上海久宁建筑工程有限公司 200333
摘要：软弱地层含有大量的水分、流变性强、抗剪切力弱、承载力低、高压缩性等特点，在施工过程，可能对临近建筑、道路、地下管线等造成扰动，影响到建筑和地下管线的安全性。随着城镇化快速发展，城市各类基础设施数量不断上涨，城市中心建筑施工过程临近居民建筑，施工过程中可能对老旧房屋质量造成影响，导致房屋建筑主体结构裂缝、地面开裂等问题。本文首先分析了深基坑的施工特点，并根据深基坑施工特点，结合具体的建筑工程，探讨了软弱地层下临近居民建筑深基坑支护结构、支撑关键技术、基坑排水技术等施工要点，希望提高软弱地层下临近居民建筑深基坑施工质量。
关键词：软弱地层；临近居民建筑；深基坑施工技术
引言
深基坑指开挖深度超过5米（含5米）的土方开挖、支护和降水工程，或者开挖深度虽然没有达到5米，但是施工地质条件、周围环境和地下管线非常复杂，影响到毗邻建筑物安全的基坑土方开挖。深基坑是一项综合性、系统性的工程，涉及到力学、岩土、结构、计算机等相关理论，任何一个环节出现问题，都会影响到深基坑施工质量，威胁到施工人员的生命安全。因此国家对深基坑施工的安全要求比较高，深基坑施工前，需要施工总承包单位组织专家论证会，对深基坑施工安全和质量进行论证[1]。软弱地层含有高岭石、蒙脱石等矿物质成分，具有软弱性、流变性、透水性等特点，强度和弹性模量低，遇水容易软化、崩解，在施工过程中，容易出现不均匀沉降、崩塌等现象，威胁到临近建筑物的安全。因此，探讨软弱地层临近居民建筑深基坑施工技术，对确保软弱地基施工安全性具有重要意义。
1.深基坑特点
1.1临时性
深基坑支护机构是一种临时性建筑，主要为了确保深基坑施工过程中地下建筑和周围建筑的安全性采用的临时支撑结构，不是永久性建筑，深基坑施工结束后，深基坑支护结构需要立即拆除，所以支护结构安全系数比较低。在施工时，必须做好应急预案，一旦发生安全事故，立即采取应急预案。
1.2区域性
我国地域辽阔，不同地域施工区域的地基、水文地质条件和施工环境存在一定的差异，同一个城市由于不同地域也存在不同的差异。因此，基坑施工方案和施工技术必须结合到拟建工程的实际情况进行设计，不能盲目照搬其他工程的深基坑施工方案，以免造成安全事故[2]。
1.3综合性和系统性
深基坑工程设计到岩土工程、力学、土木结构、计算机技术、测试技术等相关理论知识和技术，是一项综合性、系统性的工程。深基坑的深度、平面形状对深基坑支护结构的稳定性和可靠性影响比较大。软土具有流变性、蠕变性、压缩性、透水性等特点，基坑支护结构受到软土物理性能变化，可能造成支护结构承载力下降。深基坑施工过程受到土体变化影响，无法明确支护结构的参数，增加了深基坑支护结构设计难度。在施工过程，任何一个因素都可能影响到深基坑支护结构的稳定性和临近周围建筑的安全性[3]。
1.4周围环境影响大
城镇化快速发展，促进了建筑行业的发展，城市各类基础设施的规模和数量不断上涨，深基坑施工区域可能临近居民房、地铁、道路、市政管网或者其他在建建筑。深基坑土方开挖时，土体应力发生变化，从而对周围地面建筑或者管线造成影响，导致地面不均匀沉降、管线断裂。基坑支护结构设计与施工和土方开挖不仅和施工现场的地质构造、水文条件联系密切，而且还与基坑相邻构筑物、地下管线的位置、抗变形能力以及周围场地环境有关[4]。在设计与施工阶段，需要综合考虑到临近建筑、地下管线的安全性和可靠性。
2.软弱地层下临近居民建筑深基坑施工技术
2.1工程概况
某建筑工程总面积为123600平方米，建筑由11栋28层的高层建筑和相关配套设施构成，其中地下建筑3层，局部地下为2层，地下开挖深度达到12.8米。由于拟建施工现场位于城市中心位置，施工现场的东侧和西侧是城市规划的滨河道路和人行道，基坑南侧距离城市广场和城市商务酒店比较近，距离不超过15米。基坑西侧附近有一座上个世纪九十年代建造的老房子，距离施工位置不超过8米。通过地质勘察，发现施工现场地基土体从上至下依次为杂填土、粉质粘土、砂质粉土、淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、砂质粉土。各个土层力学性能统计如下：
