超深基坑施工技術(shù)

1、超深基坑施工技術(shù)張 峰 陳 偉 朱繼文 上海市第二市政工程有限公司隧道施工分公司 引言 超深基坑的施工手段繁多，涉及到基坑的圍護(hù)，基坑支撐與開(kāi)挖、封底及環(huán)境的保護(hù)等各個(gè)方面的工藝，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)極大，有很多失敗的先例，特別是在承壓水的作用下，實(shí)施干封底的例子還是比較鮮見(jiàn)。本文從復(fù)興東路220KV電纜砼頂管越江隧道工程工作井基坑施工中克服離黃浦江近，受承壓水作用，周圍環(huán)境復(fù)雜等困難，成功進(jìn)行了基坑制作并實(shí)施干封底的實(shí)例，來(lái)分析說(shuō)明超深基坑的施工工藝。 工程概況 我們市政二公司于99年元月承建了復(fù)興東路220KV電纜砼頂管越江隧道工程。本工程工作井在浦東，接收井在浦西，頂管為2600鋼筋混凝土管，

2、長(zhǎng)度為530米；其工作井為圓形，外徑為18.574米，有效內(nèi)徑為16米，采用鋼筋混凝土地下墻作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，墻厚0.8米，連續(xù)墻入土深度44.30米，基坑開(kāi)挖深度為32.45米，鋼筋混凝土底板厚2米。內(nèi)襯采用逆作法施工。這樣的工程在上海市來(lái)說(shuō)應(yīng)當(dāng)屬于難度較大的深基坑施工工程，其難度有以下幾點(diǎn)： 連續(xù)墻施工。連續(xù)墻深度達(dá)44米，按地質(zhì)資料土表下18米內(nèi)有流沙層，且要穿越堅(jiān)硬的第層暗綠色粘土層以及第層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層）。 基坑封底?；由疃?2米，要挖穿第層暗綠色粘土層，2米厚鋼筋混凝土底板坐落在層承壓含水層中，承壓水水頭標(biāo)高可達(dá)-4.46米，壓力約為273KN/M2。 環(huán)境保護(hù)困

3、難。工作井位于上海港務(wù)局東昌裝卸公司的場(chǎng)區(qū)內(nèi)，距黃浦江防汛墻約50米，場(chǎng)區(qū)附近有上海油脂一廠的廠房和若干油罐，及長(zhǎng)江航運(yùn)公司供應(yīng)站的建筑物，工作井與相鄰的煤氣過(guò)江管工作井的中心距約為41m，與煤氣儀表房距離不到2米。 工作井工程地質(zhì)情況 浦東工作井工程地質(zhì)情況參考上海市民防地基勘察院編制的工程地質(zhì)勘察報(bào)告（1997年2月）。 編號(hào)土層名稱層底標(biāo)高 層厚滲透系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)貫入度 地基土強(qiáng)度 (米)(米)(10-5cm/s)(擊)(KPa) 1a雜填土 1.11 3.8 - - 1 粉質(zhì)粘土0.61 0.5 - - 2 粉質(zhì)粘土 -0.09 0.7 0.09 - - 3 粉質(zhì)粘土 -2.69 2.6 2

4、.3 80 淤質(zhì)粉粘土 -5.19 2.5 0.08 0.5 65 淤泥質(zhì)粘土 -13.198 0.8 60 1a灰色粘土 -17.89 4.7 相對(duì)隔水層2.470 1b粉質(zhì)粘土 -20.89 32.7 80 褐綠粉粘土 -24.894相對(duì)隔水層16.3 160 1b草黃粉砂- - 承壓含水層35.4 >200 1b層為承壓含水層，水位埋深9.12米，相當(dāng)于標(biāo)高-4.46米。 地下連續(xù)墻施工 本工程地下連續(xù)墻為正24邊形，設(shè)計(jì)要求三抓一幅，每一幅接頭采用常規(guī)的鋼鎖口管接頭。地下連續(xù)墻深達(dá)44米，墻根深入1B粉砂層（即上海市第一承壓含水層）。這樣，單幅成槽時(shí)間較長(zhǎng)，易產(chǎn)生坍孔現(xiàn)象。且根據(jù)

