圍填海區域深基坑隔水降水設計與施工技術★

黃 澤 濤

(上海市基礎工程集團有限公司，上海 200433)

0 引言

隨著城市化進程的加快，城市土地資源緊張等諸多問題逐漸顯現，沿海地區受到土地資源限制發展的矛盾尤為突出。目前通過圍海造陸拓展土地資源是一種行之有效的手段，但在填海區進行地下空間建設也面臨著如下問題：圍海區域基本為灘涂地質，在進行吹填后形成了上部吹填土，下部軟土及砂土的構造特點，上部土質砂性較重，在此區域進行樁基施工難度較大；同時因場地臨海，在地下水與海水聯通情況下，進行基坑隔水及降水難度較大；另外由于圍護外側水土壓力受海水潮汐影響呈周期性變化，需要在填海區圍護工程設計與施工時加以考量，確保基坑安全，最終總結形成類似圍填海區域大型深基坑隔水降水設計施工關鍵技術，以期提供借鑒。

1 背景工程概況

1.1 工程概況

背景工程位于上海市浦東新區洋山保稅區內，建設內容為:1號冷庫、2號冷庫、3號冷庫、4號倉庫、辦公樓、1號門衛、2號門衛及連通平臺等建筑單體，場地道路，地下管線等，設置1層地下室。基坑規模：本基坑總面積約為22 000 m2，劃分為兩部分，1號～3號冷庫區域為A坑，面積為18 016 m2，總延長米為664 m，開挖深度4.25 m；4號倉庫及綜合樓區域為B坑，面積4 437 m2，總延長米279 m，開挖深度4.5 m，5.25 m。

1.2 環境概況

本工程位于上海市浦東新區洋山保稅區內，北臨海旺路，東接洋浩路，南臨揚帆路，西靠匯港路，工程往南500 m即為海岸線。

1.3 地質概況

本工程開挖范圍主要位于砂質粉土層，基地內土層分布如表1所示。

表1 土層物理性質參數

本工程淺層地下水屬潛水，平均水位埋深一般為0.32 m～0.84 m。綜合地下水類型埋藏特征，基坑圍護設計時，按不利原則考慮，場地內地下水位埋深取自然地坪以下0.5 m。另第⑦層分布有承壓含水層，埋深較深，基坑最大開挖深度為5.25 m，故不涉及第⑦層承壓水。

1.4 不良地質條件

基坑開挖范圍內的土層有①層圍海填土，②3層砂質粉粉土。第①層圍海填土，結構松散，成分復雜，開挖時易產生塌落等現象；第②3層土為飽和粉性土，滲透性相對較強，場地地下水較淺，造成流變和坍塌等不良地質條件。

2 基坑設計與施工

2.1 圍填海區域大型深基坑隔水降水的設計要點

圍護結構針對性設計：本基坑總面積約為22 000 m2，劃分為兩部分，普遍開挖深度最深為5.25 m，屬超大面積基坑。基坑周邊場地條件寬松，環境保護要求較低。因基坑南側500 m距離即為海岸線，為減少基坑受海水潮汐影響的時間、控制基坑開挖時因潮汐影響而產生的變形，需對該基坑圍護結構進行針對性設計。圍護結構設計時主要考慮以下因素：

1)采用重力式擋墻的圍護形式。

由于基坑普遍開挖深度最深為5.25 m，且周邊環境條件寬松，保護要求低，為減少基坑受海水潮汐影響的時間，圍護結構采用重力式擋墻的圍護形式，重力式擋墻的圍護形式已經積累了豐富的設計經驗及施工經驗，利用其自重擋土，可不采用支撐體系，對于挖土施工較為便利，提高施工速度，減少基坑暴露時間。

2)重力式擋墻前肢加長隔斷透水層。

為減少潮汐作用影響，采取重力式擋墻前肢加長至不透水層以下1 m，以起到隔水的效果，同時兼顧經濟性，縮短施工工期(如圖1所示)。

3)采用深淺結合的方式進行坑內疏干降水。

基坑淺層水位采用輕型井點進行坑內疏干降水，降水深度控制在普遍深坑底以下0.5 m～1.0 m。本工程輕型井點在基坑內采用環圈井點與單排線裝井點相結合的布置形式，基坑內部間隔約15 m均勻布置，井點水平距離1.5 m，此方案作為基坑大面積快速降水使用。

重力式自流井在基坑內布置21口，布置間隔普遍30 m～50 m，深坑區域需重點布置。如圖2所示設置降水管井的目的在于人工降低給定范圍內的地下水位，以便基坑后期施工能夠在疏干和安全的條件下進行，由于基坑相鄰海岸線，考慮水位會受潮汐水位影響，故采取此方案對深層水位進行降水，保障基坑后期施工安全。