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表1 各个土层力学性能
根据土体勘察情况，可以看出整个施工现场主要以软弱土层为主，④中的微承压水含水，⑤9承压水层含水。承压水水位受到气候变化，可能引起周期的升降，升降范围在3—12米。软弱地层指弹性模量比较低的岩层，受到风化、裂隙节理的影响形成软弱岩层。随着各类建筑工程增多，软弱地层工程建设数量越来越多。由于软弱地层的重力密度、相对密度、孔隙率、矿物质成分、结构连接等相关，受到各方面因素的影响，软弱地层由于抗剪切力差、承载力低，在施工过程中，可能造成整个岩层力学性能变化，造成坍塌现象[5]。由于软弱土层的矿物质成分和节理裂隙发育，导致地下水容易渗透到软弱土层内部，造成土体软化、膨胀、破裂，从而影响到软土层的强度。该施工区域周围存在大量的居民建筑，深基坑施工阶段可能对周围的建筑造成影响，造成土体沉降、地基开裂等问题，威胁到临近建筑的安全性和可靠性。
2.2软弱地层下临近居民建筑深基坑施工技术
2.2.1地下连续墙和新型复合膨胀土
地下连续墙是在基础工程地面开挖，沿着开挖沟槽的轴线，在泥浆护臂的作用下，开挖一条狭长的深沟槽，在沟槽内部安装钢筋笼，在钢筋笼内部浇筑混凝土，在地下形成一道连续的钢筋混凝土墙。地下连续墙沿着沟槽轴线作业，测量精度比较高，可承受重物荷载，施工周期短、施工噪音小、占地面积小、防渗透能力强、对土体的扰动比较小，可承受的土体压力比较大，不容易发生地基沉降和坍塌现象，安全系数比较高，是深基坑工程必不可少的挡土结构[6]。但是受到施工机械设备自身限制，地下连续墙的灵活性比较弱，适合超过10米以上的深基坑作业。由于拟建场地的地下水比较丰富，地质结构复杂，地下连续墙在挖槽过程中，容易出现塌孔现象，威胁到临近房屋建筑的安全。根据地质勘察报告可以发现，施工现场多砂质粉土和粘土，地下连续墙施工过程中容易出现塌孔现象。由于地下连续墙距离旧居民楼比较近，无法通过换填法夯实软土；采用高压旋喷加固方法，无法控制桩体的垂直度，从而影响到成槽质量。通过对比，选择搅拌桩加土体加固施工方法，可以对砂质土层和粘土进行加固，隔断潜水层，增强土体自身的稳定性，保护地下连续墙成槽施工的槽壁，避免塌孔风险。结合到本地的实际情况，选择本地通用的复合钠基膨润土，膨润土和水的比例按照50：980（kg），比重控制在1.03—1.1，粘度为32s。将膨润土配置好后，将其涂抹在地下连续墙的槽壁泥面，泥土和膨润土进行胶结，并保护地下连续墙槽壁外土层。由于膨润土与高分子聚合物形成又薄又韧的泥皮，降低土体与泥浆的接触面积，减少泥浆内部的水分渗透到周围土体，保护土体自身的稳定性，避免水分进入到泥浆内部导致土体松散、软化[7]。采用地下连续墙槽壁加固配合新型膨润土，可以提高成槽质量，控制连续施工墙的垂直度，提高连续墙施工质量。地下连续墙施工工序如下：导墙——泥浆护壁——成槽施工——水下灌注混凝土。导墙沿着地下连续墙的纵轴线通过浇筑钢筋混凝土和现浇混凝土的方式构筑导墙，导墙的深度为1.5米，顶面高于地面10-15cm，避免地表水流入到导沟，导墙厚度为150mm。导墙施工后，需要进行泥浆护壁，泥浆主要由膨润土、水、化学处理剂等物质沟槽，通过泥浆对沟槽施加一定的压力保护沟槽形状不变，将泥浆的静水压力作用在槽壁上，避免地下水的渗透。沟槽施工，需要通过旋转钻、冲击钻等专用机械设备，由于施工沟槽比较深，沟槽土质比较软，为了避免对土体的扰动，旋转导板抓斗进行施工。沟槽槽段一般为6-8米，槽段挖掘后，需要静置4小时后，才能泥浆护壁[8]。水下混凝土灌注需要导管进行配合，在使用导管时，需要在导管内设置一个管塞，通过灌入到导管的混凝土压力将管道内部的泥浆挤出来，混凝土需要采用连续灌注的方式，采用连续灌注方式，影响到水下混凝土柱的灌注质量。水下混凝土灌注后还需要处理各个墙段，由于地下混凝土由多个墙段构成，为了将各个墙段连接成一个整体，需要采用锁口管工艺，将各个墙段连接起来成为一个整体。