5、地質(zhì)勘察報(bào)告提供的資料，本工程地坪下約45米范圍內(nèi)有塊石、砼地坪等雜物，土表下18米內(nèi)易產(chǎn)生流砂。由于工作井內(nèi)襯無(wú)支撐，且是逆作法，僅靠地下連續(xù)墻作圍護(hù)，因此，做好地下連續(xù)墻是先決條件。在施工前我們采取了以下措施來(lái)確保連續(xù)墻的質(zhì)量。 換土 在施工導(dǎo)墻前進(jìn)行換土。 根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告提供的資料，本工程地坪下約45米范圍內(nèi)有塊石、砼地坪等雜物，且是雜填土。在雜填土中施工時(shí)，土體承載力差，又無(wú)法垂直自立，還會(huì)產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象，勢(shì)必影響導(dǎo)墻施工質(zhì)量，且造成施工場(chǎng)地環(huán)境惡劣。在地下連續(xù)墻成槽時(shí)，由于槽段內(nèi)有雜物，會(huì)跟隨著成槽機(jī)帶下去，引起土體位移造成槽壁坍方，影響地下連續(xù)墻的質(zhì)量。為此我們進(jìn)行換土。 回填土采

6、用臨近工地挖出34米層的黏土，清除雜物，分層夯實(shí)，在導(dǎo)墻施工時(shí)能垂直自立，充當(dāng)外模。 導(dǎo)墻基槽開(kāi)挖中發(fā)現(xiàn)的下水道給以嚴(yán)密封堵，防止其成為泥漿的泄露通道，在井位外另排一道排水溝。 槽壁注漿加固 由于槽壁注漿加固屬于標(biāo)外工作量，考慮到注漿對(duì)槽壁質(zhì)量的必要性，經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主認(rèn)可后進(jìn)行實(shí)施。 分析原因 地質(zhì)條件復(fù)雜 地表下18米內(nèi)有流砂，墻體深度44米，須穿越堅(jiān)硬的第層暗綠色粘土層以及第層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層），為上海市政行業(yè)地下連續(xù)墻施工所罕見(jiàn)。 周邊環(huán)境惡劣 距黃浦江防汛墻約50米，場(chǎng)區(qū)附近有上海油脂一廠的廠房和若干油罐，及長(zhǎng)江 航運(yùn)公司供應(yīng)站的建筑物，工作井與相鄰的煤氣過(guò)江管

7、工作井的中心距約為41m，與煤氣儀表房距離不到2米，他們對(duì)沉降要求都較高。 承受動(dòng)荷載大 在地下連續(xù)墻施工中，場(chǎng)地上有三輛大型設(shè)備要運(yùn)轉(zhuǎn)，60噸重的成槽機(jī)在成槽時(shí)停靠在槽邊，50噸、100噸吊車在起吊鋼筋籠、預(yù)制接頭時(shí)也須在槽邊行走。 施工周期長(zhǎng) 設(shè)計(jì)要求三抓一幅。成槽時(shí)，按工藝要求，先兩邊后中間，挖上部土體只須45小時(shí)，挖第層暗綠色粘土層須15小時(shí)以上，挖第層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層），用時(shí)也在15小時(shí)以上，這樣，就是正常挖土也須35小時(shí)，雖有泥漿護(hù)壁，也極易產(chǎn)生槽壁坍塌現(xiàn)象，影響地下連續(xù)墻質(zhì)量，也破壞周邊環(huán)境。 采取方法 為保證地下連續(xù)墻施工正常進(jìn)行，不破壞周邊環(huán)境，特對(duì)地下連

8、續(xù)墻兩側(cè)進(jìn)行雙排注漿來(lái)加固土體，內(nèi)排為雙液注漿，外排為單液注漿，深度18米，孔間距1米，總孔數(shù)223孔，加固土體4032立方。地表下回填土范圍內(nèi)，施工時(shí)適當(dāng)增加注漿量。 注漿參數(shù) 漿液配比： 單液注漿（水：粉煤灰：水泥：膨潤(rùn)土=130：40：200：20） 雙液注漿（水：水泥：粉煤灰：膨潤(rùn)土：水玻璃=152：200：40：4：60） 雙液漿的粘度35，比重1.31.5，初凝時(shí)間23min,凝固強(qiáng)度34Mpa/2h 注漿壓力一般為0.20.5Mpa，初始時(shí)略高 注漿流量一般為每分鐘1015升 注漿加固后土體強(qiáng)度可達(dá)到0.8Mpa 采用砼榫式預(yù)制接頭取代常規(guī)的鋼鎖口管 砼榫式預(yù)制接頭在本工程中應(yīng)用

