臨江群坑環(huán)境中深基坑設計及關鍵施工技術探討

■ 劉海皓 LIU Haihao

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設迅速崛起，對中心城區(qū)土地空間利用的要求也不斷提高。然而，在臨近江河地帶，通常會面臨不利的水文地質(zhì)條件，給基坑施工增加難度并帶來隱患。如某些地處長江中部流域的工程，其中部分支流匯入長江的區(qū)域砂層厚度較厚，甚至可達到30 m 以上；且沿江地區(qū)地下水位會隨旱季或汛期的交替而發(fā)生巨大變化。因此，在江河交匯區(qū)域進行超大基坑工程項目建設時，需正視上述不利因素對工程安全性帶來的挑戰(zhàn)[1-2]。

本文以位于長江、漢江交匯處的武漢某超深基坑項目為例，針對“臨江”和“群坑”的環(huán)境及水文地質(zhì)兩大特點，著重闡述本項目深基坑設計和施工中的關鍵技術，分析主要應對措施和優(yōu)選的技術方案；并通過對基坑施工過程中的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)整理、分析，進一步佐證關鍵技術的可靠性與合理性，有助于該類基坑工程的安全、順利施工。

1 工程概況

1.1 地塊概況

武漢BFC 復星外灘中心項目位于武漢復地漢正街片區(qū)，其A3 商業(yè)區(qū)（圖1）地塊與C3 住宅區(qū)（圖2）地塊相鄰。兩地塊北側(cè)為B 地塊，擬建超高層住宅，中間道路為規(guī)劃道路漢水街；南側(cè)A1、A2 地塊擬建超高層辦公塔樓，中間為規(guī)劃道路板廠街；東側(cè)為寶慶街；西側(cè)為C2地塊超高層住宅，中間為規(guī)劃道路全新街（圖3）。

圖1 武漢BFC 復星外灘中心A3 商業(yè)區(qū)

圖2 武漢BFC 復星外灘中心C3 住宅區(qū)

圖3 工程平面示意圖

1.2 工程地質(zhì)條件

該項目A3 與C3 地塊地處漢江入長江口，其超深基坑為不規(guī)則長方形，南側(cè)鄰近漢江，東側(cè)鄰近長江，且位置靠近漢江左岸，屬漢江、長江沖積Ⅰ級階地地貌形態(tài)。地層以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、砂土為主，場地上層潛水位分布于天然地面下1.1～1.8 m。本工程場地地質(zhì)分布和工程特性詳見表1。

表1 地層分布和工程特性

2 工程設計與施工面臨的主要難題

A3 地塊和C3 地塊地下室整體相連，地下設4 層地下室。A3 地塊普挖坑底標高-23.30 m，基坑普挖深度23 m；C3 地塊普挖坑底標高-19.10 m，基坑普挖深度18.8 m，其中塔樓部分的坑中、坑底挖深達24.1～25.7 m。

2.1 支護結構設計選型

由于基坑開挖深度較大，且周邊場地緊張，結合本工程特殊地質(zhì)、水文情況和復雜的周邊環(huán)境，若采用放坡開挖，受場地限制，無法實現(xiàn)；而復合式土釘墻支護和水泥土墻支護等對地質(zhì)、安全環(huán)境要求高且基坑深度不宜過深，對本基坑情況亦不適用。深入分析工程地質(zhì)勘查報告，基坑開挖深度范圍內(nèi)有較厚黏土粉砂層，且地下水分布廣、水系發(fā)達，不適合采用錨拉式支擋結構；另外，雙排樁支護對于場地地質(zhì)條件較差且基坑變形控制要求高的基坑較為有利，但其支護成本要求較高，且本項目基坑處于群坑中間部位，除東側(cè)外均鄰近待建建筑物、基坑和既有建筑，因此也不適用于本基坑。

本工程基坑平面近似長方形，規(guī)則的形狀對于支撐的布設較為有利；另外，本項目處于城市中心城區(qū)，周邊建筑較為老舊，環(huán)境保護要求高，支擋式支護形式更有利于對基坑變形及周邊地面沉降的控制。綜上所述，選擇鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護形式更佳。本基坑典型剖面見圖4～7。

