淺談超深基坑施工實踐

艾志偉（杭州市地鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概況

下沙風(fēng)井位于錢塘江北岸，沿16號大街和之江東路交叉口布置，為大小盾構(gòu)轉(zhuǎn)換井。風(fēng)井起始里程右K41+287.129，終點里程右K41+443.861，風(fēng)井長156.732m。

風(fēng)井為三層單跨混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)（局部二層），下三層中間設(shè)有中隔墻。風(fēng)井小里程端頭井寬18m，深度約21.27m，大里程端頭井寬19m，深度約28.88m，標(biāo)準(zhǔn)段寬13.1m，深度約20.3m～25.6m。基坑采用1000mm和1200mm的地下連續(xù)墻，工字鋼接頭。

2 水文地質(zhì)情況

2.1 工程地質(zhì)情況

本工程場地勘察范圍內(nèi)，可分為7個大層，細(xì)化為16個亞層。根據(jù)地質(zhì)縱剖面分析，下沙風(fēng)井結(jié)構(gòu)底板坐落于③7-1砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層與③7-2黏質(zhì)粉土夾砂質(zhì)粉土層，基坑連續(xù)墻墻趾位于?3含礫中粗砂。工程地質(zhì)情況見表1，地質(zhì)剖面圖如圖1所示。

表1 下沙風(fēng)井主要工程地質(zhì)特性表

圖1 下沙風(fēng)井地質(zhì)剖面圖

2.2 水文地質(zhì)條件

孔隙潛水和孔隙承壓水，分述如下：

2.2.1 孔隙潛水

擬建場地淺層地下水屬孔隙潛水，主要賦存于表層填土、③層砂質(zhì)粉土、粉砂中，由大氣降水徑流補(bǔ)給以及江水的側(cè)向補(bǔ)給，潛水水量較大，地下水位隨季節(jié)變化。

2.2.2 孔隙承壓水

根據(jù)勘探揭露，擬建場區(qū)存在的孔隙承壓水分布于深部的⑧3層粉砂、?3層含礫中粗砂、?4層圓礫中，水量豐富，隔水層為上部的粉質(zhì)黏土層，承壓水主要接受古河槽側(cè)向徑流補(bǔ)給，側(cè)向徑流排泄。本次勘察布置2個承壓水觀測孔，以觀測⑧3層粉砂及?3層含礫中粗砂和?4層圓礫的承壓水水位埋深及高程，承壓水水位埋深、高程一覽表見表2。

表2 承壓水水位埋深、高程一覽表

3 深基坑施工的主要施工技術(shù)

3.1 三軸攪拌樁止水帷幕

（1）本工程在地連墻兩側(cè)設(shè)置了單排三軸水泥攪拌樁止水帷幕，攪拌樁水泥摻加量(重量比)，基坑外側(cè)15%，內(nèi)側(cè)坑底以上15%，坑底以下22%，樁徑Φ850@600；

（2）水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比1.5，樁體28d側(cè)向抗壓強(qiáng)度＞1.5MPa，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)計量控制；

（3）水泥土攪拌樁采用二噴二攪的施工工藝，在樁體范圍內(nèi)必須做到水泥攪拌均勻，樁體垂直度偏差不大于1/200，施工采取嚴(yán)格控制樁距等有效措施以保證攪拌樁的搭接；

（4）樁體施工必須保持連續(xù)性，攪拌樁外排套打，內(nèi)排咬合250mm，樁與樁的搭接時間不大于12h。

通過開挖后檢查，本基坑的止水帷幕效果很好，坑壁樁縫之間滲水現(xiàn)象較少，為基坑施工和基坑變形控制帶來便利。

3.2 地下連續(xù)墻

本基坑地下連續(xù)墻深度為62.5m，為有效隔斷承壓水，地下連續(xù)墻需入黏土層1m，由于地下連續(xù)墻深度范圍內(nèi)有粉質(zhì)黏性土層，含水量大、孔隙比大、強(qiáng)度高、滲透性差，同時③號土層又是砂質(zhì)粉土，施工時易產(chǎn)生塌孔、縮徑現(xiàn)象，因此，施工中采取提高泥漿比重，適當(dāng)井點降水，以確保施工質(zhì)量。

本工程樁采用金泰SG60成槽機(jī)，成槽過程中通過泥漿循環(huán)池、溝槽進(jìn)行循環(huán)。其基本工藝：測量放樣、導(dǎo)墻制作、成槽施工、清基或接頭處理、接頭箱吊放、鋼筋籠吊放。技術(shù)關(guān)鍵為：

（1）導(dǎo)墻制作。導(dǎo)墻質(zhì)量的好壞直接影響地下連續(xù)墻的邊線和標(biāo)高；

（2）成槽施工。開挖槽段按設(shè)計要求間隔開挖，嚴(yán)格控制泥漿的液位，保證泥漿液位在地下水位1.0m以上，并不低于導(dǎo)墻頂面以下50cm，液位下落及時補(bǔ)漿，以防塌方；

