大面積基坑開挖樁基穩(wěn)定與降水方案的選擇

1、大面積基坑開挖樁基穩(wěn)定與降水方案的選擇摘要：在軟土地基上進(jìn)行樁基、基礎(chǔ)工程施工時(shí)，因?yàn)橥练降拈_挖引起樁位偏移的情況，在不少工程上出現(xiàn)過，*工程主廠房采用摩擦型鋼樁承載，基坑采用機(jī)械大面積開挖方案。在地質(zhì)情況復(fù)雜的軟土地基開挖施工中降水方案的選擇、降水效果的好壞以及摩擦型鋼樁的穩(wěn)定都對(duì)工程的正常施工有著至關(guān)重要的影響，也是該工程基礎(chǔ)施工的一個(gè)難點(diǎn)。該工程通過選擇合理的降水方案，并采取防土壤液化、降水等切實(shí)可行的防止樁位偏移的措施，成功地解決了這一問題，取得了較好的效果。關(guān)鍵詞：基坑開挖 樁基穩(wěn)定 措施 降水方案 選擇 效果一、 前言在軟土地基上進(jìn)行樁基、基礎(chǔ)工程施工時(shí)，因?yàn)橥练降拈_挖引起樁位偏移

2、的情況，在不少工程上出現(xiàn)過，給工程造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也給施工帶來了較大的影響，貽誤工期，增加造價(jià)，影響質(zhì)量。*工程地質(zhì)情況復(fù)雜, 主廠房采用摩擦型鋼樁承載，為防止因?yàn)橥练降拈_挖引起樁位偏移的情況出現(xiàn)，施工單位及設(shè)計(jì)院在總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)、施工上先期考慮了預(yù)防鋼樁偏移的措施，并付諸實(shí)施，取得了成功。二、 工程概況*電廠位于長(zhǎng)江北岸灘地上，規(guī)劃容量為2400MW ，一期工程建設(shè)2臺(tái)600MW 機(jī)組。該工程通過國際招標(biāo)的方式進(jìn)行設(shè)備的采購，鍋爐島由美國巴威公司中標(biāo)，汽機(jī)島由美國西屋公司中標(biāo)，儀控島由德國西門子公司中標(biāo)。主廠房零米以上由美國S L 公司設(shè)計(jì)，零米以下由華東電力

3、設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。主廠房由北向南依次為：汽機(jī)房、除氧間、煤倉間、鍋爐房，兩爐間為集中控制樓。汽機(jī)房長(zhǎng)191.2米，主廠房基坑總面積為22000平方米。汽機(jī)房、除氧間、集中控制樓為獨(dú)立基礎(chǔ)，鍋爐房為整板基礎(chǔ)。主廠房采用60米長(zhǎng)“H ”型鋼樁，輔助廠房為砼預(yù)制方樁或水泥攪拌樁，地基全部打振沖碎石柱進(jìn)打抗液化處理。工程從95年12月28日開始挖土，96年7月主廠房基礎(chǔ)施工完。主廠房鋼樁共1064根，全部由外國進(jìn)口，斷面如圖： 三、工程水文、地質(zhì)條件1、地質(zhì)條件 *廠區(qū)地形平坦，地質(zhì)為第四紀(jì)長(zhǎng)江沖積物，地形復(fù)雜；局部夾淤泥質(zhì)粘性土，20米以上多為飽和松散的砂性土，在地震烈度為7度的情況下可為液化土，液化程度

