西寧地區(qū)深基坑降排水工程降水及錨桿支護(hù)措施

西寧地區(qū)深基坑降排水工程降水及錨桿支護(hù)措施

西寧位于甘肅省東部。古城位于蘆水河谷平原。河谷岸坡的底部和第四系谷距老泥巖、石膏、芒硝等鹽巖的底部。強(qiáng)風(fēng)化層中的鹽巖不僅廣泛，而且芒硝在水中溶解后容易溶解。湟水低階地多為內(nèi)迭式階地,其內(nèi)卵石層潛水與河水水力聯(lián)系密切。近年來河邊低階地高層建(構(gòu))筑物不斷增多,其深基坑開挖及降排水工程引發(fā)河水向基坑滲流,致基坑坍塌,地基土力學(xué)性質(zhì)下降,基坑涌水等工程現(xiàn)象也逐漸增多。1工棚墻表土地層西寧市在湟水沿岸的工程建設(shè)中發(fā)生如上工程危害因素較普遍,筆者所經(jīng)歷的工程項(xiàng)目:如沿岸海晏路國貿(mào)大廈、省康樂醫(yī)院、祁連路的匯通錦繡江南小區(qū)、匯通商務(wù)酒店等在基坑開挖施工中不同程度均發(fā)生過類似的基坑破壞現(xiàn)象,這些建筑物的特點(diǎn)是離河邊近,地下水埋藏淺而豐富,基坑開挖較深,建筑物持力層為古近系的泥巖風(fēng)化層,絕大部分地層中分布有石膏、芒硝等鹽巖地層,地層中普遍硫酸根離子含量和含鹽量較高,經(jīng)概略統(tǒng)計(jì),風(fēng)化泥巖層中SO42=4707～19769mg/kg,平均含鹽量為0.76%～3.46%,均大于0.5%,一般為2.0%～4.0%,以中-強(qiáng)硫酸鹽漬及亞硫酸鹽漬巖土為主,鹽脹性和腐蝕性為主要工程特性。就眾多工程實(shí)例而言,筆者認(rèn)為在2009年5月份開工建設(shè)的位于西寧市互助路的泰陽國際商貿(mào)中心小區(qū)基坑開挖范圍大,深度深,最大深度為12.5m,占地面積為280×60m2,距離湟水河河水面只有25.0m,基坑在進(jìn)行了一定的錨桿支護(hù)后進(jìn)行基坑挖土,高層部分靠近河岸邊,就在施工開挖到-9.0m時(shí),基坑靠近湟水岸一側(cè)發(fā)生了較大的基坑滲漏充水,河水沿河床卵石空隙下滲流入泥巖強(qiáng)風(fēng)化層中的鹽巖溶隙中,在淋濾沖蝕作用下,使得鹽巖加劇溶解,形成了大小二處導(dǎo)水通道,不久在基坑頂?shù)孛婧凸と松畹墓づ飰w均產(chǎn)生了裂縫,這種發(fā)生地表河水倒灌基坑的現(xiàn)象在西寧實(shí)屬罕見,也是較典型的工程實(shí)例之一,該工程地基土主要由古近系湖相沉積的含鹽硝、石膏鹽巖地層組成,其上覆蓋了具二元結(jié)構(gòu)的第四紀(jì)沖洪積松散堆積地層,自上而下巖性特征為:(1)雜填土:雜色,稍濕-濕,以粉土為主,含大量建筑垃圾、卵石,土質(zhì)不均,結(jié)構(gòu)松散,層厚為0.40～2.80m。(2)層粉土(Q44ml):雜色,稍濕-濕,成份以粉粒為主,含云母片、氧化鐵、小礫石,搖振反應(yīng)中等,無光澤,干強(qiáng)度及韌性低,稍密-密實(shí),厚度為0.20～2.10m。(3)卵石(Q42al+pl):雜色,稍濕-濕,巖石成份以砂板巖、片麻巖為主,磨圓度亞圓,顆粒大于20mm質(zhì)量占總質(zhì)量的51.3%～59.8%,分選性好,顆粒連續(xù)排列,回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)困難,層厚為2.10～4.80m,松散-中密。(4)-1層第三紀(jì)泥巖強(qiáng)風(fēng)化(N):棕灰色-青灰色,稍濕-濕,堅(jiān)硬-可塑,組織結(jié)構(gòu)大部分被破壞,巖體破碎,風(fēng)化裂隙發(fā)育,夾有石膏、芒硝夾層,和泥巖沉積韻律分布,巖芯分布有蜂窩狀、雞窩狀、溶蝕現(xiàn)象和溶穴。