復(fù)雜環(huán)境下深基坑施工方案動態(tài)調(diào)整及應(yīng)急搶險技術(shù)

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

1 工程概況

外灘中信城位于上海市虹口區(qū)104#B1地塊，是1 座國際5A標準甲級寫字樓，總建筑面積145 524 m2，由街區(qū)型商業(yè)設(shè)施與1 棟超高層辦公樓組成?；訃o采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的形式，挖土深度從－16.65～－22.75 m。坑邊及深坑部位采用Φ650 mm@450 mm的三軸水泥攪拌樁加固或封底，主樓部位采用Φ1 000 mm@800 mm旋噴樁加固。3 道支撐采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，局部第4道支撐采用型鋼支撐，棧橋為“二縱一橫”（圖1）。

圖1 支撐示意

場地內(nèi)第②3-a、②3-b 層滲透性強，在動水壓力作用下易產(chǎn)生流砂、管涌現(xiàn)象。第⑤1-a、⑤1-b 層黏土層，土性相對上覆土層好，埋藏相對較淺，易變形。場地內(nèi)第④層缺失。場區(qū)內(nèi)約39 m以下第⑦層砂質(zhì)粉土層為第1承壓含水層。

2 施工難點

（a）基坑?xùn)|西向長200 m，南北向長120 m，總面積13 857 m2，長邊效應(yīng)使得基坑中部變形較難控制，而長邊中部的塘沽路一側(cè)有較多老民居。深基坑的超大、超長帶來的工作量相當巨大，需開挖約28 萬m3土方?；娱_挖和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工周期較長，造成基坑暴露的時間相對較長，對控制變形極為不利。

（b）地下連續(xù)墻由前一標段完成，平均充盈系數(shù)為1.14。在地下連續(xù)墻施工過程中，出現(xiàn)過多幅地下連續(xù)墻成槽后塌方嚴重，地下連續(xù)墻施工單位曾自查回顧在施工中另有41 處接縫存在不同程度的質(zhì)量問題，由此導(dǎo)致接縫的抗?jié)B效果難以確定。上述圍護施工質(zhì)量問題均是基坑正式開挖過程中的重大隱患。

（c）本工程地下管線情況復(fù)雜，離開地下連續(xù)墻最近的管線距離為3.65 m。基坑?xùn)|北角的虹口大樓為上海市市級保護建筑，建造于上世紀30年代，距地下連續(xù)墻5.3 m。與基坑一路之隔的江西路、塘沽路民宅為2～3 層的老式石庫門房，建造年代較早。虹口大樓與民宅在基坑開挖過程中可能產(chǎn)生不均勻沉降，出現(xiàn)房屋出現(xiàn)開裂，下沉等現(xiàn)象。

3 技術(shù)方案確立

3.1 基坑降水[1-6]

采用67 口疏干井降低基坑淺部第②3-b砂質(zhì)粉土水位。場地內(nèi)土層砂性較重且埋藏較淺，第④層缺失，約39 m以下第⑦層砂質(zhì)粉土層為第1承壓含水層，根據(jù)Visual MODFLOW模擬計算，布置10 口減壓管井（坑外7 口，坑內(nèi)3 口）。

3.2 基坑挖土、支撐施工

土方與支撐按照“時空效應(yīng)”理論，遵循先撐后挖、分塊分層開挖。首層土大開挖；第2 層土根據(jù)基坑南北向?qū)蔚男问接芍虚g向兩側(cè)展開，每塊土挖完后盡快形成對撐，保證基坑的長邊變形不至于過大，最后開挖的是虹口大樓角撐，此時基坑南北向和東西向的主撐均已形成。第3層挖土根據(jù)底板后澆帶分區(qū)。

4 基坑施工方案動態(tài)調(diào)整及應(yīng)急搶險

4.1 雙管齊下——深井降水輔以輕型井點

第2道支撐第1次土方開挖后暴露出土體靠近地下連續(xù)墻圍護第2道支撐標高處的土含水量較高，局部還出現(xiàn)流沙現(xiàn)象，嚴重影響挖土速度和裝車方量。前期地下連續(xù)墻施工質(zhì)量問題使得接縫部位滲漏點較多，坑內(nèi)疏干井大量疏干降水后引起了坑外的地表沉降，而疏干井停止降水后地下水又快速反彈[7]。

