軟土地區(qū)敏感環(huán)境下深基坑工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐

連柯楠 談永衛(wèi) 宋青君

(1.華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司上海地下空間與工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011；2.上海基坑工程環(huán)境安全控制工程技術(shù)研究中心，上海 200011)

0 引言

上海作為長三角經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)域，城市建設(shè)始終走在全國前列。隨著對地下空間的需求和關(guān)注的不斷提升，地下空間開發(fā)過程特別是復(fù)雜地層和敏感環(huán)境條件下深基坑工程中面臨的諸多問題逐步凸顯。本文以上海SK大廈基坑工程為背景，重點(diǎn)介紹了項(xiàng)目中遇到的難點(diǎn)問題和應(yīng)對措施，可為類似項(xiàng)目提供一定的工程借鑒。

1 工程概況

1.1 基坑概況

上海SK大廈項(xiàng)目位于上海市世博園區(qū)黃埔江南延段ES2單元15-1地塊，由耀龍路、耀元路、濟(jì)明路、友誠路合圍。本工程為地上60層，總高約275 m的超高層建筑，地下整體設(shè)置3層地下室。項(xiàng)目基坑面積約20 900 m2，基坑周邊延長約560 m。裙樓區(qū)域開挖深度約15.5 m，塔樓開挖深度約18.5 m。本工程采用整體順作的施工方案，采用800 mm厚“兩墻合一”地下連續(xù)墻結(jié)合三道鋼筋混凝土支撐的支護(hù)方案(見圖1)。

1.2 環(huán)境概況

本工程周邊環(huán)境敏感，保護(hù)要求較高。基地周邊主要保護(hù)對象為場地周邊道路、管線和地塊間連通。場地東北角地下室外邊界位于軌道交通7號線控制線(50 m退界線)以外約6 m，圍護(hù)體設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮基坑開挖變形對隧道的影響，但應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注基坑抽降承壓水對地鐵隧道、管線、連通道等周邊環(huán)境及設(shè)施可能會造成的不利影響。

1.3 工程水文地質(zhì)

1.3.1地質(zhì)概況

擬建場地位于上海市浦東新區(qū)世博板塊浦江耀華商務(wù)區(qū)，地貌類型為濱海平原。基地屬古河道分布區(qū)，表部土層分布不穩(wěn)定，場地西側(cè)地段分布為第①3層江灘土，東側(cè)則為第②層分布區(qū)；中部土層分布相對穩(wěn)定，開挖面上下主要為流塑第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層和第④層淤泥質(zhì)粘土層；下部土層第⑨1層頂面埋深有起伏，局部甚至缺失，第⑨2層分布相對穩(wěn)定(見表1，圖2)。

1.3.2地下水情況

場地內(nèi)的地下水可分為潛水、微承壓水和承壓水三種類型。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)綜合成果表

潛水一般賦存于淺部土層中，主要補(bǔ)給來源為大氣降水入滲及地表水徑流側(cè)向補(bǔ)給，勘察期間水位標(biāo)高約為4.40 m～3.81 m。

微承壓水賦存于第⑤2-1層砂質(zhì)粉土、第⑤2-3層砂質(zhì)粉土和第⑤3-2層砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土互層中。上述土層之間分別分布有第⑤2-2層粉質(zhì)粘土夾砂質(zhì)粉土及第⑤3-1層粉質(zhì)粘土，由于第⑤2-2層及⑤3-1層中夾有多量薄層粉性土，各微承壓水層之間存在著一定的水力聯(lián)系，另外，第⑤3-2層之下分布第⑨層砂土承壓水層，承壓水直接補(bǔ)給⑤3-2層，水量豐富，從而使得本場地內(nèi)微承壓水層與承壓水層之間亦有水力聯(lián)系。根據(jù)勘察期間對微承壓水的監(jiān)測情況及注水試驗(yàn)結(jié)果，微承壓水的水頭埋深約為4.0 m。

深層承壓水賦存于第⑨層砂土中，承壓含水層與其上覆的微承壓水層相互連通。根據(jù)上海地區(qū)長期水位觀測經(jīng)驗(yàn)，承壓水水頭低于潛水水位，埋深呈年周期性變化，水位埋深約為3.0 m～12.0 m。深層承壓水層埋深較深，對本工程影響較小。

2 基坑實(shí)施難點(diǎn)及應(yīng)對

2.1 敏感環(huán)境條件下地下水應(yīng)對方案

本工程深層分布有第⑤2-1層、第⑤2-3層和第⑤3-2層等微承壓含水層，經(jīng)計(jì)算復(fù)核，第⑤2-1層、第⑤2-3層承壓含水層不滿足承壓水穩(wěn)定性要求，存在突涌風(fēng)險(xiǎn)。因此，本工程需針對第⑤2-1層、第⑤2-3層承壓水進(jìn)行減壓降水，由于本工程東北側(cè)鄰近軌道交通7號線控制線，且周邊道路下存在大量市政管線以及地塊間的連接通道，為減少基坑實(shí)施期間長時(shí)間、大面積抽降承壓水對周邊環(huán)境的不利影響，基坑的止水帷幕應(yīng)考慮隔斷第⑤2-3層，并進(jìn)入第⑤3-1層一定深度，以盡可能形成相對封閉的帷幕體系，切斷坑內(nèi)外承壓水水平向直接的水力聯(lián)系(見圖3)。