（3）清基及接頭處理。成槽至標(biāo)高后，連接幅、閉合幅應(yīng)先刷壁，采用在重型抓斗側(cè)焊接接頭刷進(jìn)行接頭清刷，后掃孔，掃孔時抓斗每次移開50cm左右，雌性接口成槽完畢達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，插入接頭箱，接頭箱后空隙內(nèi)填砂包；

（4）接頭箱吊放。槽段清底合格后，先吊入鋼筋籠，然后在型鋼接頭后面拋填砂袋，拋填砂袋距籠頂10m左右時，用履帶吊將接頭箱垂直插入工字鋼背后間隙，并將砂袋壓實。

基坑開挖后檢查仍發(fā)現(xiàn)有局部樁發(fā)生擴(kuò)徑的情況，分析疑為混凝土澆筑過程中供料不及時等待時間過長導(dǎo)致塌孔而致。因此，應(yīng)注意在水下混凝土澆筑過程中一氣呵成，不能有太長的時間間隙。另一原因是③號砂土層成孔質(zhì)量不穩(wěn)定所致，因此，應(yīng)加強(qiáng)砂土層的護(hù)壁質(zhì)量。同時，還發(fā)現(xiàn)有少量的樁露筋，分析認(rèn)為應(yīng)與塌孔有關(guān)。

3.3 地基加固

風(fēng)井基底和地下連續(xù)墻陰角處采用二重管高壓旋噴樁進(jìn)行地基加固，下沙風(fēng)井基坑大小端頭井采用滿堂加固，標(biāo)準(zhǔn)段采用3m寬抽條加固，加固深度為基坑下4m。

本處主要說明高壓旋噴樁的施工工藝：測量定位→樁機(jī)安裝就位→啟動鉆機(jī)→啟動注漿泵送水→鉆進(jìn)→至設(shè)計深度停轉(zhuǎn)→插入注漿管→旋轉(zhuǎn)噴漿提升→至設(shè)計高度停漿→提升注漿管→清洗管路→移機(jī)。

3.4 基坑降水

由于本基坑場地地下水位較高，水量豐富。通過實驗，③層單井水量264t/d，降水工作十分重要，按設(shè)計要求，基坑周圍上部做好排水工作，防止雨水流入基坑；基坑內(nèi)、外降水井水位高差控制在5m范圍內(nèi)，作為坑外降水啟動條件。坑內(nèi)潛水水位控制在開挖面下1m，坑外水位暫按降至地面標(biāo)高以下10m計。基坑開挖采用疏干井降水；開挖到一定深度后，為防止承壓水層因覆土厚度不足而導(dǎo)致坑底透水，采用深井減壓降水；疏干井和降壓井應(yīng)在基坑開挖前20d完成。同時，為防止坑內(nèi)加固的水泥漿堵塞管井，宜在坑內(nèi)土體加固后施工。坑內(nèi)疏干井須在封閉的止水帷幕形成后方可降水，開挖前進(jìn)行預(yù)降水，并加強(qiáng)觀側(cè)，降水須隨著開挖進(jìn)度逐步降低水頭，同時，為防坑內(nèi)管井失效，在坑外應(yīng)布置一定數(shù)量的觀測井兼?zhèn)溆镁?/p>

（1）疏干井降水設(shè)計：本基坑面積2991m2，根據(jù)抽水試驗并結(jié)合降水經(jīng)驗，以一口井服務(wù)200m2的面積布置，共設(shè)17口疏干井，疏干井深度18m～25m。

（2）降壓井設(shè)計：基坑底板穩(wěn)定條件，要求底板底至承壓含水層頂部間土壓力應(yīng)大于承壓水的壓力，即H×RS＞FS×RW×H。

計算表明，在坑深18m處，抗突涌驗算已不符合安全要求，需進(jìn)行降壓降水，用有限元差分法預(yù)測，坑內(nèi)布置了4口降壓井和2口降壓備用兼觀測井。

（3）抽水試驗：為確保抽降水效果，在深井全面施工前做非穩(wěn)定抽水試驗，即在抽水鉆孔中保持水量穩(wěn)定，不考慮水位變化或保持水位穩(wěn)定而改變水量，以測定水量、水位隨時間的變化過程。

（4）深井完成后，開啟全部降壓井降壓，直至達(dá)到24m降壓深度，穩(wěn)定6h，然后停止抽水觀測水位恢復(fù)情況，每小時一次，記錄水位水量，試驗表明降壓井布置已滿足要求。

本工程抽降水效果總體較好，但在挖③7層淤泥質(zhì)土?xí)r效果差，水疏不干。通過分析，主要原因是與其下的⑥層淤泥質(zhì)黏土土層滲透性差有關(guān)，即在③7層下形成了一個隔水層，水滲不下去，而本層淤泥質(zhì)土含水率又高，疏干井相對較少。而在淤泥質(zhì)土層挖完后，后期挖土的疏干效果都滿足施工要求。因此，降水施工應(yīng)按照設(shè)計和施工規(guī)范加強(qiáng)試驗，再決定實際的抽降水方案。

