铁岗水库深基坑工程的风险分析及质量控制探析

熊 焰

(深圳市深水水务咨询有限公司，广东 深圳 518000)

0 引 言

近年来，随着许多城市的生态环境治理和经济发展的不断时间，调蓄池等一些水环境处理项目逐渐增多。调蓄池工程往往对于发挥着雨污处理、河水改造、 水系转输等重要的功能[1]。建设过程中往往需要涉及复杂的地下结构和基坑的开挖和支护等重要环节[2]。与调蓄池基坑同普通的建筑基坑相比，往往具有以下的特点：①地下厂房结构复杂，基坑的换撑条件复杂。②施工的单项投入费用占工程总费用比重较大。③围护结构的防渗控制变形能力要求高。文章通过对铁岗水库调蓄转输工程调蓄池的基坑工程的施工过程进行深入研究分析，针对关键施工领域的步骤进行风险控制和优化，以期提升调蓄池基坑的工程质量，为后续地下水工结构的顺利施工做基础。以期待为类似的水利调蓄工程基坑质量控制有一定的参考意义。

1 工程概况

铁岗水库是保障深圳西部片区用水需求最主要的供水水库，其原水主要通过东部供水工程从东江引入，由于宝安区水源保护区划定时间较早，加上饮用水源保护区划定和调整工作中限于当时基础资料精度和技术手段限制，本片区水源保护区内大部分为建成区，入库水质达不到国家、广东省及深圳市相关技术规范要求，为此开展辖区内铁岗水库牛成村径流调蓄转输工程。

本工程主要内容包括局部河道改造、雨水收集系统、调蓄系统、雨水转输系统以及生态绿化和服务设施建设等。

拟建牛成村调蓄池位于南光高速与宝石路交叉口东侧，调蓄池基坑呈矩形，长×宽=108m×78m。现状地面高程整体较平坦，高程约36.0～37.0m之间，西北侧局部地形较高，地面高程约42.5m；东南侧局部地形较低，地面高程约34.0m；基坑开挖深度整体约14.6m，局部深度达20.6m。基坑北面为深圳市安茂实业有限公司，距现状挡墙及厂区厂房约23.85m；西侧为现状南光高速公路匝道和宝石公路，距南光高速公路匝道排水沟最近约34.66m；东面有现状8层高建筑物及4层高建筑物，距建筑物最近约为23.13m。调蓄池平面图，如图1所示。

图1 调蓄池平面图

考虑到基坑周边场地较宽阔，距离周边建构筑物较远，为方便施工，基坑采用灌注桩+锚索的支护型式，其中灌注桩桩径1.2m，间距1.5m，桩身设置3～4道预应力锚索；桩间采用旋喷桩+注浆帷幕相结合的止水方式，旋喷桩桩径0.7m，间距1.5m，与灌注桩两两咬合。同时对西北侧地形较高区域，桩顶以上采用土钉墙防护，土钉采用钢花管土钉，坡面采用挂网喷混凝土进行防护。调蓄池基坑断面图，如图2所示。

图2 调蓄池基坑断面图

2 工程地质安全风险分析

该地块场坪范围为建材厂，场地地面高程范围为 33.40～37.00m，调蓄池占地面积 0.88ha，调蓄池尺寸为 80m ×110m，设计开挖底高程为21.5m，设计场坪标高 40.0m。调节池总体呈矩形形箱体钢筋混凝土结构。结合现在地面高程，设计开挖最大深度15m。支护方式为灌注桩+预应力锚索，采用高压旋喷桩拦土截水。调蓄池场地地层岩性自上而下有①-1素填土、①-2杂填土、①-3填石、②-2砾质黏土、②-4砾砂，③残坡积土、④-1全风化花岗岩、④-2强风化花岗岩、④-3弱风化花岗岩、④-4微风化花岗岩。基坑开挖主要涉及以下工程地质问题。

2.1 持力层及地基处理问题

调蓄池底板高程为21.5m，坑底地层为③残积土、④-1 全风化、④-4 微风化花岗岩，其中基坑西侧、南侧多为土质基础，南侧、东北侧多为岩质地基，承载力均满足设计要求，可选做调蓄池基础持力层。④-3 弱风化花岗岩，④-4 微风化花岗岩开挖涉及凿岩，开挖厚度 0.0～5.0m，岩质基底占整个基底的约 10%，由于周围临近道路，已有构建筑较多，应确定合理的基岩开挖方式。另由于花岗岩风化土层与弱、微风化花岗岩岩层工性质相差较大，产生不均匀沉降，应选取合理的基础型式[3]。

