淺部厚層粉性土分布區(qū)大面積淺基坑圍護(hù)工程實(shí)踐

朱俊杰

（上海市地礦工程勘察（集團(tuán)）有限公司，上海 200072）

0 引言

對于涉及承壓水的深基坑工程，在懸掛式止水帷幕條件下進(jìn)行減壓降水時，一般通過專項水文地質(zhì)勘察建立地下水三維滲流數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值法分析軟件進(jìn)行降水設(shè)計。黃鑫磊[1]從不均勻地面沉降防治角度出發(fā)，提出了基坑圍護(hù)與工程降水一體化設(shè)計方法和減壓降水全過程控制原則 ；張欽喜等[2]通過對懸掛式止水帷幕基坑涌水量數(shù)值模擬計算，并與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)二者趨勢相同，降水影響半徑比無帷幕條件下有所減?。粡?興[3]將抽水試驗與基坑降水?dāng)?shù)值模擬相結(jié)合，對不同的基坑地下水控制方案進(jìn)行預(yù)測分析，制定出了合理的降水方案，取得了成功；瞿成松等[4-5]針對上海中心大廈和上海地鐵四號線董家渡塌陷隧道原位修復(fù)懸掛式止水帷幕基坑降水，運(yùn)用承壓含水層三維滲流與土體變形控制耦合數(shù)學(xué)模型進(jìn)行按需降水設(shè)計，模擬結(jié)果與施工中實(shí)際數(shù)值吻合較好，有效地保證了基坑順利施工和鄰近建（構(gòu)）物的安全； 唐益群等[6]、龔曉南等[7]、吳林高等[8-9]、姚天強(qiáng)等[10]、劉國彬等[11]分別對基坑懸掛式止水帷幕地下水三維流理論進(jìn)行了系統(tǒng)分析和總結(jié)。對于淺部厚粉性土分布區(qū)的淺基坑工程，由于圍護(hù)體系不能有效隔斷潛水含水層，致使基坑降水也具有三維滲流特性，而淺基坑工程一般不開展專項水文地質(zhì)勘察，由此給淺基坑圍護(hù)設(shè)計、降水和土方開挖施工帶來挑戰(zhàn)。此類工程的實(shí)踐經(jīng)驗和理論總結(jié)較少，本文就崇明區(qū)某淺基坑工程的實(shí)踐進(jìn)行了研究和總結(jié)，為此后類似工程建設(shè)提供有價值的參考經(jīng)驗。

1 工程概況

工程場地位于上海市崇明區(qū)港西鎮(zhèn)，基坑周長約為1310 m，豎向投影面積約47025 m2。整平后的地坪絕對標(biāo)高為3.80 m（吳淞高程，下同）。東側(cè)地庫（A 區(qū)）開挖深度普遍區(qū)域為4.55 m、貼邊集水井為5.85 m；西側(cè)地庫（B 區(qū)）開挖深度普遍區(qū)域為4.25 m、貼邊集水井為5.75 m。基坑平面布置見圖1。

圖1 基坑平面布置

2 基坑周邊環(huán)境條件

基坑各邊線與用地紅線的最近距離：東側(cè)為37.36 m、南側(cè)為25.80 m、西側(cè)為60.20 m、北側(cè)為44.20 m。紅線范圍內(nèi)原為農(nóng)田，無地下管線及地下構(gòu)筑物，周邊環(huán)境條件比較寬松?；又苓呁诖ńㄖA(chǔ)與基坑邊線距離遠(yuǎn)近不一；在基坑降水和開挖施工過程中，周邊部分待建建筑先后施工至基礎(chǔ)底板完成，待地下室出±0.00 并密實(shí)回填周邊空隙后再向上施工主體結(jié)構(gòu)?；影踩燃墳槿?，環(huán)境保護(hù)等級為三級。

3 水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件

擬建場地屬河口、砂嘴、砂島地貌類型，場地地形較平坦。實(shí)測勘探點(diǎn)地面標(biāo)高5.90～2.76 m，高差3.14 m，場地整平后地面標(biāo)高3.80 m。擬建場地勘察深度范圍內(nèi)揭遇的地基土主要為黏性土和粉性土，屬第四系松散沉積物?；佑绊懮疃确秶鷥?nèi)主要為②3層粉性土，分布深度在地表下2.00～20.00 m?？辈炱陂g，實(shí)測潛水穩(wěn)定水位埋深 0.20～2.30 m，相應(yīng)標(biāo)高3.84～2.52 m。場地內(nèi)存在多處明浜（塘）、溝渠及暗浜（塘），暗浜（塘）底標(biāo)高 2.85～0.75 m ，暗浜填土組成成分較雜、均勻性極差。場地的工程地質(zhì)條件及基坑圍護(hù)設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)綜合成果表