為保證其余土方開挖不再出現(xiàn)類似情況，確定在第2道支撐尚未開挖區(qū)域及第3道支撐、基礎(chǔ)底板開挖前采取輕型井點輔助原深井降水，雙管齊下，達到了迅速固結(jié)土體的目的，提高了開挖速度，且不會對坑外環(huán)境造成破壞。

在距離地下連續(xù)墻5 m范圍內(nèi)，環(huán)形布置一圈輕型井點，控制坑外地下水對坑內(nèi)的補給。由于本基坑較寬，輕型井點影響深度較小，坑中間加布6 套線狀臨時井點以減小水力梯度。根據(jù)三次開挖順序，每階段沿基坑圍護內(nèi)布置輕型井點降水，降水管打設(shè)深度5 m、7 m間隔布置，每階段布置20 套輕型井點，整個基坑開挖共計布設(shè)60 套，每套井點約長50 m。

4.2 有據(jù)可依——抽水試驗指導(dǎo)承壓井最終布置

初始方案中布置了10 口降壓井（圖2），在正式布置打井前，對基坑承壓水進行了抽水試驗，以確定布井的合理性。

圖2 井點布置

抽水試驗采用多孔靜止水位觀測、單井抽水試驗。布置一組單井抽水試驗井（包括一口抽水多口觀測）。

根據(jù)底板穩(wěn)定性驗算、降深等值線圖確定出如電梯井深坑、主樓底板區(qū)等各開挖到某一深度究竟需要開啟幾口降壓井來減壓，確保基坑的安全（圖3、圖4）。

圖3 開啟3 口降壓井（Y2、 Y4、Y5）后降深等值線

圖4 開啟4 口降壓井（Y2、Y3、 Y4、Y5）后降深等值線

根據(jù)結(jié)果，對原方案中布置的10 口降壓井進行了數(shù)量和位置的調(diào)整，數(shù)量上變更為8 口Y1～Y6、G1～G2，其中G1、G2為備用井，位置也相應(yīng)進行調(diào)整，見圖5。

圖5 井點最終布置

4.3 有條不紊——不同程度地下連續(xù)墻滲漏的應(yīng)急搶險施工

第1道支撐施工完成90%時，基坑內(nèi)海寧路側(cè)14～15軸及7～8軸坑內(nèi)明水較多，且屢抽不盡。此時基坑開挖深度2.1 m，坑外海寧路沿街商鋪及人行道地面開裂、沉降，監(jiān)測數(shù)據(jù)反映該處地下水位下降較明顯（日變量200 mm），初步判斷為地下連續(xù)墻漏水。

對該部位地下連續(xù)墻接縫位置在旋噴樁基礎(chǔ)上采用了雙液注漿補強，加固深度為－1.3～－19.3 m，有效深度18 m，共布置了23 個孔。

第3道支撐開挖的第1塊（江西北路側(cè)1/1/F軸處）地下連續(xù)墻接縫處在第3道支撐標高－11.00 m處發(fā)生嚴重滲漏現(xiàn)象，不斷有水及泥沙從漏水點涌入坑內(nèi)。經(jīng)協(xié)商立刻采用應(yīng)急措施使用木楔和瞬凝水泥封堵，但在次日凌晨1：54失效，坑外的大量水夾帶泥沙不斷涌入，洞口尺寸由原100 mm×100 mm增大至500 mm×1 200 mm。隨后采用的夾板加快干水泥的形式進行封堵仍沒有成功，決定采取回填土。當日早上10：00開始，回填土上方又涌出大量泥漿，同時江西路一側(cè)工地圍墻出現(xiàn)多處裂縫，圍墻及人行道下由于水土流失出現(xiàn)深1 m的空洞，情況相當危險。

針對上述情況，首先在圍護地下連續(xù)墻外側(cè)進行雙液注漿配合填充注漿，在基坑內(nèi)進行分層封堵。地面坍陷部位灌入水泥漿液，對坑外進行雙液注漿，2 h后進行填充注漿，最后注入聚氨脂，距離地下連續(xù)墻300 mm處設(shè)5 孔雙液注漿，孔距600～800 mm；距地下連續(xù)墻800 mm處設(shè)2 孔液注漿，孔距800 mm，共計7 孔；距地下連續(xù)墻800～1 200 mm處設(shè)4 孔填充注漿，孔距800 mm，距地下連續(xù)墻300 mm處注入聚氨脂共2 孔[8]。