圖4 C3 北側(cè)剖面圖

圖5 C3 南側(cè)剖面圖

圖6 C3 西側(cè)剖面圖

圖7 A3 東側(cè)剖面圖

2.2 降水工程設計難點

2.2.1 地下水位埋深較淺

本項目所在場地臨近長江與漢江交匯處，地下水較豐富且周邊水系非常發(fā)達；該區(qū)域地層含有較多粉細砂及卵礫石，地層滲透性好，并多為承壓水層，且存在較為豐富的孔隙潛水。因此，受長江與漢江水的循環(huán)補給大，對施工中的降水方案選取和布置要求高。

2.2.2 基坑場地綜合地址條件較差

本項目基坑處于長江和漢江防洪堤300 m 距離的敏感影響范圍，且位于群坑之中，施工場地受限且周邊基坑工況復雜多樣，環(huán)境保護要求高。因此，對降水工程的作業(yè)難度高。

2.3 支護結構施工難點

支護結構為3 道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，在土方開挖過程中需要隨挖隨撐，交替施工；而且在內(nèi)支撐澆筑完后，需等待混凝土養(yǎng)護成型并達到一定強度后，才能開挖下一層土方，因而影響土方開挖工期的時間較長。

首層棧橋板面積較大，約為4 020 m2，故在施工首層棧橋板與3道內(nèi)支撐時，施工的工程量與難度也隨之增加（圖8a）。

內(nèi)支撐與棧橋板相互搭接，工作面存在重合，使得模板安裝搭設與鋼筋綁扎復雜程度大大增加。由于基坑深度較深、面積較大，在施工二、三層內(nèi)支撐時（圖8b），材料的垂直運輸距離增加，水平運輸范圍也相應增大。此外，由于工程所在地質(zhì)環(huán)境較差，在施工地下連續(xù)墻時，墻面平整度質(zhì)量不足，使得圍護結構的冠梁和圍檁施工難度增大，且地墻修整、豎筋剝離施工工程量大，施工較為困難。

圖8 內(nèi)支撐平面圖

2.4 挖土施工難點

在土方開挖施工時期，預計將經(jīng)歷一次長江的汛期與旱季。

在汛期時，地下水潛水位較高，承壓水水頭較高，故土方開挖過程中易出現(xiàn)圍護結構滲水，基坑底部發(fā)生突涌或管涌的險情。

當長江進入旱季后，潛水水位下降，承壓水水頭稍降，且場地周邊分布有已完工的超高層住宅，相鄰2 個超深基坑正在地下室施工階段，其周邊分布有較多地下管網(wǎng)，環(huán)境保護要求高。此時若降低坑內(nèi)承壓水，易造成基坑周圍大面積的不均勻沉降，危害極大。

3 關鍵技術方案及應對措施

3.1 支護結構施工方案

本工程中，A3 地塊基坑面積約1.1 萬m2，C3 地塊基坑面積約1.4萬m2。結合項目所處地理位置、周邊環(huán)境、基坑深度等多方面因素，本著安全可靠、經(jīng)濟合理、技術可行、施工高效的原則，采用順作法支護工藝作為基坑總體施工手段。

圍護結構設計中，根據(jù)場地地形條件、土層性質(zhì)及基坑周邊環(huán)境保護要求，對A3 地塊采用“落地式1.2 m 地下連續(xù)墻+3 道混凝土內(nèi)支撐”形式，對C3 地塊采用“落底式1 m 厚地下連續(xù)墻（兩墻合一）+3 道混凝土內(nèi)支撐”形式。A3 地塊中有兩處坑內(nèi)局部落深坑，坑底深25.5～26 m，可采用“放坡+拉森鋼板樁圍護+鋼管內(nèi)支撐”形式，以確保坑中坑的施工安全。

在施工前，應做好充分的策劃和組織，提前布設超大力臂塔吊，以確保材料的水平運輸和垂直運輸?shù)母咝裕粌?yōu)化混凝土泵點布置，提高支撐混凝土澆筑效率；合理劃分施工區(qū)域，科學組織各階段施工流水，盡可能高效、有序地完成施工作業(yè)，以保證基坑的安全可靠。

在支護結構施工過程中，對地墻的平整度、破損處即時進行剔平、修整，以便后續(xù)施工的有效銜接。現(xiàn)場施工組織平面布置如圖9 所示。

圖9 施工組織平面布置

3.2 降水井設置

3.2.1 疏干井

土層中第③-1 層粉土粉砂互層為弱透水層，滲透性差且滲透系數(shù)各向異性，故增設40 口疏干井，井深25 m，用于疏干坑內(nèi)的潛水。基坑開挖期間，坑內(nèi)疏干井水位控制在基坑開挖面以下1 m，并保證24 h 連續(xù)運行。通過每天采集基坑內(nèi)抽水井、坑外觀測井的水位變化數(shù)據(jù)，判斷抽水井的開啟數(shù)量及每日抽水量。