厚度為4.40～7.70m,工程性質(zhì)類似于一般粘性土。(4)第三紀(jì)泥巖中風(fēng)化(N):棕紅-青灰色,夾有棕灰色,干,質(zhì)地堅(jiān)硬,層間分布含白色透明芒硝晶體夾層和碎石膏層,厚度大小不定,組織結(jié)構(gòu)部分破壞,巖體呈塊狀,短柱狀結(jié)構(gòu),較完整,極軟巖,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級,巖面新鮮,巖芯鉆進(jìn)困難,累計(jì)揭露厚度為1.70～16.70m。(5)第三紀(jì)泥巖微風(fēng)化(N):棕紅色-棕色、灰色,干,堅(jiān)硬,組織結(jié)構(gòu)未變,巖芯完整,在節(jié)理和裂隙面具紅色鐵染或稍有變色,層間分布少量石膏透鏡體,巖芯呈棱狀、塊狀或厚層狀,層理明顯,干鉆非常困難,沖水后鉆進(jìn)緩慢,本層厚度較大,未揭穿,揭露厚度為1.30～9.80m。工程項(xiàng)目主要由四幢28-31層高層住宅樓和相接于北側(cè)五層商業(yè)用房組成,基礎(chǔ)埋深為-9.5米,地貌位置處于一級階地上,基坑開挖之前進(jìn)行了管井降水,經(jīng)觀測水位下降到預(yù)定設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行基坑開挖,逆作法施工進(jìn)行錨桿支護(hù),直止基坑開挖到-7.5m時(shí),基坑邊坡泥巖強(qiáng)風(fēng)化帶具滲水現(xiàn)象,高層部分基坑開挖到9.5m,由于地層中分布有較厚的層狀、透鏡狀芒硝、石膏巖鹽體,經(jīng)剝離后基坑不得不挖到-12.5m深度下的泥巖中風(fēng)化,中風(fēng)化泥巖層理清晰,層間裂隙呈閉合,層理間和部分裂隙中被石膏和芒硝等易溶硫酸鹽巖脈體充填,有些裂隙中鹽類被溶濾,形成蜂窩狀、雞窩狀溶穴和溶隙,形成了地下水賦存和運(yùn)移的空間,就在施工西側(cè)1#住宅樓基礎(chǔ)時(shí),發(fā)現(xiàn)在距東側(cè)基坑壁往西25.0m處的南側(cè)坑壁上,基坑開挖深度為-10.7m,由于芒硝鹽巖脈體溶解,使層間裂隙貫通,隨著河水向基坑中的涌水量增大而河水動能增加,易溶鹽溶解加快,溶蝕加劇,使得形成了河水補(bǔ)給基坑的倒灌型過水通道的主要因素。經(jīng)驗(yàn)槽和專家論證處理方案認(rèn)為應(yīng)在河的內(nèi)側(cè)拋土袋進(jìn)行封堵,經(jīng)封堵后河水向基坑補(bǔ)給有所減少,但在過水通道上面地面和施工方辦公工棚房墻體處產(chǎn)生塌陷和裂隙,裂縫未延伸到基坑邊上,情況十分危急,經(jīng)和施工方協(xié)商,對基坑南側(cè)河邊繼續(xù)進(jìn)行封堵,并形成了一道環(huán)形的擋水墻,同時(shí)對基坑邊進(jìn)行灌漿處理,限制邊坡頂上禁止行車,運(yùn)載重物和堆放棄土,經(jīng)觀測裂縫無發(fā)展擴(kuò)大的跡象而趨于穩(wěn)定。所幸的是此過水通道在以后觀測中沒有發(fā)展。1.2集水坑偏滲流致基坑區(qū)域改造,為控制風(fēng)由于基坑中經(jīng)明排降水,基坑中地下水溶濾作用加劇,石膏、芒硝、氯鹽巖體被溶解流失,經(jīng)集水坑抽水排入南側(cè)河中,顯然對一些含水巖體和強(qiáng)風(fēng)化裂隙起疏通作用,使呈管道狀、裂隙狀、樹枝狀、網(wǎng)格狀、不規(guī)則蜂窩狀水體在開放環(huán)境和吸抽作用后形成集中逕流的特點(diǎn),使補(bǔ)給通道流暢化、開放發(fā)育化,河水沿裂隙補(bǔ)給更有利,基坑環(huán)境惡化。