9、具有的優(yōu)勢(shì)： 砼榫式預(yù)制接頭是在地面上制作，其質(zhì)量比水下澆灌砼有保證。 砼榫式預(yù)制接頭強(qiáng)度比設(shè)計(jì)地下連續(xù)墻要高。預(yù)制接頭的鋼筋保護(hù)層為2.5cm，而地下連續(xù)墻鋼筋保護(hù)層為9cm；預(yù)制接頭的高度大于地下連續(xù)墻的高度；預(yù)制接頭主筋同地下連續(xù)墻相同，并按預(yù)制構(gòu)件要求增加相應(yīng)的構(gòu)造鋼筋，這樣同截面含筋量增加。 從結(jié)構(gòu)受力分析，本工程是環(huán)狀多邊形，受力是環(huán)向壓力，由于預(yù)制接頭強(qiáng)度比水下澆灌砼地下連續(xù)墻高，其受力就更具有優(yōu)勢(shì)。 預(yù)制接頭設(shè)計(jì)為H形，樁槽與地下連續(xù)墻咬合，樁連接采用鋼板連接，接頭端面間加橡膠止水條來(lái)保證防水。 現(xiàn)場(chǎng)有大噸位的起吊設(shè)備，拼裝后一次就位，對(duì)垂直度是有保證的。 預(yù)制接頭與地下連續(xù)墻

10、是面接觸，而鋼鎖口管與地下連續(xù)墻是點(diǎn)接觸。在施工中預(yù)制接頭與槽壁間是無(wú)空隙的，這對(duì)防繞流更有好處。 拔鋼鎖口管須用大噸位的起拔器，且反力大，對(duì)導(dǎo)墻影響大。另拔管時(shí)間較難掌握，鋼鎖口管拔不出或拔斷，將直接影響地下連續(xù)墻的質(zhì)量。采用預(yù)制接頭，就省去了該道工序，同時(shí)也克服了上述不足。 預(yù)制接頭底部為尖狀，利于插入土層，確保根部穩(wěn)定，接頭背部回填土夾石，用沖桿搗實(shí)，確保預(yù)制接頭在澆灌水下砼時(shí)不移位。 成槽機(jī)選型 考慮到槽段深度44米，底下有承壓水，泥漿比重達(dá)到1.3，決定選用意大利進(jìn)口的BN?2型成槽機(jī)，自重60噸，配備17噸重抓斗，寬度為0.8米，張開(kāi)尺寸2.5米。若在第層暗綠色粘土層、第層草黃色粉

11、砂層（即上海市第一承壓含水層）施工中遇到難度時(shí)，采用GPS?5型鉆機(jī)，先引孔再成槽，即兩鉆一抓法，確保成槽順利實(shí)施。 由于采取了以上加固及改進(jìn)措施，使連續(xù)墻施工總體上得以順利進(jìn)行。但在具體施工時(shí)還是或多或少遇到了一些問(wèn)題，下面我們就一些主要問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)介紹和分析以及采取的對(duì)策。 施工機(jī)械損壞 由于連續(xù)施工，成槽機(jī)連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)保養(yǎng)間歇，極易造成設(shè)備的損壞，且地下土質(zhì)較硬，由其是第層暗綠色硬土，第層含有豐富承壓水的鐵板砂層，故在第一幅、第二幅施工中，時(shí)間較短，而在DQ1第三幅成槽至35米時(shí)出現(xiàn)成槽機(jī)壞，抓土斗齒斷裂等情況無(wú)法施工時(shí)，馬上加重泥漿的比重來(lái)進(jìn)行護(hù)壁。同時(shí)電召意大利專家趕過(guò)來(lái)檢修，