3.5 土方開挖

基坑開挖前，圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地基加固已經(jīng)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，降水已經(jīng)達(dá)到設(shè)計預(yù)期效果后開始進(jìn)行基坑開挖。本工程基坑土方開挖周邊安全環(huán)境要求特殊和嚴(yán)格，在開挖過程中掌握好“分層、分步、對稱、平衡、限時”五個要點，按照豎向分層、縱向分區(qū)、橫向分塊開挖，先支后挖，深基坑底預(yù)留3m厚土體，需結(jié)構(gòu)流水段底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后，方可開挖下一結(jié)構(gòu)流水段底板的預(yù)留土方。由于本基坑較深，最大挖深達(dá)28m，出土量6萬多m3，如何將深坑內(nèi)土有效快速挖運出去是一個難題。下沙風(fēng)井土方開挖第一層土、第二層土采用后退式開挖，第三層全部開挖完成后施作第三道混凝土支撐，然后再分級放坡開挖。

下沙風(fēng)井為地下兩層結(jié)構(gòu)，開挖深度參數(shù)見表3，具體施工流程如圖2和圖3所示。

圖2 開挖深度18m以下土方示意圖

圖3 基坑土方開挖施工示意圖

表3 基坑開挖深度參數(shù)表

3.6 支撐體系

本基坑設(shè)置了三道混凝土+四道鋼支撐水平支撐系統(tǒng)，第一道支撐系統(tǒng)中心標(biāo)高為4.8m，冠梁截面為1200mm×1000m。鋼筋混凝土主撐截面采用900mm×800m，混凝土角撐截面2000mm×2000mm；第二道支撐系統(tǒng)為Φ609鋼支撐；第三道混凝土支撐系統(tǒng)圍檁截面為2500mm×1600m，鋼筋混凝土主撐截面采用1200mm×1000mm；第四道支撐系統(tǒng)為Φ800鋼支撐；第五道混凝土支撐系統(tǒng)圍檁截面為1600mm×1200m，鋼筋混凝土主撐截面采用1600mm×1200mm；第六、七道支撐系統(tǒng)為Φ800鋼支撐。

鋼管支撐在基坑旁提前拼裝，開挖到鋼管支撐標(biāo)高時，及時安設(shè)鋼管支撐。在基坑開挖中將充分利用“時空效應(yīng)”，鋼支撐的安裝和預(yù)加軸力的施加控制在8h以內(nèi)。

開挖前，準(zhǔn)備好合格的支撐以及施加支撐預(yù)應(yīng)力的各項裝置、儀表，考慮到所加預(yù)應(yīng)力損失10%，應(yīng)經(jīng)常檢查施加預(yù)應(yīng)力的油泵裝置，使之運行正常。支撐預(yù)應(yīng)力施加順序為：0→20%→105%預(yù)加軸力。

3.7 施工監(jiān)測

由于地下工程的復(fù)雜性，因此必須有科學(xué)、合理的監(jiān)測系統(tǒng)來作為基坑施工的參考。通過監(jiān)測可以達(dá)到：①及時發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素；②驗證設(shè)計、指導(dǎo)施工；③保障業(yè)主及相關(guān)社會利益；④分析建設(shè)場地的施工特征。

本工程的監(jiān)測內(nèi)容：

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面：墻頂沉降、墻頂位移監(jiān)測、墻體測斜；

（2）水平支撐系統(tǒng)方面：支撐軸力監(jiān)測；

（3）水工監(jiān)測方面：坑外地下水位監(jiān)測、坑內(nèi)承壓水位監(jiān)測；

（4）環(huán)境監(jiān)測方面：周邊地下管線及建筑物的變形、坑外地表沉降、坑外土體測斜。

由于篇幅所限詳細(xì)的監(jiān)測方法、過程、原理、設(shè)備等不再敘述，以2018年04月02日基坑最后一塊底板澆筑完成的監(jiān)測數(shù)據(jù)簡單說明，見表4。

表4 監(jiān)測日報表

從表4可以看出，本基坑開挖對周邊環(huán)境影響是顯而易見的，而基坑自身的圍護(hù)結(jié)構(gòu)趨于安全，因此，對于臨近重要道路、建筑和環(huán)境要求高的基坑，其支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)趨于保守。坑邊綠化帶下的煤氣、給水、污水等管線都進(jìn)行了遷移，避免事故發(fā)生。同時，16號大街臨時封堵，確保了基坑和周邊環(huán)境的安全。

4 結(jié)語

地鐵工程下沙風(fēng)井超深基坑已順利完工并通車，富水含沙地層深基坑施工時降水工程極為重要，為類似地層基坑開挖積累了一定的經(jīng)驗。隨著工程行業(yè)的快速發(fā)展，該超深基坑經(jīng)驗在后續(xù)地鐵建設(shè)中已得到了廣泛借鑒應(yīng)用。