3.2.2 減壓井

減壓井通過三位滲流模型計算可知：①C3 區(qū)基坑坑內(nèi)共布置井深36 m 的降水深井15 口、42 m 的降水深井8 口；②A3 區(qū)基坑坑內(nèi)共布置井深36 m 的降水深井17 口。為提高降水效率，采取減壓混合井、疏干淺井相配合。其中，混合井既能將承壓水降至交互層以下，也能疏干交互層；淺井則專門疏干交互層，以增強降水效果。

3.2.3 降水井的保護措施

在土方開挖過程中，管井常常會因為施工機械的操作失誤而發(fā)生破壞，使降水管井發(fā)生堵井現(xiàn)象，從而導致管井失去使用功能。因此，需要制定降水井的保護措施。

（1）在井管焊接處設置附加鋼套管包箍，同時增設補強鋼筋，以有效增強降水管井整體強度和剛度，從而減少在挖土過程中因土側(cè)壓力或其他施工外力的擠壓或碰撞而導致的管井意外損壞或折斷。

（2）在降水井管口位置設置紅白相間的發(fā)光警示帶，重點與土方施工人員做好交底工作，并安排專人進行巡查，以減少施工中對井管的破壞，保證管井的正常使用和運行。

（3）對降水井與坑內(nèi)支撐或立柱進行有效固定，防止降水井懸臂端過高而發(fā)生折斷。在降水井端口設置降水操作平臺，便于在挖土施工時觀察降水井是否正常運行工作，并監(jiān)測井內(nèi)水位變化。

3.3 挖土施工方案

土方開挖應嚴格遵循“時空效應”理論，按照“分層、分塊、對稱、平衡、限時”的原則開挖，嚴禁超挖。在達到設計標高后，及時完成混凝土內(nèi)支撐，以減少無支撐暴露時間。

整體開挖施工流程將分為7 個階段施工，分別為：①降水井施工，穿插塔吊基礎高樁承臺施工及塔吊安裝；②C3、A3 第一層土方開挖及第一道支撐施工；③C3、A3 第二層土方開挖及第二道支撐施工；④ 兩地塊整體開挖至C3 第三道支撐；⑤A3第三道支撐開挖施工；⑥C3、A3 開挖至普遍基底；⑦C3 塔樓深坑開挖，A3 開挖至基底。其中，開挖順序為：1 區(qū)→2 區(qū)→3 區(qū)→7 區(qū)、8區(qū)→4 區(qū)→5 區(qū)→6 區(qū)→9 區(qū)、10區(qū)（圖10）。

圖10 挖土分區(qū)平面圖

3.4 動態(tài)監(jiān)測及應對措施

為應對長江汛期、雨情變化的特點，本工程制定了一系列的監(jiān)測與應對措施。

3.4.1 基坑支護變形

在長江汛期時，安排相關監(jiān)測人員駐場，按照2 次/d 監(jiān)測頻率進行監(jiān)測。當出現(xiàn)以下情況時，應當加密監(jiān)測頻率：①當監(jiān)測到支撐結構體系中出現(xiàn)明顯裂縫時，應測出裂縫寬度和支撐軸力，加強與設計單位溝通，協(xié)調(diào)各方進行方案確認，及時采取相應措施；②若圍護墻側(cè)向變形過大，應立即移除坑邊堆載，禁止該側(cè)施工車輛通過，以減少動荷載，同時密切監(jiān)測坑內(nèi)坑外地下水位情況。

3.4.2 地下水位變化

在汛期中，應加強水位監(jiān)測，密切關注并掌握漢口站水位的變化信息。若漢口站水位預報將超過設防水位，應迅速響應預案機制，并采取以下措施。

（1）立即提高監(jiān)測頻率，特別是加強對之前高水位期間經(jīng)過處置的薄弱部位的觀測，實時觀測場區(qū)所有監(jiān)測項目的變化情況并進行分析。

（2）密切關注基坑內(nèi)地下水位和基坑外觀測井中的地下水位情況，及時跟進降水井的運行工作情況和坑內(nèi)外水位連通關系。

（3）若場區(qū)發(fā)生小范圍險情，可先按前述常規(guī)處理手段進行處理。如果處理效果不佳，或場區(qū)發(fā)生大范圍難以控制的險情，則應啟動土方回填方案。