12、另一方面組織機(jī)械工程師抓緊修理?？紤]到停頓時(shí)間較長(zhǎng)，雖有泥漿護(hù)壁，仍有槽壁坍塌的危險(xiǎn)，經(jīng)與設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理商量后，對(duì)該槽段進(jìn)行回填，回填材料采用黃砂加石子，以利第二次成槽。當(dāng)成槽機(jī)修理好后繼續(xù)成槽時(shí)，決定調(diào)整成槽作業(yè)時(shí)間，每挖土5小時(shí)必須停機(jī)半小時(shí)1小時(shí)，并組織專人進(jìn)行保養(yǎng)，確保成槽機(jī)正常作業(yè)。 鋼筋籠無(wú)法就位 在吊放DQ1槽段鋼筋籠時(shí)，確實(shí)出現(xiàn)鋼筋籠放到38米時(shí)放不下去的現(xiàn)象。當(dāng)DQ1成槽結(jié)束時(shí)，量測(cè)深度為44.5米，用超聲波測(cè)試，槽壁雖有凹凸情況，存在少量塌方，但根據(jù)超聲波測(cè)試圖紙分析，鋼筋籠應(yīng)該放得下。出現(xiàn)這情況后，只得重新吊起，經(jīng)測(cè)試，成槽深度為42米，估計(jì)是由于DQ1槽段回填后重新成

13、槽對(duì)土體產(chǎn)生多次擾動(dòng)，影響較大。用超聲波重新測(cè)試，確實(shí)存在坍塌現(xiàn)象。經(jīng)與設(shè)計(jì)、監(jiān)理商量后，馬上采取措施，一方面加重泥漿的比重，另一方面成槽機(jī)繼續(xù)挖土，至設(shè)計(jì)標(biāo)高后及時(shí)清底，終于將鋼筋籠順利放到位。 在吊放DQ5槽段鋼筋籠時(shí)，也出現(xiàn)鋼筋籠離設(shè)計(jì)標(biāo)高1米時(shí)放不下去的現(xiàn)象。對(duì)超聲波測(cè)試圖紙分析，無(wú)異常情況。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，估計(jì)是預(yù)制接頭未放直的問(wèn)題。就用100噸吊車拎高鋼筋籠，用50噸吊車吊預(yù)制接頭，重新放預(yù)制接頭，再放鋼筋籠，最終順利就位。 總結(jié)：第一、槽壁注漿加固對(duì)成槽時(shí)引起的塌方問(wèn)題能控制到最小，確保施工正常進(jìn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的質(zhì)量。第二、鎖口管改預(yù)制樁解決了連續(xù)墻中鋼鎖口管吊拔及砼繞流等難題。

14、 工作井封底施工 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及地質(zhì)資料可知：2m厚鋼筋混凝土底板底標(biāo)高為-27.5m，完全坐落在第層草黃色粉沙層，即承壓水層中。工作井地面標(biāo)高為+5.00m，這樣基坑開(kāi)挖深度將達(dá)32米多。承壓水靜水標(biāo)高可達(dá)-4.46m，也就是說(shuō)一旦坑底發(fā)生管涌現(xiàn)象，極短時(shí)間內(nèi)其水位就可上升二十幾米高。同時(shí)在開(kāi)挖過(guò)程中還要用逆作法進(jìn)行內(nèi)襯施工。因此要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的干封底，施工難度與風(fēng)險(xiǎn)極大，選擇何種封底方案將成為施工成敗的關(guān)鍵。在施工前，我們走訪了相類式的一些工程，根據(jù)我們自己的經(jīng)驗(yàn)以及調(diào)查了解的情況，我們對(duì)以下幾種封底方案進(jìn)行了研究探討，以決定其中一種方案實(shí)施。 第一種方案：高壓旋噴注漿加固結(jié)合坑外深井降水

15、封底方案。 為實(shí)現(xiàn)干開(kāi)挖，干封底這一目標(biāo)，采取的措施是：井底采用高壓旋噴注漿加固和坑外采用深井降水卸壓達(dá)到干封底的目的，同時(shí)坑內(nèi)采用逐級(jí)輕型井點(diǎn)降水進(jìn)行土體疏干，實(shí)現(xiàn)干開(kāi)挖。具體如下： 井底高壓旋噴注漿加固 井底部采用高壓旋噴注漿加固在井筒底部形成一隔水層，以平衡承壓水靜水壓力，高壓旋噴樁加固頂標(biāo)高為-32.3m，孔距均為900m，加固深度為-32.3-42.3m，隔水層厚度普遍為10.0m，共計(jì)約252根，近靠地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)的孔位距離地下連續(xù)墻300mm，這樣能使地下連續(xù)墻的底腳處加固更密實(shí)，同時(shí)可以減小由于降水引起地下墻的下沉，亦能提高被動(dòng)區(qū)土體與墻體間的摩擦力，增加隔水層的整體抗浮和防水