外側(cè)封閉完后，開挖坑內(nèi)的回填土，封堵采用厚10 mm鋼板。但次日22：00左右，封堵處再次出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，兩股水流從封閉鋼板兩側(cè)流出。對此，首先在坑內(nèi)從封閉的鋼板邊縫打入壓漿管進行雙液注漿止住冒水冒砂，隨后從該部位基坑外打入壓漿管，從坑外雙液注漿，內(nèi)外夾擊將滲漏路徑封閉。另外距離工地圍墻800 mm處打設(shè)1 排填充注漿孔，進行填充注漿，注漿深度－2.0～－8.0 m，貼近地下連續(xù)墻外側(cè)接縫部位設(shè)置了3 個孔，3#孔施工了旋噴樁，樁體標高－13.0～－22.0 m，旋噴樁施工完后在其上部再進行雙液注漿，注漿深度－16.0 m至地面。2#孔進行雙液注漿，注漿深－13.0 m至地面。

4.4 防患于未然——坑外地下連續(xù)墻接縫部位高壓旋噴樁加固

由于之前第1塊區(qū)域的滲漏點與深井出水量異常的深井所在地位置吻合，為此根據(jù)所有出水量異常井位及地下連續(xù)墻施工記錄，確定了41 處進行加強止水處理，方式為高壓旋噴樁，以防患于未然。加固采用了1 根Φ1 000 m兩重管高壓旋噴樁處理。4 處情況較嚴重的采用2 根高壓旋噴樁，孔距300 mm。旋噴樁孔位共計45 孔。

另由于第3道支撐開挖的第1塊（江西北路側(cè)1/1/F軸處）90#地下連續(xù)墻接縫處在第3道支撐標高－11.00 m處發(fā)生過嚴重滲漏現(xiàn)象，為確保此處基坑的安全，經(jīng)與各方協(xié)商后確定靠近漏水點處的基礎(chǔ)底板先澆筑一小塊（不澆筑至后澆帶），該塊距離東側(cè)原后澆帶和北側(cè)集水井留出將來鋼筋的施工區(qū)域。

4.5 靈活應(yīng)變——挖土流程結(jié)合搶險加固及時調(diào)整

至第2道支撐施工完畢，局部圍護及管線變形已較嚴重?？紤]到中間部位的基坑變形已相當大，故對原由中間向兩側(cè)展開的流程進行了調(diào)整，第3道支撐施工時整個基坑的總體挖土流向為由西向東，首先開挖靠西側(cè)江西北路目前變形相對較小的角撐區(qū)域，東西對撐形成后最后開挖東北角保護建筑虹口大樓區(qū)域。

1軸/C軸地下連續(xù)墻出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，該部位進行坑外雙液注漿加固，漏水點附近區(qū)域的1#、2#、3#、4'#及4''#塊暫緩開挖，挖土流程變更為4#→5'#、5''#→5#→6'#、6''#→6#→7'#、7''#→7#→8#→9#，在4#→9#塊開挖過程中，1#塊漏水處封堵完畢再打設(shè)輕型井點，將漏入坑中的水抽掉。4#～9#塊挖完后再開挖1#、2#、3#、4'#及4''#塊（圖6）。

圖6 挖土流程

4.6 重點明確——關(guān)鍵部位設(shè)臨時支撐

根據(jù)本工程的挖土分塊，東西向?qū)涡纬蓵r間較長，可能造成江西北路側(cè)地下連續(xù)墻圍護變形較大，為防止該現(xiàn)象發(fā)生，在第3道支撐的3～6軸區(qū)域設(shè)置了3 處型鋼對撐。預(yù)埋放置在支撐主筋間固定穩(wěn)妥。本型鋼對撐在該區(qū)域混凝土支撐側(cè)模拆除后即安裝，與第3道支撐同時拆除。

5 結(jié)語

本工程基坑施工首先明確了幾個關(guān)鍵難點、特點，并制定了方案，但方案只是針對當前思考范疇內(nèi)的措施，隨著正式施工的展開，一系列預(yù)料之外的問題浮現(xiàn)。

但通過及時、有效的應(yīng)急處理，雖然外灘中信城工程深基坑施工跨度達1年之久，整個施工過程仍確保了基坑安全及周邊管線、保護建筑的變形都控制在了允許的范圍內(nèi)，又達到了預(yù)期的進度目標。