4、達(dá)中等嚴(yán)重程度。主廠房區(qū)域自上而下土層依次為：粉土粉砂淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土粉砂細(xì)砂粉質(zhì)粘土細(xì)砂粉砂砂卵石。2、水文地質(zhì)條件土壤各層含水豐富，由于近臨長(zhǎng)江，且場(chǎng)地自然標(biāo)高低于長(zhǎng)江年平均水位，地下水受長(zhǎng)江水位影響較大，補(bǔ)給充足，枯水期地下水距自然地面l 米，土壤各層滲透能力相差較大，列表如下： 四、樁位偏移的主要影響因素 鑒于*工程地質(zhì)情況復(fù)雜，多為飽和松散的砂性土，在地震和外力作用的情況下，容易液化，也容易引起樁位的偏移。這在以往的不少工程上出現(xiàn)過，有過沉痛地教訓(xùn)，如吳涇電廠曾經(jīng)因?yàn)橥练降拈_挖引起A 排樁偏移達(dá)一米以上，給工程造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。*工程主廠房采用摩擦型鋼樁承載，地質(zhì)條件與吳涇電廠極其相

5、似，為此，該工程開工前，從設(shè)計(jì)單位到施工單位都對(duì)如何防止樁位的偏移極其重視，他們?cè)诳偨Y(jié)以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程特點(diǎn)，首先從設(shè)計(jì)、施工等諸多因素上分析考慮鋼樁偏移的原因，并對(duì)癥下藥，找到切實(shí)可行的方案付諸實(shí)施，取得了成功。產(chǎn)生影響樁位偏移的因素很多，經(jīng)研究分析認(rèn)為，可能影響*樁位偏移的主要因素如下：l 、液化指數(shù)較高據(jù)地質(zhì)報(bào)告，主廠房區(qū)域液化指數(shù)值為：7.920.0，平均值為14.7，最淺液化點(diǎn)為：1.3m ，最深為19.3m ，液化程度為中等嚴(yán)重，上部無有效的覆蓋層。因此，在快速密集沉樁時(shí)，土體結(jié)構(gòu)受孔隙水壓力和擠土作用，以及打樁所引起的振動(dòng)等不利因素的影響，極易受振動(dòng)而導(dǎo)致強(qiáng)度下降，出現(xiàn)樁

6、體上浮和側(cè)移。2、超孔隙水壓力的影響土體內(nèi)部因打樁所引起的超孔隙水壓如未消散完畢，振動(dòng)后的土體回結(jié)程度底。在基坑開挖后，因一側(cè)卸載使原土體內(nèi)不平衡的力系受到更大破壞，而引起打樁隨土體向基坑方向側(cè)移。3、土方開挖方案的影響由于土方開挖邊坡設(shè)計(jì)不當(dāng)，或邊坡頂活荷載的增加，引起邊坡失穩(wěn)而帶動(dòng)土體移動(dòng)，從而造成樁體的偏移。4、降水效果不佳因基坑開挖時(shí)，降水深度不夠或井點(diǎn)失效造成降水效果不佳，從而引起邊坡和坑底的3l 土層在動(dòng)水壓力差作用下發(fā)生流砂，使土體可能發(fā)生大面積流動(dòng)，帶動(dòng)鋼樁一起產(chǎn)生偏移。五、控制樁位偏移的主要措施針對(duì)影響樁位偏移的不利因素，*工程從設(shè)計(jì)到施工各方經(jīng)多次研究討論，決定主要考慮通過

7、以下幾方面采取措施來避免產(chǎn)生鋼樁偏移。一方面通過增強(qiáng)土體本身的強(qiáng)度，提高抗滑移系數(shù)，其主要措施是施打碎石樁以增加土體強(qiáng)度及采用人工降水來加強(qiáng)土體表面的固結(jié)；另一方面通過合理施工組織，合理安排基坑開挖層次，盡量減少土體壓力，消除施工荷載對(duì)鋼樁產(chǎn)生的側(cè)壓力，并加強(qiáng)觀測(cè)。1、施打碎石樁增加土體強(qiáng)度因廠區(qū)范圍內(nèi)20m 深以上土體液化程度可達(dá)中等嚴(yán)重程度，是樁位的位移主要因素。華東電力設(shè)計(jì)院結(jié)合以往類似工程的經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)多處試樁的基礎(chǔ)上，確定在主廠房區(qū)域先打600振沖碎石樁，形成復(fù)合地基，待上層土壤固結(jié)后再施打鋼樁。由于碎石樁具有透水性好的特點(diǎn)，這樣做一方面可以加快上層土壤的固結(jié)，另一方面在后續(xù)快速密集

