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1、超深基坑施工技术 张 峰 陈 伟 朱继文上海市第二市政工程有限公司隧道施工分公司 封底及环境的保护等各个方面的工艺 施工难度和风险极大 有很多失 败的先例 特别是在承压水的作用下 实施干封底的例子还是比较鲜见 本文从复兴东路220KV电缆砼顶管越江隧道工程工作井基坑施工中克 服离黄浦江近 受承压水作用 周围环境复杂等困难 成功进行了基坑 制作并实施干封底的实例 来分析说明超深基坑的施工工艺 99 年元月承建了复兴东路220KV电缆砼顶管 越江隧道工程 本工程工作井在浦东 接收井在浦西 顶管为 2600 钢筋混凝土管 长度为530 米 其工作井为圆形 外径为18 574米 有效内径为 16 米
2、采用钢筋混凝土地下墙作围护结构 墙厚0 8 米 连续墙入土深度44 30米 基坑开挖深度为32 45米 钢筋混凝土底 板厚 2 米 内衬采用逆作法施工 这样的工程在上海市来说应当属于难 度较大的深基坑施工工程 其难度有以下几点 44 米 按地质资料土表下18 米内有 流沙层 且要穿越坚硬的第 层暗绿色粘土层以及第 层草黄色粉砂层 即上海市第一承压含水层 32 米 要挖穿第 层暗绿色粘土层 2 米厚 钢筋混凝土底板坐落在 层承压含水层中 承压水水头标高可达 4 46 米 压力约为273KN M2 工作井位于上海港务局东昌装卸公司的场区内 距 黄浦江防汛墙约50 米 场区附近有上海油脂一厂的厂房和
3、若干油罐 及长江航运公司供应站的建筑物 工作井与相邻的煤气过江管工作井的 中心距约为 41m 与煤气仪表房距离不到2 米 地质勘察报告 1997年 2 月 编号土层名称层底标高层厚渗透系数标准贯入度地基土强 度 米 米 10 5cm s 击 KPa 1a杂填土1 113 8 1粉质粘土0 61 0 5 2粉质粘土 0 09 0 7 0 09 3粉质粘土 2 69 2 6 2 380 淤质粉粘土 5 192 5 0 080 5 65 淤泥质粘土 13 1980 860 1a灰色粘土 17 89 4 7 相对隔水层2 470 1b粉质粘土 20 89 32 780 褐绿粉粘土 24 894相对隔水
4、层16 3 160 1b草黄粉砂 承压含水层35 4 200 1b 层为承压含水层 水位埋深9 12米 相当于标高 4 46米 24 边形 设计要求三抓一幅 每一幅接头 采用常规的钢锁口管接头 地下连续墙深达44 米 墙根深入 1B 粉 砂层 即上海市第一承压含水层 这样 单幅成槽时间较长 易产生 坍孔现象 且根据地质勘察报告提供的资料 本工程地坪下约4 5 米 范围内有块石 砼地坪等杂物 土表下18 米内易产生流砂 由于工作 井内衬无支撑 且是逆作法 仅靠地下连续墙作围护 因此 做好地下 连续墙是先决条件 在施工前我们采取了以下措施来确保连续墙的质 量 4 5 米范围内有 块石 砼地坪等杂物
5、 且是杂填土 在杂填土中施工时 土体承载力差 又无法垂直自立 还会产生坍塌现象 势必影响导墙施工质量 且造成 施工场地环境恶劣 在地下连续墙成槽时 由于槽段内有杂物 会跟随 着成槽机带下去 引起土体位移造成槽壁坍方 影响地下连续墙的质量 为此我们进行换土 3 4 米层的黏土 清除杂物 分层夯实 在导墙施工时能垂直自立 充当外模 防止其成为泥浆的泄 露通道 在井位外另排一道排水沟 考虑到注浆对槽壁质量的必要 性 经设计 监理 业主认可后进行实施 18 米内有流砂 墙体深度44 米 须穿越坚硬的第 层暗 绿色粘土层以及第 层草黄色粉砂层 即上海市第一承压含水层 为 上海市政行业地下连续墙施工所罕见