2.2 边坡及基坑稳定问题

基坑开挖后，坑壁地层为素填土、杂填土、填石、砾质黏土、砾砂、残坡积土和全～微风化花岗岩。在地下水的作用下，砾砂、残坡积土和全～强风化岩，易造成坑壁坍塌等稳定破坏。设计方案为桩锚支护，桩长 22.6m，桩底高程为13.9m。根据钻探情况，灌注桩底位于残积土、全～微风化花岗岩层中，承载力可满足设计要求。场地杂填土、填石和风化岩土层中揭露的花岗岩孤石(揭露纵向块径0.2～5.8m)，影响 钻孔灌注桩成孔，建议改为冲孔灌注桩。 锚索多在砾质黏性土、全风化、强风化花岗岩中，适宜锚索施工。杂填土、 填石和孤石影响锚索成孔，建议采取相应的工程措施。

2.3 渗透破坏和基坑涌水问题

场地现为建材堆放区，周边无地表水源，场地老地貌多为花岗岩残丘，仅西南角 ZK04 钻孔附近为冲洪积地貌，揭露有透镜体状砾砂，场地表层存在透水性较强的素填土、杂填土和填石层，根据设计方案基坑底板高程21.5m，勘察期间地下水高程约 33.4～34.5m，最大水头约13m，在地下水的作用下，易产生渗透破坏问题。场地东北角基坑开挖至微风化岩，强 风化和弱风化岩裂隙发育，透水性较大，可造成基坑涌水问题[4]。 由于场地地下水位较高，基坑开挖将会形成高约13m 的水头差，设计采用高压旋喷桩拦土截水，桩长15.5m，桩底高程为20m。桩底位于残积土、全～微风化花岗岩层中，可有效阻止基坑内外水利联系，但风化岩土层中存在弱风化岩石，影响高压旋喷桩施工，建议设计采取相应措施应对。

3 基坑支护技术优化与质量控制

针对地基层薄弱的问题，使用了结合基坑的采用灌注桩+锚索的支护类型，桩身设置预应力锚索；针对渗透破坏和涌水风险，桩间采用旋喷桩+注浆帷幕相结合的止水方式；针对基坑边坡稳定问题，西北侧地形较高区域，桩顶以上采用土钉墙防护，土钉采用钢花管土钉，坡面采用挂网喷混凝土进行防护[5]。

需要对此次解决重点风险问题的施工进行质量优化控制[6]。

3.1 钻孔灌注桩

灌注桩采用旋挖成孔工艺，灌注桩直径为1200mm，冠梁尺寸b×h=1200mm×1000mm，灌注桩主筋采用HRB400，灌注桩混凝土采用水下C30混凝土。

在冠梁施工前，将桩顶浮浆凿除干净。灌注桩成孔应采用跳挖方式，即每隔一根桩开挖一根桩，待桩芯混凝土浇灌并终凝后，相邻的桩才可以开挖。钢筋加工应进行调直处理，严重锈蚀应除锈。当钢筋笼主筋需要搭接时，采用双面焊接，纵向受力钢筋的焊接接头应相互错开，同一连接区段内纵向受力钢筋搭间隔布置。施工桩顶冠梁前，桩顶应凿至新鲜混凝土面，出露钢筋应平直，浇筑桩顶冠梁前，必须清理干净残渣、浮土和积水，应保证排桩与冠梁连接牢固，不得造成连接处产生薄弱面。冠梁施工应注意预埋栏杆等预埋件。拔桩时，起拔钢护筒时，导管要用钢丝绳另外固定，避免受到附加震动造成导管内混凝土离析堵塞。

3.2 预应力锚索

采用3-4束1×7φs(f/ptk=1860MPa)高强低松弛钢绞线制作锚筋，专用锚杆钻机套管护壁成孔。

锚索注浆采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥拌制水泥净浆，水泥浆中不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害物质，必要时可以掺入外加剂。锚索采用二次注浆工艺，灌浆水灰比0.40∶1～0.45∶1，第一次常压注浆，注浆压力约0.8MPa，二次注浆应在第一次注浆形成的水泥结石强度达到初凝后进行，注浆压力≥2.5MPa，浆体抗压强度>30MPa。待注浆体强度达到75%以上且强度>20MPa方可进行张拉，锁定锚索于腰梁和锚定钢板之上，每根锚索均应按抗拔力标准值的0.1～0.2倍进行预张拉，锁定值取标准值的70%～90%。锚头封堵可采用水泥砂浆材料，封堵前必须对锚头用防锈漆涂刷防锈处理，并将锚头杂物处理干净[7]。孔位孔深应超过设计长度0.5m，终孔后应清孔直至孔口流出清水为。预应力锚索安装前应清除锚索表面的油污和铁锈。在施工前应对锚索进行基本试验，基本试验锚索应加大锚筋面积，以保证最大试验荷载不小于设计锚索的承载力极限值。