8、沉鋼樁時(shí)，使施打鋼樁所擠壓出的大量土壤孔隙水能有效并快速地從碎石樁中排出，從而提高土壤的承載力，達(dá)到穩(wěn)定樁位的作用。主廠房區(qū)域采用的砂石樁深12m ，間距1.7m 。經(jīng)施打后土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如下：施工前后地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表 由以上可以看出，經(jīng)干振碎石樁地基處理后，樁間土的密度和內(nèi)磨擦角明顯提高，復(fù)合地基強(qiáng)度明顯提高，大大提高了土體的抗滑能力。經(jīng)砂石樁處理，平均液化指數(shù)減少到0.40以下，大大改善了土體的抗液化性能，12m 以上基本消除液化的可能性，形成了較厚的固結(jié)土覆蓋層。2、采用人工降水，增加土壤抗剪強(qiáng)度由于*工程地質(zhì)情況復(fù)雜，多為飽和松散的砂性土，土壤含水率高。為確保土方

9、的正常開挖、基礎(chǔ)的正常施工及樁基穩(wěn)定，施工單位結(jié)合以往類似地質(zhì)情況工程降水工程施工的經(jīng)驗(yàn)，并且在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定在主廠房區(qū)域布臵管井，在挖土前二個(gè)半月開始抽水，這樣保證在施工期問，水位一直保持在坑底標(biāo)高以下。通過管井降水，一方面，加快超孔隙水壓力的消散；另一方面，通過降水可加快土體固結(jié)，將基坑周圍的地下水面降至開挖高程以下，消除了地下水滲透的影響，增加了土體的抗剪強(qiáng)度，進(jìn)而增加邊坡及坑底的穩(wěn)定性，從而保證樁基穩(wěn)定及土方的正常開挖、基礎(chǔ)的正常施工。3、合理確定土方開挖方案，減少土體落差對(duì)樁基的影響 *主廠房平均挖深3.5米，為保證基礎(chǔ)大面積同時(shí)施工，施工單位確定土方的開挖采用機(jī)械大面積開挖

10、方案。這樣一來必將因?yàn)橹鲝S房基坑開挖形成土體落差，從而對(duì)樁基產(chǎn)生擾動(dòng)，并且挖掘機(jī)施工時(shí)也可能撞到鋼樁，為把這一影響減少到最小，施工單位在設(shè)計(jì)院的配合下確定了合理的主廠房基坑開挖邊坡及開挖次序，并且明確提出不得在基坑四周堆放開挖出的土方和施工用的大堆建筑材料，以盡量減少邊坡堆載對(duì)基坑鋼樁的側(cè)壓力影響，從而保證樁基的穩(wěn)定。4、合理確定開挖時(shí)間由于*工程地質(zhì)情況復(fù)雜，多為飽和松散的砂性土，土壤含水率高，在快速密集沉樁時(shí)，土體結(jié)構(gòu)受孔隙水壓力和擠土作用，以及打樁所引起的振動(dòng)等不利因素的影響，極易受振動(dòng)而導(dǎo)致強(qiáng)度下降，出現(xiàn)樁體上浮和側(cè)移。為隨時(shí)掌握土壤孔隙水壓力變化的情況，施工單位在主廠房區(qū)域設(shè)臵8只超

