圍填海區(qū)域深基坑隔水降水設計與施工技術(shù)★

黃 澤 濤

(上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司，上海 200433)

0 引言

隨著城市化進程的加快，城市土地資源緊張等諸多問題逐漸顯現(xiàn)，沿海地區(qū)受到土地資源限制發(fā)展的矛盾尤為突出。目前通過圍海造陸拓展土地資源是一種行之有效的手段，但在填海區(qū)進行地下空間建設也面臨著如下問題：圍海區(qū)域基本為灘涂地質(zhì)，在進行吹填后形成了上部吹填土，下部軟土及砂土的構(gòu)造特點，上部土質(zhì)砂性較重，在此區(qū)域進行樁基施工難度較大；同時因場地臨海，在地下水與海水聯(lián)通情況下，進行基坑隔水及降水難度較大；另外由于圍護外側(cè)水土壓力受海水潮汐影響呈周期性變化，需要在填海區(qū)圍護工程設計與施工時加以考量，確?；影踩罱K總結(jié)形成類似圍填海區(qū)域大型深基坑隔水降水設計施工關(guān)鍵技術(shù)，以期提供借鑒。

1 背景工程概況

1.1 工程概況

背景工程位于上海市浦東新區(qū)洋山保稅區(qū)內(nèi)，建設內(nèi)容為:1號冷庫、2號冷庫、3號冷庫、4號倉庫、辦公樓、1號門衛(wèi)、2號門衛(wèi)及連通平臺等建筑單體，場地道路，地下管線等，設置1層地下室?；右?guī)模：本基坑總面積約為22 000 m2，劃分為兩部分，1號～3號冷庫區(qū)域為A坑，面積為18 016 m2，總延長米為664 m，開挖深度4.25 m；4號倉庫及綜合樓區(qū)域為B坑，面積4 437 m2，總延長米279 m，開挖深度4.5 m，5.25 m。

1.2 環(huán)境概況

本工程位于上海市浦東新區(qū)洋山保稅區(qū)內(nèi)，北臨海旺路，東接洋浩路，南臨揚帆路，西靠匯港路，工程往南500 m即為海岸線。

1.3 地質(zhì)概況

本工程開挖范圍主要位于砂質(zhì)粉土層，基地內(nèi)土層分布如表1所示。

表1 土層物理性質(zhì)參數(shù)

本工程淺層地下水屬潛水，平均水位埋深一般為0.32 m～0.84 m。綜合地下水類型埋藏特征，基坑圍護設計時，按不利原則考慮，場地內(nèi)地下水位埋深取自然地坪以下0.5 m。另第⑦層分布有承壓含水層，埋深較深，基坑最大開挖深度為5.25 m，故不涉及第⑦層承壓水。

1.4 不良地質(zhì)條件

基坑開挖范圍內(nèi)的土層有①層圍海填土，②3層砂質(zhì)粉粉土。第①層圍海填土，結(jié)構(gòu)松散，成分復雜，開挖時易產(chǎn)生塌落等現(xiàn)象；第②3層土為飽和粉性土，滲透性相對較強，場地地下水較淺，造成流變和坍塌等不良地質(zhì)條件。

2 基坑設計與施工

2.1 圍填海區(qū)域大型深基坑隔水降水的設計要點

圍護結(jié)構(gòu)針對性設計：本基坑總面積約為22 000 m2，劃分為兩部分，普遍開挖深度最深為5.25 m，屬超大面積基坑?；又苓厛龅貤l件寬松，環(huán)境保護要求較低。因基坑南側(cè)500 m距離即為海岸線，為減少基坑受海水潮汐影響的時間、控制基坑開挖時因潮汐影響而產(chǎn)生的變形，需對該基坑圍護結(jié)構(gòu)進行針對性設計。圍護結(jié)構(gòu)設計時主要考慮以下因素：

1)采用重力式擋墻的圍護形式。

由于基坑普遍開挖深度最深為5.25 m，且周邊環(huán)境條件寬松，保護要求低，為減少基坑受海水潮汐影響的時間，圍護結(jié)構(gòu)采用重力式擋墻的圍護形式，重力式擋墻的圍護形式已經(jīng)積累了豐富的設計經(jīng)驗及施工經(jīng)驗，利用其自重擋土，可不采用支撐體系，對于挖土施工較為便利，提高施工速度，減少基坑暴露時間。

2)重力式擋墻前肢加長隔斷透水層。

為減少潮汐作用影響，采取重力式擋墻前肢加長至不透水層以下1 m，以起到隔水的效果，同時兼顧經(jīng)濟性，縮短施工工期(如圖1所示)。

3)采用深淺結(jié)合的方式進行坑內(nèi)疏干降水。

基坑淺層水位采用輕型井點進行坑內(nèi)疏干降水，降水深度控制在普遍深坑底以下0.5 m～1.0 m。本工程輕型井點在基坑內(nèi)采用環(huán)圈井點與單排線裝井點相結(jié)合的布置形式，基坑內(nèi)部間隔約15 m均勻布置，井點水平距離1.5 m，此方案作為基坑大面積快速降水使用。

重力式自流井在基坑內(nèi)布置21口，布置間隔普遍30 m～50 m，深坑區(qū)域需重點布置。如圖2所示設置降水管井的目的在于人工降低給定范圍內(nèi)的地下水位，以便基坑后期施工能夠在疏干和安全的條件下進行，由于基坑相鄰海岸線，考慮水位會受潮汐水位影響，故采取此方案對深層水位進行降水，保障基坑后期施工安全。

