復雜環(huán)境下深基坑工程降水技術*

江蘇省華建建設股份有限公司上海分公司 上海 200438

1 工程概況

洛克“外灘源”位于上海市外灘歷史文化風貌保護區(qū)的核心地塊。2#坑在地塊的中間，三面為歷史建筑，西側緊貼虎丘路，呈狹長形，南北長165 m，東西寬22～45 m，開挖面積5 283 m2，開挖深度17.70～19.70 m，局部集水坑最深21.60 m（圖1）。圍護采用厚800 mm地下連續(xù)墻，墻深33.80～43.80 m，槽壁加固內(nèi)側采用三軸攪拌樁，外側采用高壓旋噴樁兼作止水帷幕；4道（局部5道）鋼筋混凝土內(nèi)支撐；坑內(nèi)采用三軸攪拌樁、高壓旋噴樁加固。

圖1 基坑與歷史建筑相互關系示意

2 水文地質條件

1）勘察揭露的100 m深度范圍內(nèi)，主要由飽和黏性土、粉性土以及砂土組成，一般具有成層分布特點。基坑土層從上往下依次為：②1層粉質黏土、②3層黏質粉土、④層淤泥質黏土、⑤1層粉質黏土、⑤3層粉質黏土夾粉砂、⑤4層粉質黏土、⑦層砂質粉土。擬建場地為古河道切割區(qū)，第⑥層缺失，第⑤層厚度較厚，第⑦層受切割影響厚度較薄，局部缺失。

2）基坑底部位于第④層，灰色淤泥質黏土夾少量薄層粉砂。該層土靈敏度較高，具有觸變性和流變性，坑底容易產(chǎn)生回彈和隆起變形。

3）潛水：淺部地下水屬潛水類型，主要補給來源為大氣降水、地表徑流。基坑圍護設計時地下水位按地面下0.5 m考慮。

4）第⑤3層灰色粉質黏土夾粉砂，含云母、有機質及腐殖質，土質不均勻。該層在場地北側以黏性土為主，夾少量薄層粉性土；在場地南側夾大量粉性土。根據(jù)附近工程的抽水試驗，第⑤3層為微承壓含水層，且與第⑦層砂質粉土層局部連通，第⑤3中的微承壓水水位埋深一般在6.50 m左右。

5）第一承壓水分布于第⑦層，該層承壓水水頭呈周期性變化，埋深一般為3.00～11.00 m。

6）2#基坑中部，女青年會大樓西側是原文匯報大樓，現(xiàn)剩余地下室和樁基未拆除。地下室面積約為604 m2，底板埋深約7.20 m，厚度1.50 m，碎石墊層400 mm。樁基長52.05 m，采用φ800 mm鉆孔灌注樁，共34根。

3 降水技術難點

1）深基坑周邊環(huán)境復雜，虎丘路及對面的淺基礎老建筑對降水引起的地基變形尤其敏感。

2）設置回灌井和搶險的空間緊張，深層回灌的難度大，降承壓水必然會對環(huán)境的影響較大。

3）現(xiàn)場施工場地狹小，支撐上棧橋布置較密，坑底加固范圍大，影響降水井的布置。

4）地下連續(xù)墻北段未能全部隔斷⑤3層，南段未能全部隔斷⑦層，第⑤3層與⑦層砂質粉土層局部連通，水文地質條件差，存在突涌的風險。

5）地下障礙物占地大，該部位在清障完成前無法施工深井，且清障過程中也需要降水。

4 降水方案設計

4.1 基坑底板穩(wěn)定性分析

本基坑屬于深基坑，必須充分考慮基坑底部的突涌安全性，須對⑤3層微承壓水及⑦層承壓水含水層的頂托力對基坑的穩(wěn)定性進行驗算，以防止產(chǎn)生高水頭承壓水從最不利點突涌的不良現(xiàn)象。可按下式進行驗算[1-4]：