11、孔隙水壓力計(jì)進(jìn)行測(cè)量孔隙水壓力，壓力計(jì)采用振弦式水壓力計(jì)。根據(jù)實(shí)測(cè)資料表明，超孔隙水壓力在打樁后70天全部消散。*工程主廠房由于打鋼樁的時(shí)間較土方開挖的時(shí)間要早兩個(gè)多月，因此在主廠房在95.12.28挖土?xí)r，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，土壤孔隙水壓力己全部消散，避免了超孔隙水壓力的內(nèi)在影響。5、加強(qiáng)觀測(cè)雖然設(shè)計(jì)及施工單位對(duì)如何防止樁位的偏移做了大量的預(yù)防工作，但為防止不可預(yù)見的原因造成樁位的偏移。為慎重考慮，也為了掌握第一手資料，施工單位在本工程土方開挖期間，沿周邊每組鋼樁都設(shè)臵觀測(cè)點(diǎn)，派專人天天進(jìn)行觀測(cè)，掌握情況，以便隨時(shí)采取對(duì)策。以下對(duì)施工單位所采取的一些主要措施闡述如下：六、降水方案的選擇及實(shí)施*工程主

12、廠房基坑因緊鄰長(zhǎng)江，地質(zhì)地層情況復(fù)雜，在土方開挖過程中，既要保證鋼樁的穩(wěn)定，又要保證大面積基礎(chǔ)的同時(shí)施工，根據(jù)具體情況選用合適的降水型式非常必要，本工程施工單位經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，大膽采用管井為主，射流泵輕型井點(diǎn)為輔的降水方案，為基礎(chǔ)施工創(chuàng)造了良好的條件，并節(jié)省了施工費(fèi)用。（一）、降水方案選擇因主廠房基坑緊鄰長(zhǎng)江，地質(zhì)地層情況復(fù)雜，不同降水方案的降水效果也有巨大的差異，為了解地基經(jīng)抗液化處理和承重樁施打后幾種降水方案的實(shí)際效果，施工單位在主廠房區(qū)域分別進(jìn)行了管井降水、真空泵輕型井點(diǎn)、射流泵輕型井點(diǎn)降水的試驗(yàn)，然后通過綜合比較來選擇降水型式。1、試驗(yàn)情況由于主廠房基礎(chǔ)主要坐落在2-2號(hào)土層中，而3-1

13、號(hào)土層較厚，為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，滲透系數(shù)較小，降水過程中3-1號(hào)土層滲水情況對(duì)降水的效果影響很大，為判別經(jīng)復(fù)合處理后3-1號(hào)土層滲水情況，在實(shí)際試驗(yàn)過程中，管井分別作了8m 和12m 兩種深井抽水試驗(yàn)。8m 深井打到了3-1號(hào)土層上表面處；12m 深井打入3-1號(hào)土層4m ，目的是判別經(jīng)復(fù)合處理后3-1號(hào)土層滲水情況。輕型井點(diǎn)在施打時(shí)，先在地面挖1.2m 深溝槽，然后打入4.8m 長(zhǎng)的井點(diǎn)管，共打20根，使井點(diǎn)管的濾水頭進(jìn)入2-3號(hào)土層，然后分別接真空泵和射流泵，目的是比較此二種降水型式的抽水效果。試驗(yàn)結(jié)果列表如下： 2、試驗(yàn)結(jié)論1）3-1號(hào)土層對(duì)滲水量無影響，可以看成相對(duì)不透水層。 2）射流泵

14、輕型井點(diǎn)抽水量最大，為最理想的降水方式。 3、方案確定因主廠房基礎(chǔ)座落在2-2號(hào)土層上，考慮到土體需預(yù)先降水固結(jié)防止鋼樁偏移，并且樁在穩(wěn)定期間不許挖土。因此主廠房基坑降水方案在考慮方便主廠房基礎(chǔ)大面積施工情況下，主要采用8m 深管井降水方式，局部深基坑及降水效果較差的區(qū)域增加射流泵輕型井點(diǎn)降水方案。 （二）、管井施工方法1、主廠房基坑管井降水設(shè)計(jì)主廠房基坑采用機(jī)械大開挖方式，按井群降水法計(jì)算；計(jì)算過程如下：管井濾管8米，300陶粒管，進(jìn)水部分主要位于2-3號(hào)，3-1號(hào)土層，K 取6.0×E-4cm/s（0.1584m/d）, 此井按無壓非完全井計(jì)算。水位降低值s ，根據(jù)工程需要，需將