2.2.2基坑开挖支撑技术
由于软土具有流变性、收缩性、透水性，深基坑开挖过程中，软弱土层深基坑施工阶段，可能对周围的土层造成一定的影响，深基坑支护结构受到一定压力、荷载，导致地面出现不均匀沉降、坍塌等现象，威胁到临近构筑物的安全。因此，为了降低深基坑施工的影响，需要合理设置钢支撑结构，确保选择的钢支撑结构各项数据符合深基坑施工要求。同时还需要对钢支撑结构和地面沉降量进行实时监控，避免土方开挖过量，造成地下水分回升，影响到临近居民建筑物[9]。钢支撑结构的轴力设计，钢支撑结构轴力设计不仅需要考虑到钢结构承载力，还要考虑到软土层的承载力以及地下水位变化对深基坑支护结构的影响，通过计算出让软土层的静水压力，本区域的深基坑变形控制措施，不断优化钢支护结构的轴力。原先设计的时候，采用C25的混凝土，考虑到深基坑的深度和自身承载力，提高了混凝土等级，采用C30的混凝土。单根钢支撑轴力设计值等于钢支撑间距x设定给定值，还要单幅地下连续墙承受土体压力。通过对比分析，发现气温对钢支撑结构轴力影响比较大，在气温昼夜差为10°时，钢支撑轴力变化为40—60t。该建筑工程的钢支撑结构选择Ø609钢筋，钢支撑承受的最大轴力为300t；Ø800钢支撑机构最大轴力为400t。采用伺服系统控制钢支撑结构的轴力，可以实现智能化调节基坑支撑结构的轴力，避免影响到深基坑支护结构的稳定性。伺服系统是一种全自动系统，可以通过精确反馈或者复现某一个过程的反馈控制系统，根据控制需求，让物体的位置、方向、大小等输出量随着给定值变化进行变化。采用伺服系统和计算机控制系统，计算机可以实时监测钢支撑结构的轴力变化，并根据周围土体的变化调整钢支撑结构的轴力，这样可以减少基坑边形，基坑开挖过程对周围土体的扰动，避免对临近建筑的干扰。如果深基坑钢支撑结构轴力降低，则伺服系统可以自动进行补偿。深基坑钢支护结构轴力自动补偿系统由人机交互系统、DCS控制系统、钢支撑系统和压力系统沟槽，其中人机交互系统可以实现人和机器的互动，可以根据钢支撑机构的变化，进行控制钢结构支撑轴力。DCS控制系统是整个伺服系统的关键，连接人机交互系统、钢支撑系统和压力系统，将钢支撑系统和压力系统的数据发送到人机交互系统，工作人员根据监测数据，控制压力油泵，调节压力油泵，实现增压保压，并与设计数值进行比较。如果发现问题，可以及时将其反馈到控制系统。如果发现监测数据小于设计轴力，则控制系统发出指令，要求油压泵系统立即启动，为钢支护结构提供压力。监测系统如果连续采集到钢支撑结构轴力在设计数值之上，则控制系统会发出关闭油压泵的指令，油压泵立即停止工作。如果监测系统监测的数据显示钢支撑轴力数值高于最大设计数值，则控制系统立即发出警报信息，控制系统立即降低压力泵的压力，让其恢复到正常数值。为了减少基坑变形和降低对周围建筑物的影响，采用分段分层开挖方式。
2.2.3深基坑排水技术
由于软弱地层下临近居民建筑深基坑施工阶段，可能遇到地下水上升或者地下水渗透等现象，影响到深基坑施工的安全性和稳定性。因此，深基坑施工前，需要进行排水处理。深基坑排水处理需要在土方开挖前一个月，结合现场的实际情况，采用自留深井降水处理，通过深基坑外部周围采用自流深井和坑外的水泥搅拌桩止水帷幕进度防水[10]。根据工程的实际情况，在深基坑四周和基坑内设置12套井点。地下连续墙完工后，在深基坑外部设置4套深基坑外加固降水。同时，还要在基坑地表设置明排水系统，遇到雨天可以及时将地表积水和地下水排出到坑外。
结束语
深基坑施工技术是一项综合性、系统性的工作，在开挖阶段，必须结合到深基坑施工现场的环境，采用分段分层开挖方式，降低对临近建筑物的影响。同时，还要通过沟槽加固、新型膨润土、钢支撑结构伺服系统和排水措施，减少基坑变形量，减少对临近建筑物的影响，确保深基坑施工质量。
参考文献：
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