4 圍護(hù)工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

基坑開挖深度影響范圍內(nèi)存在比較深厚的②3層粉性土層，滲透性較好，止水帷幕難以隔斷此透水層。如果基坑降水不到位，基坑開挖時極易產(chǎn)生坑底管涌或流砂，危及基坑邊坡和圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全?；舆吰潞蛧o(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是周邊同期待建建筑安全的保證，也是基坑有效降水的前提，而有效地降水也是圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵。設(shè)計時需將圍護(hù)結(jié)構(gòu)、懸掛式止水帷幕和基坑有效降水三者統(tǒng)籌考慮[1,6,7]。

5 圍護(hù)設(shè)計總體思路

根據(jù)基坑開挖面積、深度和場區(qū)地層埋藏分布特點(diǎn)，結(jié)合基坑周邊與同期待建建筑的相互關(guān)系，在地下室外側(cè)空間較大地段采用二級放坡；在地下室周邊不具備二級放坡的地段采用一級放坡結(jié)合水泥土攪拌樁重力式擋墻的圍護(hù)形式；基坑整體采用懸掛式攪拌樁止水帷幕進(jìn)行止水。由于基坑面積大，考慮降水的效率和有效性，結(jié)合基坑的開挖深度，將基坑分為A 區(qū)、B 區(qū)（見圖1），其中A 區(qū)面積約20836 m2，B 區(qū)面積約26189 m2，A 區(qū)與B 區(qū)交界坑底采用雙排攪拌樁隔水，入土深度12.75 m，與周邊止水帷幕深度一致。

6 基坑圍護(hù)具體方案

6.1 二級放坡結(jié)合止水帷幕的圍護(hù)形式

一級坡從自然地坪3.80 m 開始放坡?；又苓厽o同期待建建筑區(qū)段坡高0.75 m，卸土平臺寬度不小于3.00 m，二級坡坡高分別為3.50 m 和3.80 m，坡度比均為1∶1.50（見圖2）；基坑周邊有同期待建建筑且具有放坡條件的，則自地面到待建建筑基礎(chǔ)底外側(cè)為一級放坡，待建建筑基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)至基坑邊為二級放坡，坡度比仍為1∶1.50（見圖3）；采用噴射C20 混凝土做護(hù)坡，內(nèi)鋪鋼筋網(wǎng)，砼厚度不小于8 cm。止水帷幕采用?700@500 的兩排雙軸水泥土攪拌樁，入土深度為12.75 m，水泥摻量為13%，厚填土及（明）暗浜（塘）回填區(qū)域水泥摻量提高至15%。

圖2 無待建區(qū)段基坑剖面圖（單位：mm）

圖3 車庫遠(yuǎn)待建區(qū)段基坑剖面圖（單位：mm）

6.2 一級放坡結(jié)合重力壩的圍護(hù)形式

一級放坡從自然地坪3.80 m 開始放坡，根據(jù)同期待建建筑的基礎(chǔ)埋深確定坡高，坡度比為1∶1.50，以待建建筑基礎(chǔ)寬度為卸土平臺。圍護(hù)部分采用?700@500 雙軸水泥土攪拌樁重力壩形式，寬度為3.20 m，坑內(nèi)側(cè)2 排攪拌樁兼作止水帷幕入土深度為12.75 m，外側(cè)4 排攪拌樁入土深度為9.75 m，沿邊坑底電梯井和集水井局部落深區(qū)域圍護(hù)攪拌樁適當(dāng)加深，并采用雙軸水泥土攪拌樁做墩式坑底加固，壩頂設(shè)置200 mm 厚配筋壓頂，攪拌樁水泥摻量為13%，厚填土及（明）暗浜（塘）回填區(qū)域水泥摻量提高至15%（見圖4）。

圖4 車庫近待建區(qū)段基坑剖面圖（單位：mm）

6.3 降水設(shè)計與止水帷幕深度確定

6.3.1 降水管井深度確定

基坑普遍區(qū)域開挖深度為4.25～4.55 m，局部坑底電梯井和集水井深度達(dá)5.75～5.85 m。根據(jù)上海市相關(guān)規(guī)范的規(guī)定[12]，基坑降水宜降至坑底0.50 m以下，井管長度不小于4.50 m，沉淀管不少于1.00 m；結(jié)合該地區(qū)的降水工程經(jīng)驗，確定降水管井底端深度為10.50 m。局部電梯井和集水井處適當(dāng)加深。