15、水位降低至-3.90m ，水位降低值s=3.2m。抽水影響半徑RR=1.95S×3.2×管井過濾器部分每米井的單位進(jìn)水量q q=2r K/15=2×3.14×0.15×=1.54×E-4m 3/s(0.55m3/h=13.3m3/d因#1、#2機(jī)對(duì)稱布臵，故取#1機(jī)作為計(jì)算單元。 分區(qū)、區(qū)分別計(jì)算涌水量，布臵管井。 區(qū)管井計(jì)算： 根據(jù)平面計(jì)算假想半徑:X=A/=(43.2×104+63.5×30.6 /=45m 引用半徑R 0=R+X=45+12=57m 計(jì)算涌水量：(2H-sS (2×7-3.2 

16、15;3.2×0.5184LgR 0-lgX Lg57-lg45=238m3/d=2.75×E-3m 3/s 濾管長(zhǎng)度:L=Q/q=2.75×E-3/1.54×E-4=18m考慮到地質(zhì)情況復(fù)雜，而且要加速土壤的固結(jié)，考慮在整個(gè)#1機(jī)廠區(qū)布臵8m 的深井13口，濾管長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際計(jì)算量18m ，滿足要求。經(jīng)試排#1區(qū)管井，距#1區(qū)重心分別為：X 6=40m,X7=35m,X8=45m,X9=50m,X10=35m,X11=50m,X12=40m,X13=45m,X14=55m,X15=40m,X16=45m,X17=46m,X18=65m。 lg(X6X

17、 7X 18=21.47 #1區(qū)群井生產(chǎn)量:（2H-S ）SQ ×0.5184LgR 0-1/nlg(X6X 7X 18(2×7-3.2 ×3.2× =234m3/d=2.71E-3m3/SLg57-1/13×21.472.75E-3m 3/S(Q滿足要求。經(jīng)同樣方法計(jì)算#2區(qū)的管井也為13只。 這樣，設(shè)計(jì)管井共26口，為觀察水位下降的變化情況，在廠區(qū)另布臵4口觀察井。每口井設(shè)一個(gè)潛水泵，QS 6型，流量為6立方米/小時(shí)，揚(yáng)程18.5米，最大外徑為205mrn 。實(shí)際施工過程中，由于深井降水一直受打樁的影響，難以正常進(jìn)行，到打樁結(jié)束后才恢復(fù)正常

18、，因此地下水位的下降速度比預(yù)計(jì)的要慢，平均每天只有3公分。為加速土壤的固結(jié)，保證在主廠房土方開挖前土壤的空隙水壓力消除，施工單位又采取了加速降水的措施，在原30口井的基礎(chǔ)上，又增打了10口深井，從而，加速了水位的下降速度，保證了主廠房如期開挖。2、管井施工施工程序：井位放線鉆機(jī)就位鉆孔一清孔吊放井管一一回填過濾層洗井試抽正常工作1）鉆孔采用XY 4回轉(zhuǎn)鉆機(jī)；孔徑600mm ，采用泥漿護(hù)壁工藝，控制泥漿濃度在8.10KN 立方2）將孔中的泥漿用清水換出，井底填砂礫30cm 厚 3）井管為預(yù)制鋼筋砼濾管，內(nèi)徑為300mm ，外徑為360mm ，長(zhǎng)度4m 。濾管密繞纏絲，包80濾網(wǎng)2層，再密繞纏絲。