2.2 圍填海區(qū)域大型深基坑隔水降水的施工要點

1)圍護施工。

在基坑開挖范圍內(nèi)的土層有①層圍海填土，②3層砂質(zhì)粉土。第①層圍海填土，結(jié)構(gòu)松散，成分復雜，開挖時易產(chǎn)生塌落等現(xiàn)象；第②3層土為飽和粉性土，滲透性相對較強，場地地下水較淺，造成流變和坍塌等不良地質(zhì)條件。故在基坑圍護時應加強和采用適當?shù)氖┕こ绦颉?/p>

雙軸水泥土攪拌樁應連續(xù)搭接施工，相鄰樁施工間歇時間不得超過16 h。施工必須堅持兩噴三攪的操作順序，且噴漿攪拌時鉆頭提升(下沉)速度不宜大于0.5 m/min，鉆頭每轉(zhuǎn)一圈提升(或下沉)量以10 mm～15 mm為宜，最后一次提升攪拌宜采用慢速提升。攪拌樁垂直度偏差不得大于1%，樁位偏差不得大于50 mm，樁徑偏差不得大于4%。水泥土攪拌樁須達到28 d齡期且達到設計強度，基坑方可進行開挖。

本工程采用重力式擋墻的圍護形式，采用雙軸攪拌樁施工，因存在較厚的粉、砂性土，建議采用大功率的雙軸攪拌樁設備，確保成樁深度及質(zhì)量達到設計要求。

施工前在現(xiàn)場進行試成樁，以確定攪拌樁的深度、噴漿量、噴漿速度、提升量、提升速度等參數(shù)，以保證樁體質(zhì)量，隔水效果。

2)降水施工。

土方開挖前需進行基坑降水，基坑采用輕型井點結(jié)合重力式自流井(如圖3所示)進行坑內(nèi)疏干降水，降水深度控制在普遍深坑底以下0.5 m～1.0 m。待圍護體施工完畢形成閉合體后，基坑內(nèi)部采用輕型井點(如圖4所示)進行15 d的預降水，水位降至設計標高后，方可進行土方開挖。

重力式自流井在基坑開挖前4周必須開鑿完成?；娱_挖時，坑內(nèi)的重力式自流井應全部開放，并有提前3周的預降水時間。

基坑內(nèi)降水必須待形成封閉的止水帷幕后方可進行，降水過程中加強觀測，避免降水對周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響。抽水系統(tǒng)安置完畢后，進行試抽水，達到要求后方可轉(zhuǎn)入正常抽水?？紤]基坑降水受潮汐影響較大，抽水須具有連續(xù)性，抽水時地下水將源源不斷流至管井，使重力式自流井濾網(wǎng)不致堵塞為原則，除遇特殊情況外，降水施工應24 h連續(xù)工作。

降水過程中，每天定時測量觀測井內(nèi)水位并詳細記錄，以指導降水作業(yè)及挖土施工。

待基坑開挖到設計標高、澆筑墊層時，仍需保留部分井點進行不間斷抽水。待結(jié)構(gòu)全部完工，停止抽水后，采用法蘭盤蓋板封井并采用比結(jié)構(gòu)設計強度高一級的混凝土找平(如圖5所示)。

3)土方開挖。

基坑挖土應遵循分區(qū)、分層、對稱開挖的原則，墊層未封閉時間應控制在48 h之內(nèi)，圍護墻無墊層暴露長度不宜大于30 m。

基坑內(nèi)明排水溝及集水坑不得設置于基坑周邊，距離圍護體距離應至少保證大于1 m。開挖過程中發(fā)現(xiàn)圍護體接縫處滲水應及時進行封堵措施。

3 實施效果

基坑內(nèi)部由于重力式擋墻前肢加長至不透水層，根據(jù)不同的開挖深度，分別采用輕型井點和重力式自流井，深淺結(jié)合進行坑內(nèi)疏干降水，基坑內(nèi)水位一直保持在開挖面以下不小于0.5 m。通過對基坑進行持續(xù)降水，故坑內(nèi)極少發(fā)生積水的情況，整體降水效果非常理想，開挖面以上土體始終保持相對干燥狀態(tài)，開挖過程也比較順暢，順利推進了施工整體進度(如圖6所示)。

基坑土方開挖階段，通過分層分區(qū)的開挖原則，限制開挖暴露長度，及時澆筑墊層和底板結(jié)構(gòu)，充分利用“時空效應”原理，圍護墻頂?shù)奈灰频玫接行У目刂?，周邊道路均未發(fā)生開裂、沉降等情況，確保了基坑施工的安全，減小了對周邊環(huán)境的影響，基坑位移變形情況均在設計要求范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

本工程通過采用重力式擋墻的圍護形式，對重力式擋墻進行前肢加長措施后，再配合采用重力式自流井與輕型井點相結(jié)合的降水方案，大大降低整個基坑開挖過程中的降水周期，提高了施工效率，降低了成本，并將潮汐對基坑產(chǎn)生的影響降到最小。實踐證明，采用此方案在基坑施工期間，未出現(xiàn)位移變形過大、降水報警等問題，根據(jù)降水監(jiān)測報告顯示，水位均在安全開挖水位之下，始終處于可控受控狀態(tài)，從而使工程安全、質(zhì)量得到保障。