1.4地下水溢出點(diǎn)的確定由于泥巖強(qiáng)風(fēng)化層中蒙脫石、高嶺石和伊利石等粘土礦物含量較高,又有風(fēng)化裂隙發(fā)育和地下水活動,基坑開挖和施工時(shí)地基極易浸水,使地基軟化而承載力顯著下降,解決辦法采用輕便觸探和刻塊法?、窦墡r樣進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn),只要對力學(xué)性差的極軟層和錘擊數(shù)較低部分軟化層清除后,基礎(chǔ)選擇力學(xué)性好而承載力較高的堅(jiān)硬持力層,則可達(dá)到預(yù)想的設(shè)計(jì)要求。由于含石膏、芒硝結(jié)晶體地層層理、節(jié)理,風(fēng)化裂隙密集分布,太陽商貿(mào)城工程場地基坑底面局部在揭露到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),由于基坑局部分布芒硝鹽巖體,經(jīng)長期地下水溶濾、溶解和溝邊及底部發(fā)育裂隙和節(jié)理,幾天后在基坑以東4#基坑中出現(xiàn)了2～3處地下水溢出點(diǎn),被施工方懷疑產(chǎn)生了管涌,隨后淹沒了部分基坑底面,地基部分被浸泡在水中,經(jīng)對基坑中排水明溝觀察,明溝沿線裂隙發(fā)育帶中石膏、芒硝被水溶解,地基土中白色鹽霜析出聚集的地方滲水較多,濕而泥濘,由此而分析認(rèn)為:基坑中的出水點(diǎn)是由明溝中的水滲入地基而產(chǎn)生,另外由于石膏、芒硝、氯鹽分布密集,裂隙發(fā)育帶滲水所致,必須對明溝進(jìn)行水泥砂漿砌筑和噴漿面層處理,對地下水溢出部位直接用聚乙稀管導(dǎo)排于抽水坑中,不讓沿線溝中水下滲,并對基坑中浸泡軟化部分和易溶的芒硝夾層應(yīng)徹底清除,保持基坑底面干燥,此次處理后,基坑中地下水溢出部位停止了向外滲水。此后經(jīng)進(jìn)行載荷試驗(yàn)驗(yàn)證,載荷試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求(見表1)。2基于河岸保護(hù)方法的選擇和基本處理措施2.1灌注樁加固擋土截水墻(1)鑒于以上問題,對河邊深基坑開挖工程,為防止易溶鹽巖溶解和裂隙發(fā)育引起河流倒灌致基坑破壞,在基坑開挖之前應(yīng)首先考慮降低地下水和選擇支護(hù)方案,在實(shí)施降水過程中,當(dāng)降水降到基底設(shè)計(jì)標(biāo)高下一定深度后,根據(jù)觀測資料基坑中和周邊經(jīng)干擾井抽水后總降落漏斗邊界已不在影響施工場地,并在一定的觀測延續(xù)時(shí)間內(nèi)基坑內(nèi)水位始終保持于基底下一定的設(shè)計(jì)深度不變,說明降水目的已達(dá)到,可進(jìn)行支護(hù)方案選擇,由于場地南側(cè)為湟水河,卵石和古近系強(qiáng)風(fēng)化巖屬于透水層,錨桿支護(hù)只能擋土而不能擋水,反之錨桿鉆孔起到一種疏通溶隙使孔隙更加增大通暢而加劇透水,因此,為了阻隔河水補(bǔ)給基坑和基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性而選擇一種即能擋土又能隔水的支護(hù)體系是必要的。