復雜環境下深基坑淺圍護施工實踐

中信泰富（中國）投資有限公司 上海 200041

1 工程概況

1.1 建筑結構概況

上海船廠（浦東）區域2E5-1地塊項目位于上海市浦東新區陸家嘴金融貿易區，東鄰即墨路，南鄰東城路，西鄰浦東南路，北鄰銀城路。

本工程基坑面積30 610 m2，裙樓區域挖深20.30 m，塔樓區域挖深23.25～28.30 m。基坑分南北2個分區實施，南區基坑面積約18 000 m2，北區基坑面積約12 610 m2。先施工南區基坑，待南區基坑部分結構出±0.00 m后，開始施工北區基坑。

1.2 水文地質條件

本場地內對工程有影響的地下水屬于潛水類型，地下水高水位埋深為0.50 m，低水位埋深為1.50 m。

基坑開挖至20.30 m時，本場地第一承壓含水層第⑦層承壓水對基坑產生不利影響，需采取相應的降水防護措施，確保基坑安全。

本場地填土主要為灰黃色黏性土，填土相對較深，上部夾大量建筑垃圾且呈雜填土狀，局部表層有混凝土地坪；北側局部范圍內填土較深，且回填主要是黏性土夾木屑等雜物，其上部一般為較大的碎混凝土塊、磚頭、石子等，形成大塊建筑垃圾回填區。

2 工程難點、特點分析

2.1 周邊環境保護要求高

本項目周邊有多幢既有建筑，與本基坑圍護結構最近距離為24 m，且基坑北側另有2處銀城路過街地道及頂管工作井，其中頂管工作井緊貼本項目基坑圍護外邊線。

由于本場地地下室邊界已基本靠近了周邊道路，周邊道路上分布的地下管線，如煤氣、雨水、電力、通信等市政管線均在基坑開挖影響范圍內。如何在地下施工時確保周邊管線的安全，是本工程施工的一個難點。

2.2 深基坑施工

本工程采用順作法施工，水平支撐體系采用4道鋼筋混凝土支撐，塔樓深坑局部架設第5道H型鋼支撐。

本工程圍護結構采用地下連續墻圍護，其中塔樓區域采用厚1 000 mm的地下連續墻，地下連續墻深36.60 m，插入比＜0.77。裙樓區域采用厚1 000 mm的地下連續墻，地下連續墻深36 m。南北兩側基坑分隔墻同樣采用厚1 000 mm的地下連續墻的形式，如圖1所示。

深基坑施工是本工程的一個特點，也是本工程施工的一個難點。

3 施工關鍵技術及施工方案

3.1 施工關鍵技術

本工程地下連續墻深度較淺，插入比較小，隨著土方工程越挖越深，地下連續墻極易發生“踢腳”現象。

所謂“踢腳”現象就是地下連續墻根部會發生一個向坑內發展的位移。若不及時有效地控制地下連續墻“踢腳”，隨著它往坑內位移的數值逐漸增大，坑底的土方也將隨之向上拱起，一旦拱起數值達到極限后，將會大大影響地下連續墻及基坑的安全，更嚴重的還會導致基坑坍塌。所以如何控制地下連續墻“踢腳”的發展是本工程土方開挖及基礎底板施工時的首要任務。

圖1 工程圍護剖面示意

其次，由于本工程地下連續墻未能完全地隔斷承壓水層，繞流路徑大大減少，故在基坑施工前期做抽水試驗時，當坑內的承壓水因抽水下降20 m時，坑外的水位也下降了約17 m。由此可見，坑內抽取承壓水對坑外環境等因素影響極大。在后續施工過程中，“按需降水”及有效保護周邊環境為整個降水方案的技術核心。

3.2 南坑土方開挖工況

為縮小圍護變形、保證基坑安全，根據盆式開挖法先對撐后角撐的原則，采取跳倉土方開挖方式。合理分區、分塊開挖，確保工程進度。

首層土方的開挖采用退挖的方式。局部由于需要形成棧橋須先行開挖，整體開挖原則為自西向東退挖（圖2）。

圖2 首層土方開挖分區示意

第2層的土方開挖流程為：第1道支撐混凝土強度達到80%，水位降至-9.85～-10.85 m，開挖1區，隨挖隨施工該區支撐；1區開挖完成后，挖掘機器設備及人員移至2區，開挖2-1區，相繼開挖2-2區，隨挖隨施工該區支撐；2區開挖完成后，挖掘機器設備及人員移至3區，開挖3-1區，相繼開挖3-2區，隨挖隨施工該區支撐；3區開挖完成后，挖掘機器設備及人員移至4區，開挖4-1區，相繼開挖4-2區，隨挖隨施工該區支撐；4區開挖完成后，挖掘機器設備及人員移至5區，開挖5-1區，相繼開挖5-2區、5-3區，隨挖隨施工該區支撐；5區開挖完成后，挖掘機器設備及人員移至6區，開挖6-1區，相繼開挖6-2區，隨挖隨施工該區支撐。第3層及第4層土方開挖的流程與第2層土方開挖流程類似（圖3）。

