上海軌道交通機場聯(lián)絡(luò)線軟土、富水超深基坑施工技術(shù)

黃曉波HUANG Xiao-bo

（中交隧道工程局有限公司，北京 100088）

0 引言

超深基坑開挖較易引發(fā)基坑土體、基坑圍護結(jié)構(gòu)變形，進而導致臨近建筑物的沉降。隨著基坑開挖深度的增加，地下水系會變得更加豐富，可能會出現(xiàn)圍護結(jié)構(gòu)滲漏水、管涌、流砂、基坑底突涌等現(xiàn)象，進而可能產(chǎn)生基坑失穩(wěn)、坍塌、臨近地表沉降、塌陷、建構(gòu)筑物開裂、破壞等工程病害。飽和粉土、粉砂容易形成流土、流沙，使得施工難度增加，基坑開挖時臨時邊坡容易失穩(wěn)，致使施工過程的不安全因素增多，進而引發(fā)安全事故。如果在軟土、富水超深基坑開挖的施工過程中，選擇合適的基坑開挖及支護的方法，并針對施工過程中的重難點問題，提出具體質(zhì)量控制及安全管理措施，既能夠提高施工效率，也可以合理的控制施工風險，確保基坑自身以及其周邊環(huán)境安全。旨在預防與治理軟土、富水超深基坑病害方面具有一定的研究價值及指導意義。

1 工程概況

1.1 5、6#風井位置及周邊情況

5#風井、6#風井位置位于上海市西側(cè)，起終里程分別為：DK34+473.151 至DK34+503.751，DK40+250.874 至DK40+281.474。兩風井建筑場地以綠化為主。其中5#風井周邊局部少量建筑。由于6#風井場地在沔青一號河道上，故施工開始前，應該對沔青一號河進行導流施工，進行河道清淤回填處理，以保證施工基礎(chǔ)穩(wěn)定。

1.2 水文地質(zhì)概況

按照工程所處位置以及上海地貌單元分區(qū)圖，5#風井、6# 風井線路歸類于濱海平原地貌類型，該地區(qū)地勢比較平坦。5#風井、6#風井基坑場地周圍水文地質(zhì)情況如下所述。

1.2.1 地質(zhì)情況

由上而下，5#風井、6#風井基坑場地開挖范圍的土層依次為：①1填土、②1黏土、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤31粉質(zhì)黏土夾粉砂、⑤32粉質(zhì)黏土與粉砂互層、⑤33粉砂夾粉質(zhì)黏土、⑤41粉質(zhì)黏土、⑦1灰黃～灰綠色粉質(zhì)黏土夾粉砂、⑦2粉砂，均屬于軟弱地層。5#風井、6#風井基坑場地開挖范圍地質(zhì)情況如圖1 所示。

圖1 5# 風井、6# 風井地質(zhì)情況

1.2.2 水文情況

依據(jù)勘測結(jié)果與上海地區(qū)施工經(jīng)驗，5#風井及6#風井基坑場地開挖范圍地下水分為淺部土層中的潛水以及中層的承壓水。

潛水位于淺部土層中，埋深一般為地表下0.3 至1.5m，因降雨、潮訊、地表水的變化而有所不同，年平均水位埋深為0.5 至0.7m，地下水位埋深相對較淺。承壓水水位一般低于潛水位，年呈周期性變化，埋深3.0 至12.0m。依據(jù)初步水位觀測成果，⑤1-1微承壓水水位埋深為3.88m，相應標高為1.10m，⑤32+⑦2層承壓水水位埋深為5.30m，相應標高為-2.03m，⑦2層承壓水水位埋深5.60m，相應標高為-0.75m。承壓水水頭較高，埋深較淺。