19、上下管采用焊接連接，下放時(shí)使管子居中。4）濾料采用六合產(chǎn)綠豆砂，人工從井四周均勻投放，距管頂0.5m 用粘土回填密實(shí)。5）用污水泵洗井至清水，然后將0.75KW 潛水泵放入抽水。（三）、射流泵輕型井點(diǎn)施工l、射流泵和井管數(shù)量根據(jù)工程具體計(jì)算確定，從現(xiàn)場(chǎng)施工情況來看，一般5m 深坑布臵一級(jí)井點(diǎn)，間距：1根m ，每30根井點(diǎn)設(shè)1臺(tái)射流泵，可將地下水降至要求以下。 2、施工1）按附圖 1制作射流泵，壓力泵采用 Q365185.5潛水泵。2）井點(diǎn)管采用中48鋼管制作，長(zhǎng)4.8m ，濾水段長(zhǎng)1m ，施工時(shí)用高壓水槍沖孔，沖孔深度比濾管底深0.5m ，將井點(diǎn)管大面積基坑開挖樁基穩(wěn)定與降水方案的選擇 放在孔

20、洞中間，及時(shí)用潔凈的粗砂灌實(shí)，上口 0.5m 用粘土封 堵。 七、 土方開挖方案的設(shè)計(jì)與施工 為保證鋼樁的穩(wěn)定，減少土方開挖層差對(duì)鋼樁的影響，施 工單位對(duì)土方的開挖方案作了針對(duì)性的措施： 1. 主廠房采用機(jī)械大開挖的方案，為防止挖掘機(jī)誤碰鋼 樁，也為了防止基坑底部原土層的擾動(dòng)，施工時(shí)預(yù)留 50 公分土 用人工挖運(yùn)，從而最大限度減少人為因素的影響。 2. 主廠房的挖土?xí)r間嚴(yán)格根據(jù)華東電力設(shè)計(jì)院土壤固結(jié) 試驗(yàn)報(bào)告確定，當(dāng)土壤固結(jié)達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，才進(jìn)行土方的開 挖。 3. 主廠房的挖土采用縱向流水分段分層的開挖的方法， 用 3 臺(tái)挖土機(jī)同時(shí)從鍋爐房、除氧煤倉間、汽機(jī)房三個(gè)部位由 #1 軸向#20 軸

21、線方向連續(xù)挖土作業(yè)，分層挖土的厚度控制在 1 米以內(nèi)。 4. 為了減少土體層差對(duì)鋼樁的影響，經(jīng)計(jì)算并征得設(shè)計(jì) 方認(rèn)可，確定所有的開挖邊坡設(shè)計(jì)為 1：3，這一標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 規(guī)程規(guī)范的要求。從而確保土體層差對(duì)鋼樁的影響降到最小的 程度。 - 16 - 大面積基坑開挖樁基穩(wěn)定與降水方案的選擇 5. 主廠房周圍 50 米范圍不允許堆載土方或建筑材料， 所有開挖出的土方運(yùn)至臨時(shí)棄土區(qū)二期煤場(chǎng)及升壓站區(qū) 域。 6. 為防止地表水或雨水對(duì)邊坡的侵蝕，造成土體滑坡， 從而影響到鋼樁，在主廠房周邊沿邊坡開挖 50 公分深的排水明 溝，排水明溝采用磚砌勾縫形式，在四周設(shè) 8 只集水井，將地 表水或雨水排出。 八、 方案實(shí)施的效果 *一期主廠房樁基工程 95.3.28 開工，95.8#1、#2 機(jī)組 碎石樁及#1 機(jī)組 H 鋼樁全部打完。2 機(jī) H 鋼樁十一月份施打 完。 主廠房區(qū)管井 9 月份施打完，10 月中旬開始抽水，固結(jié)地 基。 95.12.28 主廠房基坑開始機(jī)械挖土，人工修坡，#1 機(jī)組基 坑 96 年元月土方開挖結(jié)束，96 年 6 月零米以下基礎(chǔ)施工完， 開始回填土。#2 機(jī)組零米以下基礎(chǔ) 9 月份施工結(jié)束。 由于所有參戰(zhàn)單位的共同努力，在施工前對(duì)軟土地基情況 下鋼樁的穩(wěn)定加以重視，從各個(gè)方面制定并采取切實(shí)可行的措 施，使施工得以順利地完成。整個(gè)施工期間，主廠房區(qū)