圖3 第2～4層土方開挖分區示意

本工程圍護墻較淺，未隔斷承壓水水層。考慮到過多、過早開啟降壓水井對環境、基坑本身都有不利影響，因此在第5層土方開挖時，采用“先淺后深”的方式進行施工。先將坑內承壓水水位降至淺區底板以下，并完成淺區底板施工，待淺區底板全部施工完成后，再開啟深坑處降壓井，使得深坑處承壓水位下降至深坑以下，進而施工深坑處基礎底板結構。值得一提的是，考慮到基坑面積較大，為有效控制基坑變形，先對圖4中的1區進行開挖并及時施工基礎底板結構，從而將南區基坑分為東西2塊，通過減少基坑面積，有效地控制圍護的變形。然后再將東西2塊基坑分別依據“先淺后深”的原則進行基礎底板的施工。

圖4 第5層土方開挖分區示意

3.3 淺圍護體系降水施工技術

本工程共分為南北2個基坑施工，南側基坑相比于北側基坑挖深更深，安全隱患更大，故降水方案主要是針對南側基坑。

南側基坑約18 000 m2，共設置47口疏干井，28口承壓井。潛水抽取原則為控制在開挖面以下1 m，以滿足挖土及支撐施工需要即可。而承壓井的開啟主要是先通過穩定性驗算，勘察報告顯示，本基坑第⑦層最淺層面埋深為28.60 m。根據附近工程抽水試驗成果和基坑降水的經驗，該地區承壓水頭埋深約為8.35 m。因此，本著要保證工程項目安全又節省工程造價的原則，本次計算地下水位埋深在驗算時取8.35 m，安全系數取1.1。

1）驗算第⑦層承壓含水層的穩定性。

2）根據上海市《基坑工程設計規程》（DGJ 08-61—1997），基坑底板的穩定條件為基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應大于承壓水的頂托力，即公式：

式中：h——坑底以下隔水層的覆土厚度，m；

γsi——基坑底至承壓含水層頂板間的各層土的重度，kN/m3；

H——承壓水頭高度至承壓含水層頂板的距離，m；

γw——水的重度，取10 kN/m3；

Fs——抗承壓水頭穩定性安全系數，取1.1。

根據穩定性計算，若初始水位按8.35 m計算，當基坑開挖至地面以下16.48 m處時，上覆土壓力約為222.75 kPa，基坑底板處于臨界狀態，應陸續開啟降壓井，以保證基坑開挖的安全。

在滿足基坑安全的前提下，承壓井應依次有序且盡量少開啟。根據上述原則，在南側基坑開挖第4層土方時，首先開啟5口承壓井，在開挖第5層土方（淺區底板區域）時，再開啟9口承壓井，最后在開挖深坑土方時，開啟7口承壓井，以滿足現場施工要求。

為了更加有效地減少基坑施工時由于抽取承壓水對周邊環境的影響，在基坑南側又增設了12口回灌井。

傳統的回灌井回灌是采取一種加壓回灌，即對回灌水源施加約0.1 MPa的壓力，而結合本工程的實際情況，若仍采取加壓回灌的措施，肯定會對地下連續墻施加一個額外的側向壓力，大大加劇其變形。同時考慮到基坑周邊施工場地狹小，回灌井設置離基坑相對較近，亦不宜采取加壓回灌措施。

根據上述幾點綜合考慮，本工程回灌井運用了自然回灌的一種方式，即不施加任何外部壓力，僅靠水的自重所產生的壓力進行回灌。在開挖第5層土方時，開啟坑外的12口回灌井。采用自然回灌的每口回灌井起初回灌量平均為1.20 m3/h，后期回灌量漸漸趨于穩定，回灌量約1.00 m3/h。在回灌3周的時間內，坑外觀測井水位上升約100 mm[1-3]。

4 施工效果

本工程深基坑目前已全部完成大底板澆筑并回筑至±0.00 m，根據現有監測數據表明：圍護測斜最大變形值為80 mm；煤氣管線最大位移變化量為-16.89 mm（圖5）。

圖5 圍護測斜監測

同時地下連續墻的根部位移量最大為25 mm，由此可見，在淺圍護深基坑施工過程中，圍護測斜的變形量還是相當可觀的，及時形成支撐體系且合理分區是確保基坑順利施工的最根本原則。同時從圖中也可看出，“踢腳”現象是明顯存在的，但通過“由淺到深”地安排土方及基礎底板施工，能有效并及時地控制“踢腳”的發展。

根據現場實際施工經驗，回灌井的設置數量、回灌壓力及位置需根據現場不同的環境進行相應的布置及壓力的控制，在滿足提升水位的要求下，盡量減少對圍護墻體的影響是首要關注因素。

因此，在有效的措施應對和合理的施工布置下，本工程基坑施工成功地克服了前期預見、中期遇到的各種困難，在保護周邊環境和確保施工安全的前提下，成功地完成了這樣一個深基坑工程的施工工作[4,5]。

5 結語

本工程在地下連續墻插入比較小的情況下，安全有效地完成了深基坑的施工，為今后同類基坑施工提供了有效的參考經驗及施工方式。但需要指出的是，地下連續墻入土深度的增加對墻體的變形、內力分布和基坑穩定性都是有好處的。當然，地下連續墻的入土深度在滿足強度、變形和穩定性的要求之后，再增加墻長的作用并不明顯，并且墻體總長度的增加，必然會增加造價。一言以蔽之，如何在安全可靠和滿足使用要求的前提下，尋找最合理、最優化、最經濟的設計，才是工程前期必須考慮的問題。