1.3 5#風井及6#風井結(jié)構(gòu)形式及施工方法

本工程明挖工程基坑為超深基坑，采用超深地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護方式。

5#風井、6#風井施工均采用明挖順作法施工，因為施工工作面較小，采用整體進行基坑開挖的形式，并且按照順序?qū)χ黧w結(jié)構(gòu)進行施工。

2 施工重、難點分析

2.1 軟土、富水地層地下連續(xù)墻施工重、難點分析

地區(qū)承壓水水頭較高，地下水埋深較淺，屬于富水地區(qū)。該地質(zhì)情況會影響地下連續(xù)墻的成槽質(zhì)量，槽壁穩(wěn)定性差，易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，致使成槽困難，進而引發(fā)地面坍塌、沉陷等安全事故，在施工過程增添了極大的難度，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。

鑒于施工安全整體考量，5# 風井、6# 風井圍護結(jié)構(gòu)均采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)形式，地下連續(xù)墻深度均為66m，屬于超長地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，且成槽厚度較大。根據(jù)工程的施工環(huán)境及水文地質(zhì)情況，5# 風井及6# 風井基坑場地范圍地下連續(xù)墻施工范圍土層主要為：①1填土、②1黏土、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤31粉質(zhì)黏土夾粉砂、⑤32粉質(zhì)黏土與粉砂互層、⑤33粉砂夾粉質(zhì)黏土、⑤41粉質(zhì)黏土、⑦1灰黃～灰綠色粉質(zhì)黏土夾粉砂，均為軟土地層，且最深到達隔斷⑦1層粉砂層，成槽范圍內(nèi)粉砂等不良土質(zhì)較多。

本工程5# 風井及6# 風井地下連續(xù)墻厚均為1200mm，地下連續(xù)墻6m 劃分幅，鋼筋籠長度均為66m，豎向布設(shè)主筋眾多，整體幅段鋼筋籠的總重量達115 噸，連接困難，故本工程不宜采用分段吊裝。鋼筋籠長度較長，鋼筋籠過重，導致吊裝鋼筋籠施工難度增大。

2.2 超深基坑開挖和支撐施工重、難點分析

超深基坑開挖容易引起基坑土體以及基坑圍護結(jié)構(gòu)變形，引發(fā)周邊臨近建筑物的沉降。隨著基坑開挖深度的增加，地下水系更加豐富，隨時會有圍護結(jié)構(gòu)滲漏水、管涌、流砂、基坑底突涌等工程病害發(fā)生，進一步可引發(fā)基坑失穩(wěn)、坍塌、周邊地表沉降、塌陷、建構(gòu)筑物開裂、破壞等施工風險。如何保證超深基坑開挖穩(wěn)定是本工程的一個重、難點。

5# 風井及6# 風井基坑開挖尺寸均為33×42.4m，5#風井開挖深度為35.05m，6#風井開挖深度為35.05m，結(jié)構(gòu)埋深大，基坑開挖較深，地質(zhì)為軟土富水，地下水埋深較淺。超深基坑開挖使得基坑土體穩(wěn)定性較差，承載力不足，易引起土體滑移，分層放坡開挖較為困難，導致基坑圍護結(jié)構(gòu)變形，造成周邊臨近建筑物的沉降。隨著基坑開挖深度增加，地下水系愈加豐富，基坑突涌和基坑滲、漏水直接影響基坑開挖安全及結(jié)構(gòu)施工。基坑安全等級為一級。因此確保超深基坑開挖穩(wěn)定是本工程安全工作的一個重點。

3 軟土、富水地層地下連續(xù)墻施工質(zhì)量控制

針對不良地質(zhì)狀況，在地下連續(xù)墻施工過程中，要嚴格控制泥漿質(zhì)量以及成槽施工工藝流程，最大程度的減少地下連續(xù)墻成槽施工時槽壁坍塌的現(xiàn)象發(fā)生。在地下連續(xù)墻鋼筋籠制作、吊裝和水下混凝土澆筑過程中要進行嚴格的質(zhì)量控制，以保證地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量。