16、效果。 井底隔水層的穩(wěn)定性、抗浮、抗彎驗(yàn)算： 驗(yàn)算井底隔水層穩(wěn)定性： 擬在井筒底（-32.3-42.3m）范圍內(nèi)通過(guò)高壓旋噴注漿加固形成不透隔水層，以阻擋1B層粉砂承壓水，使基坑形成環(huán)形封閉的井筒。 抵抗承壓水的坑底地基加固計(jì)算： hrcHrw 式中：h椏擁椎郊庸痰酌娓叨齲） rc椉庸灘愕酌嬉隕賢斂慵尤囟齲N/m3）； Hrw棾醒顧沽?/P> 此處rc取19 KN/m3，rw取10 KN/m3 h取值按13m進(jìn)行驗(yàn)算 則hrw=13×19=247 KN/m2 Hrw=(4.9+40.3-9.12) ×10=360.8 KN/m2 注：自然地坪標(biāo)高+4.90m，9.12

17、m為水頭離地表面的高度 所以hrc-Hrw=247-360.8=-113.8 KN/m2 地下連續(xù)墻底腳水壓為360.8 KN/m2，即0.3608Mpa，若取安全系數(shù)為1.5，則考慮筒底加固后強(qiáng)度不應(yīng)小于1.5×0.3608=0.5412Mpa。 加固體抗浮力驗(yàn)算： 在考慮加固體的抗壓強(qiáng)度之外還應(yīng)考慮加固土層的整體穩(wěn)定性，即整個(gè)加固層能否平衡承壓水上浮力。 依據(jù)平衡條件按下式進(jìn)行驗(yàn)算： FsFHrw=f加固h1+Frch+f砂h2 式中：Fs棸踩凳?.5 F椌椎牡酌*2） rc椌準(zhǔn)庸談羲鬩隕掀驕囟齲N/m3） 椌哪詒謚艸） h1椉庸談羲愫穸齲） h2椀裝宓郊庸灘愣穸齲） f砂、f加

18、固椃直鷂?B層土體加固前后土體付著力，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 則C=3 f加固=466.86Mpa 若加固體土層厚度為8.0m，則其加固后土體除滿足以上計(jì)算抗壓強(qiáng)度為1.5Hrw=0.5412Mpa外抗剪強(qiáng)度C值不應(yīng)小于10kg/cm2，即無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為qU=10kg/cm

19、2而C= qU/2=5 kg/cm2 f加固=C/3=5/3（kg/cm2）=166.7Kpa，根據(jù)上面的公式可反算需加固土體的厚度： 即：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 為確保高壓旋噴注漿加固的效果，偏于安全取值為10m。即做10M厚高壓旋噴注漿加固來(lái)抵抗承壓水靜水壓力。 注漿加固體抗彎驗(yàn)算： 假之按a=17m的四邊簡(jiǎn)支方板計(jì)算，應(yīng)偏于安全。 M=0.0368qa2 W=bh2

20、/6 式中： q椌己稍兀g/cm2） a棸宓淖畛擼） b棸宓暮穸齲） 則q=45-(40.3-27.30)×0.8=35t/m2 （其中加固厚度取值按8.0m，土體的比重取有效重度0.8t/m3進(jìn)行驗(yàn)算均偏于安全） 故Q=M/W=0.0368×35×172/(bh2/6) =0.0368×35×172×6/64 =34.9T/M2=3.4kg/cm2=0.34Mpa<1Mpa 即抗彎能力OK。 設(shè)高壓旋噴無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qU =1Mpa=10kg/cm2，其抗壓強(qiáng)度按qU /10計(jì)，則抗拉強(qiáng)度為qU /10=0.1Mpa。為使加固

21、體局部不產(chǎn)生裂縫和滲水現(xiàn)象，按上述公式反算需降水的深度： 即M/W=10T/ M2 M=10×W=10×bh2/6=10×82/6=106.07t/m2 則q=Hrw-(40.3-27.3) ×0.8（式中土體的比重取有效重度0.8T/M3） 則Hrw=20t/m2 即：要使加固體局部不產(chǎn)生裂縫和滲水現(xiàn)象，需深井降水配合將水位降至約25M的深處。 由于1B層為粉砂層，高壓旋噴加固無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度有可能提高到qU =2Mpa，這樣根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，降水只需降深約15M左右。因此加固以后取R28進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)R28的qU值來(lái)驗(yàn)證高壓旋噴加固計(jì)算的可靠性，從而推算