6.3.2 止水帷幕深度確定

為了保證基坑降水效果，懸掛式止水帷幕底部深度應(yīng)大于管井底端深度。根據(jù)工程所在地區(qū)的工程建設(shè)經(jīng)驗和深基坑減壓降水的相關(guān)規(guī)定[6-12]，止水帷幕深度按大于管井底深度1.00～3.00 m 考慮，止水帷幕底部深度取12.75 m。經(jīng)抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算，安全系數(shù)滿足規(guī)范規(guī)定。

6.3.3 管井的平面布置

根據(jù)上海市地區(qū)的工程建設(shè)經(jīng)驗及工程場區(qū)的水文地質(zhì)條件，按200～250 m2布設(shè)一口管井[12]，共布置疏干井222 口。

7 圍護(hù)方案技術(shù)交底

現(xiàn)場技術(shù)交底強(qiáng)調(diào)基坑止水帷幕的重要性。制定嚴(yán)格的施工質(zhì)量保證措施，控制攪拌樁的水泥摻量、垂直度和搭接等施工質(zhì)量?；娱_挖前必須進(jìn)行試降水以檢驗止水帷幕的有效性和基坑降水的效果；若不能滿足設(shè)計要求，則禁止開挖，查明原因并采取措施，待基坑內(nèi)水位降至坑底以下0.5 m 后方可開挖；施工期間，加強(qiáng)坑內(nèi)外地下水位監(jiān)測。

8 土方開挖流程

設(shè)計時考慮將基坑分A、B 二個區(qū)進(jìn)行開挖，但施工單位考慮到基坑土方量大、工期緊，為了有效地利用場地空間，合理優(yōu)化施工流程和工期，實(shí)施分塊開挖分塊基礎(chǔ)施工，故將基坑開挖分為A、B、C 三個區(qū)塊，土方量A 區(qū)約為77900 m3、B 區(qū)約為78100 m3、C 區(qū)約為56000 m3。

土方開挖順序：先挖A 區(qū)，再挖B 區(qū)，最后挖C 區(qū)。A 區(qū)總體由東向西開挖，B 區(qū)總體由西向東開挖，C 區(qū)總體由北向南開挖，運(yùn)土口設(shè)置在場地南側(cè)，通至鼓浪嶼路（見圖5）。

圖5 基坑開挖流程走向圖

9 基坑施工過程及監(jiān)測情況

2021 年6 月初帷幕攪拌樁施工結(jié)束，基坑開始陸續(xù)降水，6 月23 日基坑周邊待建建筑開始地基開挖， 8 月3 日A 區(qū)墊層澆搗完成，8 月29 日C 區(qū)基坑土方開挖結(jié)束，期間遇臺風(fēng)和暴雨，影響了土方開挖進(jìn)度；8 月3 日首塊底板澆筑，10 月9 日整個基坑底板全部澆筑完成；8 月20 日澆筑首塊地庫頂板，12 月1 日地庫頂板全部澆筑完成。全程基坑降水效果良好，邊坡和重力式擋墻穩(wěn)定。圍護(hù)墻頂最大水平位移8 mm，位于基坑?xùn)|北側(cè)（見圖6）；圍護(hù)墻體深層水平位移監(jiān)測，頂部最大位移10 mm，位于A 區(qū)（見圖7）；基坑外地下水位最大降深670 mm，發(fā)生在SW23 監(jiān)測井中，位于A 區(qū)南側(cè)， SW9 處在B 區(qū)北側(cè)，SW9 監(jiān)測孔地下水位高于地面是由連續(xù)暴雨及地面排水不當(dāng)引起地表積水所至（見圖8）。所有監(jiān)測值均未超過設(shè)計和規(guī)范的報警值。

圖6 A區(qū)典型墻頂位移歷時曲線

圖7 圍護(hù)墻體深層水平位移監(jiān)測曲線

圖8 典型水位監(jiān)測點(diǎn)位累計變化歷時曲線

10 結(jié)論

（1）淺基坑工程在滲透性較好的厚粉性土層中采用懸掛式止水帷幕加放坡或重力式擋墻進(jìn)行圍護(hù)是可行的。

（2）基坑圍護(hù)擋墻、止水帷幕與基坑降水統(tǒng)籌考慮，一體化設(shè)計是保證基坑安全的前提。

（3）止水帷幕底端深于管井底端1.00 m 以上，地下水阻隔效應(yīng)明顯，基坑降水效果良好。

（4）強(qiáng)化圍護(hù)方案技術(shù)交底，提高工程參與各方對基坑降水重要性的認(rèn)識，確保圍護(hù)墻體施工質(zhì)量，做好降水保證措施，保障基坑工程安全施工。