式中：F——基坑底面突涌安全系數(shù)，取1.1；

γs——基坑底面至承壓水含水層頂板之間的層厚加權平均重度，取18.00 kN/m3；

hs——基坑底面至承壓水含水層頂板之間的距離，計算時，承壓水含水層頂板埋深取最小值；γw——地下水的重度，取10.00 kN/m3；

hw——承壓水含水層頂板以上的承壓水頭高度。

4.1.1 承壓含水層的初始水頭埋深和頂板埋深

根據(jù)勘察報告，第⑤3層微承壓水含水層層頂埋深為28.35～31.37 m，第⑦層承壓水含水層層頂埋深為43.44～47.46 m。⑤3層微承壓水水頭埋深按地面下6.50 m考慮，⑦層承壓水水頭埋深按地面下3 m考慮。

4.1.2 基坑突涌安全性分析

根據(jù)本基坑的不同挖深，分別計算⑤3層和⑦層的基坑突涌安全系數(shù)，計算結果見表1。

表1 基坑突涌安全系數(shù)

計算結果表明，對于⑤3層微承壓水含水層，坑底的抗承壓水安全系數(shù)全面偏低，應采取可靠措施進行加固。局部深坑部位抗⑦層承壓水的安全系數(shù)稍低。

4.2 基坑抗突涌安全措施

1）深坑部分采用坑底全加固。深坑封底采用φ800 mm@500 mm旋噴樁，旋噴樁采用P.O 42.5級水泥，水泥摻入量30%，水灰比0.70～1.00（具體可根據(jù)現(xiàn)場試成樁情況調整）。坑內(nèi)裙邊和間隔設置的三軸攪拌樁采用坑底加固結合，以形成一定強度的水泥土，起到抗突涌作用。

2）坑內(nèi)加固采用3φ650 mm@1 350 mm（搭接200 mm）三軸攪拌樁，樁長為地表下2 m至開挖深度下4 m。采用P.O 42.5級水泥，摻量分別為13%（坑底以上）和20%（坑底以下），水灰比為1.50～1.80（具體可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調整，但需經(jīng)過設計確認）。坑內(nèi)加固攪拌樁28 d無側限抗壓強度不低于0.8 MPa。

3）設置減壓井，根據(jù)施工過程中的監(jiān)測情況制定減壓降水的措施[5,6]。

4.3 疏干降水設計

為確保基坑順利開挖，需降低基坑開挖深度范圍內(nèi)的土體含水量。本基坑需疏干面積為5 282 m2，按照每220 m2布置1口疏干井，因本基坑部分區(qū)域為加固范圍，且被分割為4個小坑，面積分別為475 m2、316 m2、586 m2、380 m2，疏干井數(shù)量分別設為2口、2口、3口、2口，共計9口；深坑部位僅在坑底采取封底加固，此范圍周邊為滿堂加固，其他區(qū)域疏干井降水對此范圍內(nèi)起不到疏干效果，所以這3塊區(qū)域需單獨布井疏干，井深不宜超過坑底加固標高，深坑區(qū)域面積較小，每塊面積為70～90 m2，需各設1口疏干井，共設3口。

4.4 降壓降水設計

本基坑微承壓水引起基坑突涌的風險較大，而且和第一承壓水層局部連通。

參照相鄰工地的降水方案，降低坑內(nèi)微承壓水必然會加大對周邊環(huán)境的影響，特別是較為敏感的年久失修的老建筑。外灘源地區(qū)黏性土較厚，基坑降水沒有必要降承壓水。但要在深坑部位預設減壓降水井，作為應急預案備用，有冒水再降，按需運行，不宜長時間降承壓水，以免對周邊環(huán)境造成較大影響。

再者，現(xiàn)場不具備回灌井的施工條件，即使回灌，深層也灌不下去，故不設回灌井。減壓降水對坑外地面沉降有一定影響，預測降水將引起相鄰地面的沉降。基坑有冒水時開啟應急降壓深井進行抽水，結合基坑施工工況，預估基坑開挖所需微承壓水降水運行時間為90 d，根據(jù)理論計算，因降水引起的地面沉降分布呈擴散趨勢，中心沉降5～13 mm。圍護體較淺區(qū)域的外側沉降比較大，圍護體較深區(qū)域的沉降小一些。