22、水位所需降至的深度。 坑外深井降水： 按上述的計(jì)算，隔水層的抗浮、抗彎均符合要求。但要使隔水層抗拉驗(yàn)算符合要求，隔水層局部不產(chǎn)生裂縫和滲水現(xiàn)象，必須輔助于深井降水。沿基坑周邊設(shè)四口大井，孔徑600mm，井管325mm，深度約50m（包括15m的濾頭），井內(nèi)設(shè)揚(yáng)程50m以上深井潛水泵，觀測(cè)孔設(shè)3個(gè)，孔徑300，井管108，深度32m，坑內(nèi)2個(gè)，坑外1個(gè)，用于水位觀測(cè)。依據(jù)設(shè)計(jì)要求，先進(jìn)行揚(yáng)水試驗(yàn)，測(cè)定實(shí)際的水文地質(zhì)資料，進(jìn)一步優(yōu)化降水方案。 為確保周圍環(huán)境的安全，坑外的深井降水隨挖深增加而超前推進(jìn)，以減小降水引起對(duì)地面沉降和周邊環(huán)境的影響。降水期間應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行水位的跟蹤觀測(cè)，控制水位在滿足井底卸壓

23、和井底加固抗拉要求即可，該部分水位沉降應(yīng)根據(jù)抽水試驗(yàn)和巖芯取樣結(jié)果應(yīng)重新核實(shí)水位，待底板及內(nèi)襯墻施工完7天后并在隔墻施工完后方可停止降水。 坑內(nèi)設(shè)輕型井點(diǎn)降水： 井筒底通過(guò)高壓旋噴注漿形成一層不透隔水層，使其形成封閉的井筒，坑內(nèi)采用逐級(jí)輕型井點(diǎn)降水疏干坑內(nèi)的土體，便于土方的開(kāi)挖，坑內(nèi)采用邊降水邊開(kāi)挖的方法，輕型井點(diǎn)在坑內(nèi)呈“十”字型布置，輕型井點(diǎn)間距為1.6m，對(duì)于24層土體由于每層開(kāi)挖的土體厚度約10多米，每層土體應(yīng)分兩級(jí)降水，每次降水達(dá)到預(yù)期的效果后，拔出輕型井點(diǎn)，再開(kāi)挖土體和逆作法施工內(nèi)襯。 第二種方案：工作井封底凍結(jié)加固施工方案。 根據(jù)上海市民防地基勘察院編制的浦東工作井和浦西接收井的

24、工程勘察報(bào)告（1997年2月），頂管所在地層第層暗綠色粉質(zhì)粘土層呈東高西低分布。自上而下，兩井穿過(guò)的土層大致可分為七個(gè)層段，其中底板位于1b的粉砂層，呈草黃色，飽和，中密密實(shí)，天然含水量為22.130.8%，本層為第一承壓含水層，層頂標(biāo)高浦東井-24.89m，承壓水位埋深9.12m，相當(dāng)于-4.46m。鑒于該層位的性質(zhì)，封底施工中必須采取有效措施，控制底板突水、涌砂。 本方案設(shè)想對(duì)底板進(jìn)行人工地層凍結(jié)加固，人工地層凍結(jié)加固具有強(qiáng)度高，均一性好的特點(diǎn)，根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)與上海隧道施工技術(shù)研究所的試驗(yàn)資料，當(dāng)凍結(jié)溫度達(dá)到-20時(shí)，對(duì)于工作井底標(biāo)的1b土層，其強(qiáng)度可達(dá)6.5 Mpa，能滿足封底要求，同