2.2 圍填海區域大型深基坑隔水降水的施工要點

1)圍護施工。

在基坑開挖范圍內的土層有①層圍海填土，②3層砂質粉土。第①層圍海填土，結構松散，成分復雜，開挖時易產生塌落等現象；第②3層土為飽和粉性土，滲透性相對較強，場地地下水較淺，造成流變和坍塌等不良地質條件。故在基坑圍護時應加強和采用適當的施工程序。

雙軸水泥土攪拌樁應連續搭接施工，相鄰樁施工間歇時間不得超過16 h。施工必須堅持兩噴三攪的操作順序，且噴漿攪拌時鉆頭提升(下沉)速度不宜大于0.5 m/min，鉆頭每轉一圈提升(或下沉)量以10 mm～15 mm為宜，最后一次提升攪拌宜采用慢速提升。攪拌樁垂直度偏差不得大于1%，樁位偏差不得大于50 mm，樁徑偏差不得大于4%。水泥土攪拌樁須達到28 d齡期且達到設計強度，基坑方可進行開挖。

本工程采用重力式擋墻的圍護形式，采用雙軸攪拌樁施工，因存在較厚的粉、砂性土，建議采用大功率的雙軸攪拌樁設備，確保成樁深度及質量達到設計要求。

施工前在現場進行試成樁，以確定攪拌樁的深度、噴漿量、噴漿速度、提升量、提升速度等參數，以保證樁體質量，隔水效果。

2)降水施工。

土方開挖前需進行基坑降水，基坑采用輕型井點結合重力式自流井(如圖3所示)進行坑內疏干降水，降水深度控制在普遍深坑底以下0.5 m～1.0 m。待圍護體施工完畢形成閉合體后，基坑內部采用輕型井點(如圖4所示)進行15 d的預降水，水位降至設計標高后，方可進行土方開挖。

重力式自流井在基坑開挖前4周必須開鑿完成。基坑開挖時，坑內的重力式自流井應全部開放，并有提前3周的預降水時間。

基坑內降水必須待形成封閉的止水帷幕后方可進行，降水過程中加強觀測，避免降水對周邊環境產生不良影響。抽水系統安置完畢后，進行試抽水，達到要求后方可轉入正常抽水。考慮基坑降水受潮汐影響較大，抽水須具有連續性，抽水時地下水將源源不斷流至管井，使重力式自流井濾網不致堵塞為原則，除遇特殊情況外，降水施工應24 h連續工作。

降水過程中，每天定時測量觀測井內水位并詳細記錄，以指導降水作業及挖土施工。

待基坑開挖到設計標高、澆筑墊層時，仍需保留部分井點進行不間斷抽水。待結構全部完工，停止抽水后，采用法蘭盤蓋板封井并采用比結構設計強度高一級的混凝土找平(如圖5所示)。

3)土方開挖。

基坑挖土應遵循分區、分層、對稱開挖的原則，墊層未封閉時間應控制在48 h之內，圍護墻無墊層暴露長度不宜大于30 m。

基坑內明排水溝及集水坑不得設置于基坑周邊，距離圍護體距離應至少保證大于1 m。開挖過程中發現圍護體接縫處滲水應及時進行封堵措施。

3 實施效果

基坑內部由于重力式擋墻前肢加長至不透水層，根據不同的開挖深度，分別采用輕型井點和重力式自流井，深淺結合進行坑內疏干降水，基坑內水位一直保持在開挖面以下不小于0.5 m。通過對基坑進行持續降水，故坑內極少發生積水的情況，整體降水效果非常理想，開挖面以上土體始終保持相對干燥狀態，開挖過程也比較順暢，順利推進了施工整體進度(如圖6所示)。

基坑土方開挖階段，通過分層分區的開挖原則，限制開挖暴露長度，及時澆筑墊層和底板結構，充分利用“時空效應”原理，圍護墻頂的位移得到有效的控制，周邊道路均未發生開裂、沉降等情況，確保了基坑施工的安全，減小了對周邊環境的影響，基坑位移變形情況均在設計要求范圍內。

4 結語

本工程通過采用重力式擋墻的圍護形式，對重力式擋墻進行前肢加長措施后，再配合采用重力式自流井與輕型井點相結合的降水方案，大大降低整個基坑開挖過程中的降水周期，提高了施工效率，降低了成本，并將潮汐對基坑產生的影響降到最小。實踐證明，采用此方案在基坑施工期間，未出現位移變形過大、降水報警等問題，根據降水監測報告顯示，水位均在安全開挖水位之下，始終處于可控受控狀態，從而使工程安全、質量得到保障。