复杂地质条件下深基坑施工与监测技术

复杂地质条件下深基坑施工与监测技术

鲁晓威

中铁六局集团呼和浩特铁路建设有限公司，010050

摘要：城市建设的快速发展推动着地下空间开发利用的高速发展，而深基坑的顺利安全建造是利用开发地下空间的前提和关键。随着地下空间开发利用规模的增长，深基坑开挖的深度和规模亦越来越大。深基坑工程施工动态平衡贯穿整个建造施工过程，土层应力分布、坑底土体的隆起、支护体系与周边建（构）筑物变形等都随施工工况推进而动态变化和平衡。深基坑工程技术风险大，施工工艺复杂，施工工况具有不确定性，加之我国幅员辽阔，不同地区不同土层力学特性差异较大，所引起的基坑变形也有较大差异。基坑工程很大程度上会受地质条件的影响，使基坑工程具有独特的地域性特点。因此，我国深基坑工程技术一直都处于不断发展和完善的过程中。

关键词：复杂环境；深基坑；开挖降水施工；基坑监测

引言

近年来，随着我国城市建设的发展，国力和技术水平的不断上升，地下空间的开发力度越来越大，地下开挖深度已从地表下5～6m发展到30m也不罕见。由于基坑的设计计算理论还不成熟，计算与实际之间会产生较大的差异，因此基坑事故时有发生。而这一切只能依靠加强监测的信息化施工来弥补，因此深基坑工程的施工监测已成为城市建设中基础施工的主要内容。另外，由于城市用地越来越紧张，许多建设用地离一些重要的市政工程项目也越来越近，这就要求后施工的建设项目在施工过程中必须对已存在的重要的市政工程进行全方位的监测，消除隐患于萌芽状态。而目前施工监测市场主要还是依靠手动操作，自动化程度很低；仪器不具备数据传输功能，需要通过数据线连接计算机进行数据的存储和分析。不仅效率低，容易出现错误，而且不能实时监控。并且人工手动监测数据增加了人为因素的影响，发生事故时也不能及时跟进，而自动化监测结合物联网、互联网技术，运用先进的数据采集、数据传输和数据分析技术，结合人工智能技术，运用大数据分析等手段，提高了监测效率，实现数字化监测；所以发展自动化监测已是大势所趋。本文通过对一个临近地铁隧道的深基坑的抢险案例的描述，凸显出了自动化监测目前在工程建设全过程中的重要性。

1城市深基坑施工技术要点

第一，深基坑工程施工前，要充分了解城市复杂地质形态，明确基坑周边地表水、地下水等基础情况，并且了解排放方式等，有效结合实际情况落实更加精准的控制方案，落实“预防为主”的管理原则，维持基坑施工的综合安全水平。第二，要了解基坑周边建筑物的基础型和埋深参数、上部结构情况等，从而明确基坑施工的要点，保证基坑施工不会对周围环境以及建筑物的使用安全产生影响。第三，要结合实际勘测信息和数据进行施工方案的编制工作，保证施工方案的细节更加明确和清晰，并且制订切实有效的管理流程，针对可能存在的问题予以预估，制订相应的处理对策，从而维持整体应用控制的规范效果。第四，若是降水环境施工，则需要选取1~2个具有代表性的井进行抽水试验分析，校准水文地质参数，并且保证降水井施工效果满足规范要求。第五，要严格控制基坑土方开挖量，避免超挖等问题对工程工况产生的影响。

2复杂地质条件下深基坑施工与监测技术

2.1支护桩施工

进行支护桩施工时，首先，对桩体位置进行放样，待护筒制作完成后进行埋设工作，其倾斜度不应超过1%，护筒的顶端应该预留高度300mm，宽度200mm的出浆口以便泥浆循环。接着，进行钻机钻进掏渣工作，钻机对中的误差不得超过20mm，用旋挖钻工作，待钻机钻至设计深度时停止钻孔，将多于沉渣清除，以至沉渣厚度达到设计标准。钢筋笼制作完成后开始吊放钢筋笼，采用滑轮并配合3点起吊法进行吊放。吊放完成后进行混凝土浇筑工作，泵送混凝土时，时刻保持与前后台的联系，控制泵送速度以防爆管。混凝土浇筑成桩后要进行保护桩头工作。