顯然截水帷幕支護(hù)體系是最好的一種支護(hù)結(jié)構(gòu),所謂截水帷幕就是用于阻截或減少基坑周圍及底部地下水滲入基坑而采用的連續(xù)止水體,截水帷幕的施工可采用機(jī)械成孔灌注樁一字或間斷式搭接交叉成孔,灌注樁相互搭接組成既能擋土又能截水的墻,為節(jié)省工程造價(jià),也可采用深層攪拌或旋噴及其他方法加固土體成一地下重力式擋土截水墻,用此方法可加固土體或風(fēng)化裂隙發(fā)育的粘土巖,施工時(shí)應(yīng)使連續(xù)墻插入坑底一定深度,截水帷幕施工結(jié)束后應(yīng)繼續(xù)觀測基坑內(nèi)止水效果,如基坑基底的設(shè)計(jì)水位保持穩(wěn)定,或抽降水時(shí)易疏干,則加固效果已達(dá)到設(shè)計(jì)效果,即達(dá)到阻斷河水補(bǔ)給的效果,同樣也達(dá)到了對基坑支護(hù)、防滲、抗滑、護(hù)岸要求,開挖施工時(shí)可進(jìn)行逆作法施工?？梢妴畏矫娴腻^桿(索)支護(hù)對河流補(bǔ)給基坑地下水不能完全起擋(止)水作用。(2)對于含鹽泥巖風(fēng)化層持力層選擇盡可能采用巖土工程勘察報(bào)告中所建議持力層,認(rèn)真分析風(fēng)化層的風(fēng)化強(qiáng)弱和裂隙發(fā)育程度,了解裂隙的閉合性和張開度,延展情況,可溶鹽的充填情況,分布厚度溶蝕孔穴的充水性、巖石的破碎程度和巖石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),準(zhǔn)確劃分風(fēng)化層的分帶邊界和過渡帶的厚度,這樣基坑開挖時(shí)可預(yù)見清除可溶鹽發(fā)育部位和裂隙發(fā)育帶被地下水浸泡的極軟層范圍,從而可優(yōu)化的選擇較可靠和堅(jiān)硬巖層作為建筑物和支擋結(jié)構(gòu)嵌固的持力層。(1)含石膏、芒硝易溶巖鹽體的強(qiáng)腐蝕介質(zhì)環(huán)境對結(jié)構(gòu)混凝土的基本要求為在含有石膏、芒硝這種易溶鹽體的場地中,絕大部分介質(zhì)環(huán)境處于對混凝土結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕等級環(huán)境,根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范GB50046-2008》,基礎(chǔ)材料應(yīng)選擇的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C4O,最小水泥用量340kg/m3,水灰比不能超過0.40,氯離子含量最大不超過0.08。混凝土最小保護(hù)層厚度為50mm,地下室外墻及底板混凝土最小保護(hù)層厚度為50mm。(2)對于荷載大的高層建筑,硫酸鹽強(qiáng)腐蝕環(huán)境下的含易溶鹽泥巖巖應(yīng)采用防腐蝕材料墊層回填處理,一般選用二氧化硅含量高的毛石加抗硫酸鹽水泥進(jìn)行砌筑處理,花崗巖、閃長巖、石英巖等巖石屬較好耐腐蝕材料,經(jīng)處理后箱形或筏式基礎(chǔ)可坐落于砌筑的墊層上。對于多層和單層建筑可采用天然級配砂石進(jìn)行壓實(shí)回填一定的厚度處理作為變形緩沖層,也可選用二氧化硅含量高建筑材料的巖石進(jìn)行基礎(chǔ)襯砌,這樣不但能起到防止腐蝕作用,而且對巖層的鹽脹性具有消除作用。還可有效改善地基的承載力。(3)對于硫酸鹽漬土很厚,多層建筑基礎(chǔ)施工時(shí)也無需全部挖除,只要對有效鹽脹深度內(nèi)的鹽漬土挖除即可,采用相對含鹽量低的素土進(jìn)行換土處理,一般當(dāng)鹽漬土地基中的硫酸鈉含量不超過1%,均可作為換填的土料,其鹽脹性可以不考慮,根據(jù)研究資料,一般鹽脹有效深度不大于1.5m,鹽脹力一般小于100KPa。