6、 50 米 场区附近有上海油脂一厂的厂房和若干 油罐 及长江航运公司供应站的建筑物 工作井与相邻的煤气过江管 工作井的中心距约为41m 与煤气仪表房距离不到2 米 他们对沉降 要求都较高 60 吨重的 成槽机在成槽时停靠在槽边 50 吨 100 吨吊车在起吊钢筋笼 预制 接头时也须在槽边行走 土体只须 4 5 小时 挖第 层暗绿色粘土层须15 小时以上 挖第 层草黄色粉砂层 即上海市第一承压含水层 用时也在 15 小时以上 这样 就是正常挖土也须35 小时 虽有泥浆护壁 也极易产生槽壁坍 塌现象 影响地下连续墙质量 也破坏周边环境 不破坏周边环境 特对地下连续 墙两侧进行双排注浆来加固土体 内
7、排为双液注浆 外排为单液注浆 深度 18 米 孔间距1 米 总孔数223 孔 加固土体4032立方 地 表下回填土范围内 施工时适当增加注浆量 130 40 200 20 152 200 40 4 60 35 比重 1 3 1 5 初凝时间2 3min 凝固强 度 3 4Mpa 2h 0 2 0 5Mpa 初始时略高 10 15 升 0 8Mpa 预制接头的钢筋保 护层为 2 5cm 而地下连续墙钢筋保护层为9cm 预制接头的高度大 于地下连续墙的高度 预制接头主筋同地下连续墙相同 并按预制构件 要求增加相应的构造钢筋 这样同截面含筋量增加 预制接头强度比水下浇灌砼地下连续墙高 其受力就更具有
8、优势 H 形 桩槽与地下连续墙咬合 桩连接采用钢板 连接 接头端面间加橡胶止水条来保证防水 拼装后一次就位 对垂直度是有保证 的 而钢锁口管与地下连续墙是点 接触 在施工中预制接头与槽壁间是无空隙的 这对防绕流更有好处 拔管时间较难掌握 钢锁口管拔不出或拔断 将直接影响地下连续墙的 质量 采用预制接头 就省去了该道工序 同时也克服了上述不足 回填土夹石 用冲杆捣实 确保预制接头在浇灌水下砼时不移位 44 米 底下有承压水 泥浆比重达到1 3 决定 选用意大利进口的BN 2 型成槽机 自重60 吨 配备 17 吨重抓斗 宽度为 0 8米 张开尺寸2 5 米 若在第 层暗绿色粘土层 第 层 草黄色
9、粉砂层 即上海市第一承压含水层 施工中遇到难度时 采用 GPS 5 型钻机 先引孔再成槽 即两钻一抓法 确保成槽顺利实施 使连续墙施工总体上得以顺利进 行 但在具体施工时还是或多或少遇到了一些问题 下面我们就一些主 要问题进行详细介绍和分析以及采取的对策 施工机械损坏 备的损坏 且地下土质较硬 由其是第 层暗绿色硬土 第 层含有丰 富承压水的铁板砂层 故在第一幅 第二幅施工中 时间较短 而在 DQ1 第三幅成槽至35 米时出现成槽机坏 抓土斗齿断裂等情况无法施 工时 马上加重泥浆的比重来进行护壁 同时电召意大利专家赶过来检 修 另一方面组织机械工程师抓紧修理 考虑到停顿时间较长 虽有泥 浆护壁
10、 仍有槽壁坍塌的危险 经与设计 业主 监理商量后 对该槽 段进行回填 回填材料采用黄砂加石子 以利第二次成槽 当成槽机修 理好后继续成槽时 决定调整成槽作业时间 每挖土 5 小时必须停机半 小时 1 小时 并组织专人进行保养 确保成槽机正常作业 钢筋笼无法就位 DQ1 槽段钢筋笼时 确实出现钢筋笼放到38 米时放不下 去的现象 当 DQ1 成槽结束时 量测深度为44 5 米 用超声波测试 槽壁虽有凹凸情况 存在少量塌方 但根据超声波测试图纸分析 钢筋 笼应该放得下 出现这情况后 只得重新吊起 经测试 成槽深度为 42 米 估计是由于 DQ1 槽段回填后重新成槽对土体产生多次扰动 影 响较大 用
11、超声波重新测试 确实存在坍塌现象 经与设计 监理商量 后 马上采取措施 一方面加重泥浆的比重 另一方面成槽机继续挖土 至设计标高后及时清底 终于将钢筋笼顺利放到位 DQ5 槽段钢筋笼时 也出现钢筋笼离设计标高1 米时放不 下去的现象 对超声波测试图纸分析 无异常情况 根据以往经验 估 计是预制接头未放直的问题 就用 100 吨吊车拎高钢筋笼 用 50 吨吊 车吊预制接头 重新放预制接头 再放钢筋笼 最终顺利就位 第一 槽壁注浆加固对成槽时引起的塌方问题能控制到最小 确保施工正常进行 达到设计要求的质量 第二 锁口管改预制桩解决 了连续墙中钢锁口管吊拔及砼绕流等难题 2m厚钢筋混凝土底板底标高为