25、時(shí)采用凍結(jié)加固，無(wú)需進(jìn)行疏干排水措施，環(huán)境影響小。具體方案如下： 1、固封底 工作井連續(xù)墻施工結(jié)束后，進(jìn)行井內(nèi)開(kāi)挖作業(yè)時(shí)，為了防止工作井底部開(kāi)挖和鋼筋混凝土底板作業(yè)過(guò)程中，由于下部土層失穩(wěn)，地下水的涌入，出現(xiàn)管涌、流沙或坑底隆起等破壞現(xiàn)象，必須創(chuàng)造一個(gè)具有一定強(qiáng)度、穩(wěn)定的動(dòng)土結(jié)構(gòu)，以便封底工作順利完成。該凍結(jié)加固封底方案的工藝過(guò)程為： （1）工作井挖掘至地表以下22m即標(biāo)高為-17m處，（在比較穩(wěn)定的灰色粘土層中）停止向下開(kāi)挖，鋪設(shè)混凝土封層，布設(shè)封口管準(zhǔn)備凍結(jié)鉆孔施工。 （2）自混凝土封層向下鉆凍結(jié)孔（孔距1.01.4m，孔深15.3m），并布設(shè)凍結(jié)管。積極凍結(jié)形成凍結(jié)段總長(zhǎng)度共15.3m，

26、（標(biāo)高-17.0m-32.3），工作井底板上部?jī)鼋Y(jié)8.3m，底板下部?jī)鼋Y(jié)5m。（底板鋼筋混凝土厚為2m），當(dāng)溫度檢測(cè)表明凍土溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，凍土具備一定強(qiáng)度之后，方可破土開(kāi)挖，工作面向下延伸。當(dāng)挖掘超過(guò)工作井底板標(biāo)高-27.3m厚，停止挖掘，綁扎鋼筋進(jìn)行底板混凝土澆注。底板制作過(guò)程，應(yīng)進(jìn)行維護(hù)凍結(jié)。其時(shí)宜留部分凍結(jié)管作鹽水循環(huán)，以保證底板澆注的順利安全。 2、 凍結(jié)加固穩(wěn)定性分析 驗(yàn)算井底凍結(jié)隔水層穩(wěn)定性： 依上述所擬的施工方案，在底板以下形成5m厚的凍結(jié)加固體不透水層，以阻擋1b層粉砂承壓水。已知該層（浦東工作井）天然重度=19KN/m3，空隙比e=0.75。 抵抗承壓水的坑底地基加固可按

27、下式1計(jì)算： heHw 式中h椏擁字良庸痰酌娓叨齲）; e椉庸灘愕酌嬉隕賢斂閆驕囟齲N/m3）； Hw棾醒顧沽?/P> 此處e取19KN/m3；w取10KN/m3； 則he=12×19=228KN/m2 Hw=（2.3+39.3）×10=416KN/m2； 所以he-Hw=228-416=-188KN/m2； 連續(xù)墻底的水壓為416KN/m2即0.416MP，以安全系數(shù)取1.5考慮則墻底凍結(jié)加固后強(qiáng)度應(yīng)不小于0.461×1.5=0.624Mpa。 加固土體抗浮力驗(yàn)算： 在考慮加固土體的抗壓強(qiáng)度之外，還應(yīng)考慮加固土層的整體穩(wěn)定性，即整個(gè)加固層能否隨時(shí)承壓水的上

28、浮力。 要判斷井底加固隔水層在承壓水作用下的整體穩(wěn)定性可按如下分析： 式中：Fs棗安全系數(shù)，取1.5。 F 棗井底的面積（m2）。 e棗井底加固隔水層以上平均重度（KN/m2）。 棗井的內(nèi)壁周長(zhǎng)（m）。 h1棗加固隔水層厚度 h2棗底板到加固層頂厚度 f加固、f砂棗分別為1b號(hào)土體加固前后土體付著力，?。?/3）C(KN/m2)。 h,H同上。 所以， Kpa 若加固土層厚度為5m，則其加固后土體除滿足以上計(jì)算的抗壓強(qiáng)度0.624 Mpa之外，還要滿足其抗剪強(qiáng)度c不小于715.83 Kpa。當(dāng)凍結(jié)溫度達(dá)到-10時(shí)，凍土的抗壓強(qiáng)可達(dá)3.00 Mpa，安全系數(shù)達(dá)7.0左右，同時(shí)抗剪也達(dá)1.5 Mp