3.3 桩间高压旋喷桩

采用双重管法，旋喷桩直径≥0.7m。根据场地工程地质条件，选用以下表参数进行高压旋喷灌浆试验，并根据试验情况调整设计参数，如表1所示。

表1 灌浆设计参数表

高压旋喷桩的渗透系数应<1×10-6/cm/s。应严格控制注浆管的提升速度； 成孔时应注意记录地层情况，钻杆位置偏差<50mm，垂直度偏差应<1.0%。在喷浆过程中，注浆管分段提升的搭接长度不得100mm。在深厚的填土与原状土交界面附近以及中强透水层中应采用复喷工艺。

3.4 灌浆帷幕

在正式施工前必须做灌浆试验，以最终确定灌浆材料、掺合料、外加剂、灌浆工艺、灌浆压力和孔序控制等施工参数。

灌浆材料采用不低于P.O.42.5的普通硅酸盐水泥，水泥灌浆原则上使用水泥浆，根据需要，可改为使用细水泥浆液、稳定浆液、混合浆液或膏状浆液。

帷幕灌浆孔采用回转式钻机造孔，钻孔遇有洞穴、塌孔或掉块难以钻进时，可先进行灌浆处理，而后继续钻进。灌浆采用孔口封闭循环式自上而下分段灌浆。先在孔口第一段2m埋孔口管，第二段为3.0m，第三段以下每段5m。灌浆时，当灌浆压力保持不变，吸浆量均匀减少时；或吸浆量不变，压力均匀上升时，灌浆应继续进行，不得改变水灰比。灌浆孔封孔应采用“分段压力灌浆缝孔法”。灌浆过程中特殊情况处理，发现冒浆 漏浆，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。

3.5 挂网喷混凝土面和钢管土钉

挂网喷混凝土面，挂φ6.5钢筋网@200×200mm，桩身植筋后在钢筋头部设置2根φ16水平加强筋,并通过锚头角铁加强件与植筋锚固连接。按P.O.42.5普硅水泥∶中砂∶5-20细石=1∶2∶2.5、水灰比=0.45:1的重量配合比配制面层混凝土料，面层混凝土强度C20，厚100mm，采用喷射机高压喷射。钢筋网施工完毕后立即喷混凝土，喷混凝土施工24小时后方可进行下一层土方开挖。

土钉采用击入式钢管土钉，钢管土钉直径为50mm，壁厚6mm。土钉设计抗拔力为10kN/m，钢管打入地层后，应在钢管内进行压力注浆，注浆材料为P.O.42.5R普通硅酸盐水泥净浆，水灰比0.5～0.6，注浆体的28d抗压强度>20MPa，注浆压力>0.6MPa。水泥浆应随伴随用，注浆必须密实饱满。按分段分层开挖，分层一次开挖高度不应超过该层土钉钉头高程以下0.5m，机械开挖后，应辅以人工修整坡面。

4 基坑监测方案布控及预警

在基坑施工过程中，由于综合因素的影响，须周期性对周边环境进行监测，及时发现隐患，确保施工区邻近周边环境及道路的安全和围护体系自身的稳定[8]。

调蓄池基坑呈矩形，长×宽=108m×78m。基坑开挖深度整体约14.6m，局部深度达20.6m，基坑北距离距厂区厂房约23.85m；西侧距南光高速公路匝道最近约34.66m；东面距建筑物最近约为23.13m；因此，定义该基坑等级为二级基坑。

监测对象参照《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2019)相关规定，本工程监测对象见表2。

表2 基坑监测项目表

续表2 基坑监测项目表

监测周期，基坑监测周期从基坑支护结构施工开始，至基坑回填至地面标高结束。正常情况下，各项目监测频率见表3。

表3 基坑监测频率表

根据围护设计说明，本工程监测控制值如下所示：桩顶/坡顶位移、沉降允许值为60mm，预警值为48mm；灌注桩深层水平位移允许值为70mm，预警值为56mm；锚索拉力当测量值达到抗拔力标准值的70%时应立即警示；基坑周边房屋位移、沉降允许值0.004H/g，当房屋整体倾斜度累计值达到2/1000或倾斜速度连续3d大于0.0001H/g时应报警；基坑周边地下水水位最大下降深度超过初测水位2m时应预警，地下水位降深达到4m应立即采取回灌措施以恢复地下水位；变形速率≤5mm/d，如连续两天出现变形速率>5mm/d，应作异常情况处理。

5 结 论

文章以深圳铁岗水库传输调蓄池基坑为研究背景，主要对场区的工程地质条件进行了分析，对基坑施工的安全风险进行评估分析，以此为基础确定了合理的支护形式。并且对支护体系的关键施工步骤进行了施工技术的优化和质量控制。并且对基坑监测方案和预警进行了详细的布控及预警。对调蓄池基坑的顺利施工取得了保证。

调蓄池基坑的施工中往往涉及基坑降水要求较多，文章对基坑降水方向的施工技术研究较少，这也是目前水利工程涉深基坑处理的重要研究领域。