4.5 井點布置

基坑內(nèi)采用真空深井降水，降水施工應于開挖前30 d左右進行，坑內(nèi)地下水位須降至開挖面以下1～2 m，結合支撐施工以及土方開挖，視降水及水位監(jiān)測情況適當調整降水方案。在清障和樁基檢測階段，基坑采用明排降水，在先行拆除的部位設置集水坑集中排水，待清障完成后，再施工該部位的真空深井降水。但布置時也建議布置在深坑周邊，避開坑內(nèi)加固的三軸攪拌樁和高壓旋噴樁，布置在深坑內(nèi)會削弱坑內(nèi)加固的封底作用。2#坑設置降水深井參數(shù)見表2。 坑內(nèi)加固及降水井平面布置如圖2所示[7]。

表2 降水深井參數(shù)

圖2 坑內(nèi)加固及降水井平面布置示意

5 降水安全措施

5.1 圍護結構接縫處理

分期施工的地下連續(xù)墻和槽壁加固接縫是最易產(chǎn)生滲漏的部位。2#坑的地下連續(xù)墻共分3次施工，第1段是東側與3#基坑連接處共用的地下連續(xù)墻，由于3#基坑的地下連續(xù)墻厚600 mm，而2#基坑的地下連續(xù)墻厚800 mm，且3#坑地下連續(xù)墻先施工，第2、3段則分別在世博會前后施工，故基坑開挖前必須對以上4處位置采用4根φ650 mm的高壓旋噴樁進行接頭防滲漏處理，深度同原槽壁加固（圖3）。

圖3 地下連續(xù)墻接縫處防滲處理示意

5.2 降水施工監(jiān)測

委托專業(yè)監(jiān)測單位對基坑圍護結構和周邊環(huán)境進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調整降水作業(yè)。

在基坑開挖過程中，當發(fā)現(xiàn)基坑內(nèi)疏干井的單井出水量沒有顯著減少時，應考慮地下連續(xù)墻是否滲漏，發(fā)現(xiàn)地下連續(xù)墻滲水的地方要及時堵漏，減少因基坑外水位變化而引起上層黏土層的固結變形。

坑外水位下降報警值設置為500 mm，累計變化量見圖4。雖最大降幅為2 000 mm，但變化速度不快，對降幅較大處的地下連續(xù)墻滲漏情況進行日常觀察時，也未發(fā)現(xiàn)較大滲漏和地下連續(xù)墻劈叉開裂等現(xiàn)象。

在基坑開挖期間，坑內(nèi)承壓水頭埋深隨挖深逐漸降低。坑內(nèi)減壓井初始水位約在地下4 m，開挖10 m后開始下降，開挖至坑底時，水位維持在地下8～13 m，同時發(fā)現(xiàn)減壓井J9管壁0.51 m附近有氣泡冒出，并有少量細砂，跟蹤巡查并未發(fā)現(xiàn)擴大趨勢，故沒有開啟減壓降水。最終，在保證周邊環(huán)境安全的情況下，順利地完成了深基坑施工。

圖4 坑外水位累計變化曲線

5.3 封井措施

底板澆筑后，封閉全部疏干井，保留減壓井，在后澆帶位置預留泄壓孔。主體結構施工結束后澆筑后澆帶，同時封閉泄壓孔、減壓井。

6 結語

深基坑工程是系統(tǒng)工程，基坑設計、降水、監(jiān)測、施工等單位要全面分析、協(xié)同工作，分析降水對環(huán)境的影響，保證基坑圍護的施工質量。地下連續(xù)墻等止水圍護結構在坑底以下出現(xiàn)接縫分叉、孔洞、冷縫，繼而引起滲漏的基坑施工事故較多，且事故發(fā)展快、堵漏難，往往造成很大的損失。在基坑開挖前對施工質量難以保證和易發(fā)生滲漏的部位進行加固是必要的，即有漏必堵，防患于未然。

微承壓水通常是指水頭壓力低、埋深淺的細顆粒承壓含水層，對于工程的危害屢見報端，一般情況下都采取預降的措施，以保證基坑安全。施工前應認真分析本地區(qū)水文地質情況，多了解周邊工程深基坑降水措施的實施效果，不能簡單地認為有水就降，可采取坑底加固措施，或設置應急減壓井，按需開啟，從而減少對環(huán)境的影響。