3.4.3 圍護結構滲漏

通常情況下，地下連續(xù)墻的滲漏點主要集中在幅段接縫或槽段接頭處。在施工過程中，由于接縫位置處理不當或者接頭位置混凝土澆筑不密實，均會形成地墻滲漏水通道。本工程中，主要有以下幾種滲漏水應對情形。

（1）對于地下連續(xù)墻接縫處發(fā)現(xiàn)有濕漬、輕微滲流的部位，采用“打針”治理，注聚氨酯進行封堵；或者對滲漏水部位剔鑿并清理干凈，涂刷堵漏王進行封堵。

（2）對于有較明顯的滲流水跡，首先應查明具體滲漏部位，并明確滲漏尺寸及出水情況，并做好標記。在滲漏處剔鑿出大小合適的凹槽，并清理掉表面浮漿、雜質(zhì)后，立即采用快硬性水泥抹面；同時，在鑿出的坑槽位置安放出水導管，并將導管周邊封閉密實。待導管內(nèi)出水量明顯較少后，采用遇水膨脹聚氨酯材料，將導管逐個封閉。

（3）對于嚴重漏水或噴涌的情況，應立即確認具體滲漏位置，采用“坑外注漿，坑內(nèi)引流”的方法綜合治理。在開挖過程中，若發(fā)現(xiàn)有明顯的孔洞和流水現(xiàn)象，應立即停止開挖，啟動應急預案。在坑內(nèi)可采用沙袋或堆土反壓的方式將漏水部位封堵，并設置引流通道，將流水引至集水坑及時抽排，防止坑內(nèi)大面積泡水影響地基承載力；同時，立即在坑外相應位置進行注漿堵漏，以防水土流失嚴重，造成地面沉降。待注漿封堵涌水現(xiàn)象得到有效控制或只有少量滲水時，即可從上到下逐層移走沙包或?qū)B漏部位土方進行試開挖；無異常后，對滲漏部位用堵漏王封堵并采用鋼板封閉，且鋼板與地墻空隙處用灌漿料進行填實。

3.5 應急搶險預案與制度

（1）日常應堅持例行值班制度，加強對基坑圍護結構的巡查記錄工作及基坑日常監(jiān)測。若發(fā)現(xiàn)異常應及時匯報，根據(jù)實際情況采取相應處理措施。

（2）貫徹防汛搶險應急演練制度，加強演練水準，險情發(fā)生時做到臨危不亂、處理得當。基坑施工階段應每半年至少進行一次實況搶險應急演練。

（3）建立完善的通訊聯(lián)絡網(wǎng)，險情發(fā)生后盡快與相關部門和單位聯(lián)系。當發(fā)現(xiàn)險情時，立即向應急救援指揮部匯報，啟動應急搶險預案，小組成員和搶險隊伍立即到崗，應急設備和物資到位，開展應急搶險工作并及時反饋現(xiàn)場信息，加強各方的協(xié)調(diào)與溝通。

4 總結

本工程深基坑兩側(cè)同時鄰近長江和漢江，其群坑環(huán)境復雜、開挖深度大、地下水位較高、地質(zhì)條件差等特點給施工帶來諸多難題。本文通過對項目重點、難點的分析，以及對主要解決方案的制定及應用，全面總結出該臨江復雜群坑下深基坑安全施工過程中的主要關鍵技術。

（1）結合周邊水文地質(zhì)條件和建筑物情況，考慮長江及漢江汛期影響，采用三軸高壓旋噴樁加固和地下連續(xù)墻圍護相結合的圍護體系，并增加加固深度，降低群坑之間的相互影響，以保證本基坑開挖過程中土體的穩(wěn)定性，確保在汛期來臨之前完成基坑開挖和結構底板封閉，從而確保基坑安全、順利地度過長江汛期。

（2）依托可靠的支護體系，因勢利導，根據(jù)基坑特點合理布設疏水井與減壓井，分區(qū)、分塊科學組織基坑開挖，有助于本基坑工程的順利實施。

（3）結合長江汛期、旱季的交替特點，制定動態(tài)監(jiān)測體系和滲漏發(fā)生時的搶險應對措施，是土方開挖和底板澆筑封閉成功的關鍵。

通過對該超深基坑項目主要風險源的分析及關鍵技術措施、施工工藝的梳理，為本項目超深基坑施工提供了安全保障，在同類超深基坑施工中也有較強的技術指導和借鑒作用。