(4)在地下水位較深情況下,當(dāng)替換土層較厚時(shí),則可采用挖孔樁或砂石墩進(jìn)行處理,此施工方法簡單,不怕鹽的腐蝕。3商貿(mào)中心工程概況西寧市湟水河谷內(nèi)迭式低階地卵石層潛水與河水水力聯(lián)系密切,互相轉(zhuǎn)換頻繁。階地下伏古近系石膏、芒硝等鹽巖與泥巖呈互(夾)層狀或作裂隙脈狀分布于泥巖之中,頂部強(qiáng)風(fēng)化泥巖層中的鹽巖溶隙比較發(fā)育,并夾有易溶的芒硝層。近河段泰陽國際商貿(mào)中心建(構(gòu))筑物深基坑工程雖對下部第四系松散層進(jìn)行了噴錨支護(hù),但其管井降水、基坑排水工程則引發(fā)了迎河面卵石層潛水—河水通過強(qiáng)風(fēng)化泥巖層中的鹽溶溶隙和對芒硝的溶解,向坑內(nèi)滲流、潛蝕,形成逕流通道,致使地基浸水承載力降低和基坑壁外側(cè)地面產(chǎn)生塌陷、裂縫。在采取對基坑側(cè)河水封堵和基坑邊灌漿處理等措施后,河水向基坑的滲流消失,保證了基坑的安全施工。該商貿(mào)中心工程位于互助路西寧小商品批發(fā)市場對面,北臨互助路東側(cè)二-三層民宅,西側(cè)為五-六層居民樓,南臨湟水河,相距河邊只有25.0m左右,場地地下水位埋深于地面下3.10～5.40m,地下水位標(biāo)高為2204.55～2205.92m,當(dāng)時(shí)河水水位標(biāo)高為2203.59～2204.28m,含水層厚度為1.10～2.40m,在基坑開挖時(shí)因降水降水到13.0m左右時(shí),河水和基坑中地下水形成巨大的水頭差,引起泥巖中芒硝、石膏、鹽巖地層溶解后而發(fā)生了河水倒灌于基坑,使基坑邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生裂縫等事故。理由為由于形成了巨大的水頭差,坑底和基坑邊坡古近系地層強(qiáng)風(fēng)化帶中的裂縫溶隙、節(jié)理發(fā)育,且這些部位土體重度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基坑內(nèi)外水頭差,引起水的滲透力增大,促進(jìn)河水滲流破壞基坑側(cè)壁使建筑地基浸水的主要原因。1.1地下水滲流推動下泥巖強(qiáng)風(fēng)化地層本身的特征和風(fēng)化強(qiáng)烈程度使得加速易溶鹽巖脈體溶蝕和溶濾是形成河水倒灌的原因,經(jīng)過對基坑中坑壁、基坑底面和錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)觀測,其一,卵石中基本無地下水滲出,坑壁土質(zhì)較干燥,噴錨支護(hù)后面層上無地下水滲出,在水平和深度方向上坑壁和基底面干燥或稍具潮濕。其二,錨桿支護(hù)只對卵石和卵石以上黃土狀土進(jìn)行了重點(diǎn)支護(hù),對其下泥巖強(qiáng)風(fēng)化著重進(jìn)行了混凝土噴漿面層處理,錨桿分布稀疏而間隔大,甚至未支護(hù),經(jīng)分析河水經(jīng)過河床面卵石滲透,由于卵石經(jīng)過錨桿支護(hù)和噴錨注漿后已基本形成了一道隔水墻,起到了有效的隔水效果,其下泥巖強(qiáng)風(fēng)化層,在風(fēng)化裂隙和層間裂隙極發(fā)育部位分布有石膏、芒硝和氯鹽等易溶鹽巖脈體,特別在強(qiáng)風(fēng)化層和中風(fēng)化地層界面上裂隙發(fā)育強(qiáng)烈,易溶鹽在