另外，根據(jù)勘察報(bào)告揭示，場地內(nèi)的微承壓含水層和深層的承壓含水層之間仍有一定的水力聯(lián)系，為了防止微承壓含水層的豎向補(bǔ)給造成坑外的深層微承壓水頭下影響地鐵，考慮在該側(cè)設(shè)置回灌井等措施減少本工程降水實(shí)施對地鐵的影響。

基坑實(shí)施期間仍需設(shè)置相應(yīng)的降壓疏干井，對坑內(nèi)承壓水采取按需降壓。基坑正式降水實(shí)施前，需對承壓水頭進(jìn)行觀測，復(fù)核承壓水穩(wěn)定性能否滿足基坑開挖要求。同時(shí)，基坑開挖前，應(yīng)進(jìn)行試抽水，檢驗(yàn)降水井和降壓疏干井的實(shí)施效果。以防止大量抽降承壓水對周邊環(huán)境，特別是地鐵隧道、連通道等產(chǎn)生不利影響，確保本工程基坑周邊環(huán)境的相對安全。

2.2 復(fù)雜地層條件下圍護(hù)質(zhì)量控制措施

根據(jù)勘察報(bào)告顯示，場地西半部淺層分布有較厚的松散的第①3層江灘土，該土層一方面在地下連續(xù)墻成槽施工時(shí)易發(fā)生塌槽問題，造成地下連續(xù)墻夾泥夾砂，嚴(yán)重影響地下連續(xù)墻成墻質(zhì)量和隔水性能；另一方面，在基坑開挖時(shí)易受擾動，在動水壓力作用下較易發(fā)生流砂和管涌險(xiǎn)情，危害基坑和周邊環(huán)境安全。

為增強(qiáng)地下連續(xù)墻成槽穩(wěn)定性，同時(shí)，也增強(qiáng)地下連續(xù)墻的止水性能，在江灘土分布區(qū)域地下連續(xù)墻槽段兩側(cè)設(shè)置φ650@450三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，槽壁加固深度至基底以下4 m。槽壁加固攪拌樁采用套接一孔法施工，攪拌樁成樁采用二噴二攪的施工工藝(見圖4)。

而對無江灘土分布的東部區(qū)域，在地墻接頭外側(cè)設(shè)置三根品字形φ800高壓旋噴樁，以增強(qiáng)接頭處的止水和防滲性能，止水旋噴樁樁底嵌入基底以下4 m。

2.3 考慮主體結(jié)構(gòu)實(shí)施進(jìn)度的支撐布設(shè)對策

由于業(yè)主對塔樓施工進(jìn)度相當(dāng)關(guān)注，塔樓工期直接制約項(xiàng)目總體工期。為不影響塔樓施工，避免由于拆撐工況等情況造成塔樓工期及進(jìn)度受影響，在支撐水平及豎向布置時(shí)考慮對塔樓區(qū)域的避讓。局部位置桿件無法避讓塔樓剪力墻時(shí)，考慮對相鄰區(qū)域支撐體系進(jìn)行加強(qiáng)，并在首道及第二道支撐內(nèi)預(yù)埋型鋼鋼骨。在基坑開挖階段，保持現(xiàn)有支撐體系的完整性，而在地下結(jié)構(gòu)施工階段，根據(jù)塔樓剪力墻在未拆撐前先要向上施工的需求，鑿除局部相碰位置型鋼鋼骨梁外包混凝土，保留內(nèi)包型鋼梁，待拆撐時(shí)再同步進(jìn)行割除(見圖5，圖6)。

3 實(shí)施效果

本工程基坑面積大，開挖深度深，總體體量較大。基坑自2015年8月首批土方開挖至2016年8月地下結(jié)構(gòu)施工完成總歷時(shí)近1年。基坑實(shí)施期間較為順利，施工流水銜接順暢，實(shí)施過程中按照設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范的要求對圍護(hù)體系及周邊環(huán)境進(jìn)行了全面的監(jiān)測。以下以典型監(jiān)測項(xiàng)目為例對項(xiàng)目的實(shí)施效果進(jìn)行簡要說明(見圖7)。

3.1 圍護(hù)體水平位移監(jiān)測

根據(jù)現(xiàn)場基坑監(jiān)測結(jié)果，開挖到基底時(shí)，基坑普遍區(qū)域地下連續(xù)墻水平變形約75.2 mm，基礎(chǔ)底板澆筑完成后變形趨于收斂，拆撐階段圍護(hù)體水平變形略有增大，地下結(jié)構(gòu)施工完成后，地下結(jié)構(gòu)總變形約75.8 mm(見圖8)。

3.2 地鐵沉降監(jiān)測

根據(jù)現(xiàn)場基坑監(jiān)測結(jié)果，基坑實(shí)施期間地鐵南側(cè)隧道最大沉降量約3.0 mm,北側(cè)隧道最大沉降量約1.2 mm，整體變形較為穩(wěn)定，滿足地鐵主管部門變形控制相關(guān)要求。

4 結(jié)語

本工程為大面積深基坑工程，基坑面臨著周邊環(huán)境敏感、地層條件復(fù)雜、工期緊張等諸多難點(diǎn)問題。設(shè)計(jì)結(jié)合項(xiàng)目情況，采用地下連續(xù)墻結(jié)合內(nèi)支撐的支護(hù)方案，并提出針對性的地下水處理方案、圍護(hù)質(zhì)量控制措施和支撐布置對策，保證了項(xiàng)目的順利實(shí)施。從實(shí)施效果來看，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全，周邊環(huán)境可控，為類似工程提供一定的工程借鑒。