚴重時,利用附近土源,堆土反壓。
對于基坑變形過大,采取應(yīng)急措施:
1)立即停止現(xiàn)場基坑土方開挖以及其他坑內(nèi)作業(yè),疏散人員;
2)利用附近土源,立即進行土體回填;
3)立即啟動基坑周邊減壓降水井,降低周邊水位,減少基坑周邊側(cè)壓力;
4)采取臨時鋼支撐,27 m 長,中部設(shè)橫梁支點;
5)通知建設(shè)單位、監(jiān)理、設(shè)計單位到現(xiàn)場勘察,并復(fù)核監(jiān)控量測結(jié)果,加強監(jiān)測。 基坑關(guān)鍵點變形監(jiān)測值如圖4 所示。
圖4 基坑關(guān)鍵點變形監(jiān)測值
對于基坑坑底隆起,采取應(yīng)急措施:
1)立即停止基坑內(nèi)作業(yè),疏散現(xiàn)場人員;
2)加大基坑內(nèi)外監(jiān)測點監(jiān)測頻次;
3)監(jiān)測坑底隆起變形時,基坑內(nèi)外降水井持續(xù)抽水,并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),確定抽水水量;
4)若由于開挖土層過快或過多的原因,應(yīng)立即回填基坑,直至基坑內(nèi)外監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定趨勢收斂方可停止回填。
現(xiàn)場應(yīng)備有一定數(shù)量的搶險設(shè)備和材料,如發(fā)電機、注漿泵、磷酸、水玻璃、沙包、槽鋼或鋼管等,雨季施工準備足夠的抽水設(shè)備,設(shè)備及物資必須在開挖前落實到位,施工期間加強對應(yīng)急物資的巡檢。
項目管理部門在深基坑開挖前,建立了基坑開挖條件銷項表,對于前期列明的安全措施,逐一按時落實,并保留簽字蓋章版紙質(zhì)資料。 包括施工現(xiàn)場設(shè)計勘察交底;深基坑開挖方案;設(shè)計及施工方案專家評審意見回復(fù);圍護結(jié)構(gòu)施工各項指標驗收表;降水降壓井施工完畢;場外排水措施;調(diào)查基坑周圍保護構(gòu)筑物、管線等現(xiàn)有狀況;周圍環(huán)境及基坑監(jiān)測點布置; 渣土運輸通行證; 建立完整的施工應(yīng)急預(yù)案等,直接影響基坑開挖施工安全的措施,必須在開挖前全部落實。
施工、監(jiān)理、管理部門成立應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組,任務(wù)分級拆解,責任落實到個人。 施工期間定期對基坑漏水情況、安全生產(chǎn)情況進行巡查。 組織專業(yè)搶險隊,定期培訓、實操演習。
本項目風險控制措施全面、有效,現(xiàn)場施工質(zhì)量較好。 基坑最大開挖深度38.3 m,最大變形量27.93 mm 的數(shù)據(jù)均打破了浙江省公共建筑基坑深度和基坑變形兩項紀錄。