3.1 槽壁加固措施

如圖2 所示，本工程在地下連續(xù)墻內(nèi)、外兩側(cè)均采用Φ850 三軸攪拌樁槽壁加固，基坑內(nèi)搭接200mm，基坑外搭接600mm，加固到整平地面以下的20m 范圍，確保地墻成槽質(zhì)量以及基坑穩(wěn)定性，加大對三軸攪拌樁無側(cè)限抗壓強度0.8MPa 的監(jiān)控，保證槽壁加固水泥摻量≥20%，空樁水泥摻入量≥8%，水泥等級采用≥42.5 普通硅酸鹽水泥。

圖2 地下連續(xù)墻槽壁加固構(gòu)造圖

3.2 泥漿質(zhì)量控制措施

在地下連續(xù)墻施工過程中，泥漿性能的好壞能夠影響到地下連續(xù)墻成槽施工時槽壁的穩(wěn)定性，是一個很重要的因素。根據(jù)本工程的地質(zhì)情況及類似地下連續(xù)墻施工經(jīng)驗，依據(jù)粉砂層的特點，增加泥漿漿面高度，合理優(yōu)化泥漿配合比，穩(wěn)固槽壁。本工程用膨潤土制備泥漿，選用工業(yè)碳酸鈉作為分散劑，并添加了一定量的CMC，以保證泥漿性能指標能夠滿足規(guī)范要求。施工過程中，要致使槽內(nèi)充滿泥漿，對泥漿質(zhì)量要定期進行檢驗，依據(jù)試驗過程實際情況，對泥漿指標進行相應調(diào)整，加大廢漿回收量以及新漿補充量，控制泥漿指標在標準范圍內(nèi)。若長時間使用后，泥漿粘度指標減小，可摻加一定量的新漿進行調(diào)整；若粘度指標增加，可添加一定量的分散劑，但是若經(jīng)處理后，指標仍達不到標準，要廢棄。

3.3 鋼筋籠制作、吊裝質(zhì)量控制

在鋼筋籠制作過程中，應該提高鋼筋施工平臺平整度，嚴格依據(jù)設(shè)計圖紙文件要求進行鋼筋籠制作與加工，并且主筋焊接成閉合鋼筋骨架結(jié)構(gòu)。對各施工工藝環(huán)節(jié)的偏差進行嚴格控制，鋼筋的搭接、焊接、錨固長度和彎鉤等要符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）（2015 版）相關(guān)規(guī)范，確保所有施工誤差在允許范圍內(nèi)。嚴格檢查各焊接工藝人員資質(zhì)，并對焊接件進行工藝性試驗，滿足要求才能夠持證上崗。認真檢驗制作后的鋼筋籠，確保鋼筋籠成型質(zhì)量，當符合質(zhì)量標準要求后，才可以起吊入槽。為了使得運輸途中十字鋼板不發(fā)生扭曲，可增設(shè)加肋鋼板，并且在工地現(xiàn)場安裝前拆除。在吊裝前，對鋼筋籠需要進行安全論證。必須依照圖紙要求進行布設(shè)鋼筋籠的橫、縱桁架筋等構(gòu)造鋼筋，并依據(jù)施工吊裝方案的吊點設(shè)置等進一步驗算是否滿足承載力及穩(wěn)定性要求，依據(jù)驗算結(jié)果，增強配置。因為采用的是整體吊裝形式，使用2 臺吊車抬吊，并且用橫吊梁，同主、副鉤起吊。為確保鋼筋籠吊裝安全平穩(wěn)安放置地下連續(xù)墻溝槽內(nèi)，配備400T 吊車作為主吊，260T 吊車作為副吊，采取橫向二點縱向七點吊的吊點布置方式，分別對主、副吊點處吊點處進行鋼板節(jié)點加強、圓鋼節(jié)點加強處理。