2.2降水施工

由于本工程地下水位高，基坑开挖施工涉及的地层主要为粉土、粉砂，局部存在淤泥质黏土，加之土方开挖时处于雨季，根据基坑施工进度进行地质降水、排水施工对土方顺利开挖十分必要。在基坑施工前根据所提供的地质水文资料、基坑支护设计方案和周边管线建（构）筑物等环境设计制定降水方案。本工程围护结构采用地下连续墙，地下连续墙同时起到止水帷幕的作用，坑外地下水被地下连续墙挡在基坑外部。坑内土体中所蕴含的地下水采取疏干降水。基坑中部的疏干井选用大口径管井。基坑开挖过程中，局部区域还可采取明沟排水来确保基坑内不受或少受地下水的影响。基坑开挖前进行疏干降水，降水范围和时间由基坑面积、土方开挖受影响的深度等综合确定。基坑分层、分块开挖前，坑内水位降至开挖面以下0.5～1.0m。基坑外部还应设置地表排水系统，以防止基坑外地表水流到基坑内部。地表排水系统主要由集水井和排水沟等组成，排水沟通常与止水帷幕或围护结构的净距在0.5m以上，排水沟还应设置有防渗措施，以防地层和围护结构位移引起水沟开裂，地表水渗入坑内。基坑内明水通过排水明沟或排水暗沟来疏导，集水井中的水采用抽水设备抽至地面。降水井井管采用φ273mm钢管，壁厚4mm，滤管孔隙率不小于15%，滤水管采用桥式包网滤水管。主楼降水深度17.59m，井深27m，降水井60口。附属楼降水井东侧为3口，井深为13m；西侧为3口，井深为19m。观测井井管为φ110mm的PVC管，井深22m，19口；回灌井井深20m，16口。疏干井井管口高出地面0.3m并加井盖。疏干井内安装扬程满足要求的潜水泵，用钢丝绳悬吊潜水泵于井内，采用塑料胶管进行连接，抽取地下水到周边排水沟内，当现场抽水量大的时候，适当加大潜水泵的流量，将抽出来的地下水通过排水沟排走，并避免发生水污染。疏干井要保持连续集水，不能出现水位忽起忽落的情况。坑内疏干井井管随着施工中的基坑开挖进度逐步拆除。为防止地表水流入基坑，冲刷边坡，基坑周边沿支护结构顶部砌筑高30cm的挡水墙，挡水墙使用混凝土浇筑。基坑上口线均1m翻边，翻边做法同边坡，翻边向外做2%泛水。开挖至基坑坑底后，在基底肥槽内设置下口宽度为300mm、上口宽度为400mm的明排排水沟，排水沟与疏干井相连，并向疏干井方向做成0.5%的坡度，同时配置25m以上扬程的潜水泵来进行抽排水。

2.3后续跟踪

因为工程项目处于特殊环境条件下，因此，在施工结束后要聘请第三方单位进行变形监测，结合监测方案、动态数据以及监测报告等汇总，以保证业主、设计方以及施工方能全面控制安全操作流程，确保支护结构应用效果满足整体设计方案。最后认定，支护结构顶部最大水平位置要控制在0.3%H以下，H表示的是相应开挖深度，且数值若是超出标准，就要配合对应的加固处理工序。另外，周边相邻基坑关系设计要满足标准（见图2），将相关数值控制在允许范围内。以下为控制数值和报警数值：（1）基坑支护桩水平位置累积数值30mm、速率为2mm/d；（2）基坑支护桩竖直位移累积数值为30mm、速率为2mm/d；（3）建筑物垂直位移累积数值为30mm，速率为2mm/d。

结语

为研究复杂地质条件下深基坑施工与监测技术，以成都龙腾家园小区基坑施工为例，首先对基坑工程的重难点进行分析。根据工程存在的重难点对基坑施工方案进行了研究，包括支护桩、冠梁、基坑降水排水以及基坑开挖施工等方面，最后对基坑处于复杂地质条件且邻近建筑物的特点对基坑监测方案进行了研究，成果为类似基坑工程提供借鉴。

参考文献

[1]赖叶琴.深基坑支护施工技术在建筑工程中的应用探究[J].建筑与预算，2021（12）：74–76.

[2]杨勇波.土木工程施工中深基坑支护的施工技术分析[J].中国设备工程，2021（24）：252–253.