12、 27 5m 完全坐落在第 层草黄色粉沙层 即承压水层中 工作井地 面标高为 5 00m 这样基坑开挖深度将达32 米多 承压水静水标高 可达 4 46m 也就是说一旦坑底发生管涌现象 极短时间内其水位就 可上升二十几米高 同时在开挖过程中还要用逆作法进行内衬施工 因 此要实现设计要求的干封底 施工难度与风险极大 选择何种封底方案 将成为施工成败的关键 在施工前 我们走访了相类式的一些工程 根 据我们自己的经验以及调查了解的情况 我们对以下几种封底方案进行 了研究探讨 以决定其中一种方案实施 喷注浆加固和坑外采用深井降水卸压达到干封底的目的 同时坑内采用 逐级轻型井点降水进行土体疏干 实现干开
13、挖 具体如下 以平衡承 压水静水压力 高压旋喷桩加固顶标高为 32 3m 孔距均为 900m 加固深度为 32 3 42 3m 隔水层厚度普遍为10 0m 共计约 252 根 近靠地下连续墙内侧的孔位距离地下连续墙300mm 这样能使地 下连续墙的底脚处加固更密实 同时可以减小由于降水引起地下墙的下 沉 亦能提高被动区土体与墙体间的摩擦力 增加隔水层的整体抗浮和 防水效果 32 3 42 3m 范围内通过高压旋喷注浆加固形 成不透隔水层 以阻挡 1B 层粉砂承压水 使基坑形成环形封闭的井 筒 hrc Hrw h 椏拥椎郊庸痰酌娓叨龋 rc 椉庸滩愕酌嬉陨贤敛慵尤 囟龋 N m3 Hrw P r
14、c 取 19 KN m3 rw 取 10 KN m3 h 取值按 13m 进行验算 hrw 13 19 247 KN m2 Hrw 4 9 40 3 9 12 10 360 8 KN m2 4 90m 9 12m为水头离地表面的高度 hrc Hrw 247 360 8 113 8 KN m2 360 8 KN m2 即 0 3608Mpa 若取安 全 系 数 为1 5 则 考 虑 筒 底 加 固 后 强 度 不 应 小 于1 5 0 3608 0 5412Mpa 即 整个加固层能否平衡承压水上浮力 FsFHrw f加固 h1 Frch f砂 h2 Fs 5 F 2 rcN m3 h1 h2 椀
15、装宓郊庸滩愣 穸龋 f 砂 f B 层土体加固前后土体付着力 取 1 3 C KN m2 h h1 h2 H 4 9 40 3 9 12 36 08m f 加固 FsFHrw Frch f砂 h2 h1 1 5 226 36 08 10 226 19 13 0 5 53 3 5 53 3 8 155 62Kpa C 3 f加固 466 86Mpa 8 0m 则其加固后土体除满足以上计算抗压 强度为 1 5Hrw 0 5412Mpa外抗剪强度 C 值不应小于 10kg cm2 即无侧限抗压强度为qU 10kg cm2而 C qU 2 5 kg cm2 f 加固 C 3 5 3 kg cm2 16
16、6 7Kpa 根据上面的公式可 反算需加固土体的厚度 h1 1 5FrwH Frch f砂 h2 f 加 1 5 226 10 36 08 226 19 13 0 5 53 3 5 53 3 166 7 7 46m 偏于安全取值为10m 即做 10M 厚高压旋喷注浆加固来抵抗承压水静水压力 a 17m的四边简支方板计算 应偏于安全 M 0 0368q a2 W bh2 6 qg cm2 a 棸宓淖畛 撸 b 棸宓暮穸龋 q 45 40 3 27 30 0 8 35t m2 8 0m 土体的比重取有效重度0 8t m3 进行验算均偏于安全 Q M W 0 0368 35 172 bh2 6 0 0368 35 172 6 64 34 9T M2 3 4kg cm2 0 34Mpa e 取 19KN m3 w 取 10KN m3 h e 12 19 228KN m2 H w 2 3 39 3 10 416KN m2 h e H w 228 416 188KN m2 416KN m2即 0 416MP 以安全系数取1 5 考虑则墙底冻结加固后强度应不小于0 461 1 5 0 624Mpa