3.4 RJP 地下連續(xù)墻縫止水措施

為避免基坑中地下連續(xù)墻滲、漏水對基坑開挖安全及結(jié)構(gòu)施工的影響，本工程5#風井及6#風井地下連續(xù)墻接縫處均采用定角度（150°）直徑2400mm 改良型RJP 高壓噴射法進行墻縫止水措施。RJP 墻縫止水加固至地下連續(xù)墻墻底，上部穿越三軸攪拌樁，豎向與三軸攪拌樁應有不小于1m 的搭接，RJP 水泥摻入量初擬值≥40%，水泥等級≥42.5 普通硅酸鹽水泥，其中28 天無側(cè)限抗壓強度不小于1.2MPa。

4 超深基坑開挖施工安全控制

4.1 基坑降水措施

降水質(zhì)量是確保證深基坑開挖以及基坑穩(wěn)定性的關(guān)鍵措施之一。由于5#風井及6#風井超深基坑開挖范圍內(nèi)地下水位埋深較淺，為確保基坑底板的穩(wěn)定性，采取在基坑設(shè)置降水井的方式進行降水處理。為保證超深基坑地下水位的有效降低，5#風井、6#風井超深基坑降水井點位設(shè)置如圖3。

圖3 風井及6# 風井超深基坑降水井點位設(shè)置圖

①基坑開挖前15～20 天，應采用坑內(nèi)井點對坑底進行降水、疏干，以達到加固坑內(nèi)土體的目的，降水深度可依據(jù)每層支撐開挖面深度而定，但是對于開挖到結(jié)構(gòu)底板時，需要降至坑底以下2m。

②為避免地表水流入基坑，應該沿著基坑周圍設(shè)有截水溝。縱向放坡開挖時，應在坡頂外設(shè)置截水溝、擋土墻，避免地表水沖刷邊坡。

③基坑開挖后，應及時設(shè)置坑內(nèi)排水井、集水井，避免基坑內(nèi)部積水。采用排水溝及時排水，確保基坑安全。

4.2 基坑防突涌措施

①施工前，應該加強地質(zhì)勘測，準確測得基坑含承壓水地層分布及承壓水水頭。

②施工前制定詳細的降水方案，并嚴格按照施工方案進行降水施工。

③嚴格按照設(shè)計方案對基底進行加固處理。

④基坑開挖過程中對圍護結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測。

⑤土方開挖過程中，嚴密監(jiān)視降水情況，坑內(nèi)水位必須滿足設(shè)計要求。

⑥依據(jù)施工編制方案，及時布設(shè)鋼支撐，并及時監(jiān)測支撐應力變化情況，如有異常時，應停止土方開挖，查明原因，并進行有效處理。

⑦按照施工段，開挖見底后應該及時進行墊層、底板的施工，減少基坑暴露時間。

⑧若出現(xiàn)險情，應該及時處理，必要時需要向坑內(nèi)回填砂土或回灌水。

4.3 地基加固措施

由于本工程位于有不良地質(zhì)區(qū)域，要保證超深基坑開挖過程中基坑土體的穩(wěn)定性，避免土體承載力不足，引發(fā)土體滑移等安全問題，在5#、6#風井深基坑開挖之前，采用三軸攪拌樁坑內(nèi)“抽條”加固形式對基坑施工場地進行加固處理。地基加固措施如圖4 所示。

圖4 5#、6# 風井地基加固措施平面圖

5 結(jié)語

本文依據(jù)上海軌道交通市域線機場聯(lián)絡(luò)線標段中軟土、富水超深基坑地質(zhì)水文狀況，在連續(xù)墻、超深基坑開挖和支護方面分析了其施工重、難點問題。分別在槽壁加固、泥漿質(zhì)量控制、鋼筋籠制作、吊裝、RJP 地下連續(xù)墻縫止水方面提出了具體質(zhì)量控制措施；在基坑降水、基坑防突涌方面提出了施工安全控制措施。研究結(jié)果表明上海軌道交通市域線機場聯(lián)絡(luò)線標段軟土、富水超深基坑施工技術(shù)保證了其工程的施工質(zhì)量，規(guī)避了施工風險，研究內(nèi)容在預防與治理軟土、富水超深基坑病害方面具有一定的研究價值及指導意義。