29、a，安全系數(shù)為2.2，也能滿足要求。 第三種方案：深井降水方案 本方案是采用深井降水方式，降低第7層土中的承壓水水位，確保承壓水水位控制在地面以下33米?5米之間（-28.00米?-30.00米，地面標(biāo)高按+5.00米計(jì)），保證工作井挖土與封底時(shí)的安全，不發(fā)生冒水冒砂。詳細(xì)如下： 1、 降水方案 地質(zhì)資料提供第7層土中承壓水的滲透系數(shù)為10-5cm3/h，但根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，該層土的滲透系數(shù)為10-3cm3/h，水位降深以該數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，具體數(shù)值由抽水試驗(yàn)確定，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整降水方案。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，本方案擬設(shè)計(jì)7口降水井和3口觀測(cè)井，其中井內(nèi)3口降水井，井外4口降水井，在工作井中

30、央設(shè)置1口觀測(cè)井，在工作井外設(shè)置2口觀測(cè)井，具體位置布置見(jiàn)下圖所示。選用80m3/h?40m3/h的深井泵。 降水井深定為60m，井管直徑定為325mm。過(guò)濾管總長(zhǎng)為20m，位于埋深38m58m處，過(guò)濾管以下2m為沉淀管，過(guò)濾管以上為井壁管。過(guò)濾管外按“供水勘察規(guī)范”要求填砂至濾管頂以上8米處，以上填粘土球15米，剩余部分填黃泥直至地面，井口填埋砼或水泥。 觀測(cè)井深定為40m，井管直徑采用108mm。過(guò)濾管總長(zhǎng)為2m，位于埋深37m39m處，過(guò)濾管以下1m為沉淀管，過(guò)濾管以上為井壁管。過(guò)濾管外按“供水勘察規(guī)范”要求填砂至濾管頂以上8米處，以上填粘土球15米，剩余部分填黃泥直至地面，井口填埋砼或

31、水泥。 為調(diào)節(jié)降水井出水量，控制水位降深值，在各個(gè)降水井內(nèi)設(shè)置回流管和回流閥。 2、 降水及井位布設(shè)原則 為減少降水對(duì)周圍環(huán)境的影響，提高基坑內(nèi)土體強(qiáng)度，應(yīng)以基坑內(nèi)降水為主，外降水為輔。根據(jù)理論計(jì)算，工作井底板施工時(shí)，若開(kāi)啟井內(nèi)的3口降水井，可使承壓水水位至少降至地面以下33.00米?5.00米?？紤]到封底時(shí)的絕對(duì)安全，不發(fā)生意外（如修泵等），以及封降水井、頂管出洞等用途，故在工作井外圍另設(shè)4口降水井。 3、 降水施工技術(shù)要求 （1）井點(diǎn)出水含砂量應(yīng)小于1/100000，原因在于：降水形成漏斗形的降水面，所引起的沉降為不均勻沉降，這種不均勻沉降隨時(shí)間而不斷發(fā)展，若由于抽水將土層中的粘粒、粉粒和

32、砂粒帶出地面，且抽水時(shí)間長(zhǎng)，將加快不均勻沉降的速度，對(duì)環(huán)境造成破壞。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，含砂量應(yīng)小于1/100000。 （2）孔壁垂直度應(yīng)控制在1/300，以保證濾管外有足夠厚度的砂層。 （3）井管平面位置偏差不宜大于20厘米，井管管頂標(biāo)高偏差不大于10厘米，井管應(yīng)垂直位于孔中央，井管不得碰到孔壁。 （4）井管焊接要求嚴(yán)實(shí)，沒(méi)有滲漏和砂眼。 （5）投砂量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)總量的95%。 （6）井管外回填的人工砂必須使用優(yōu)質(zhì)人工砂，其粒徑必須控制在1?.6毫米。過(guò)細(xì)的砂將增大水流阻力，減少井出水量；過(guò)粗的砂將使井管外的砂土通過(guò)人工砂間的空隙隨水流流入井管內(nèi)。 （7）降水井濾管應(yīng)選用橋式過(guò)濾管。 4、 降水后

33、井底穩(wěn)定性驗(yàn)算 （1）井底水壓力計(jì)算： 由于井內(nèi)深井泵打入承壓水層，確保井內(nèi)水位降低在底板下1.5m,降低了井底面積部分的承壓水頭壓力，由圖可知井底部分的承壓水頭壓力為wh=10×10.5 =105(KN/m2)。 （2）井底粉砂抗管涌驗(yàn)算 由于深井泵的降水作用，由上面計(jì)算可知在井底附近的承壓水壓力降低為105KN/m2, 因此，安全系數(shù)Fs=F he/FHw=18×12/10×10.5=2.05 式中符號(hào)含義同前。 由此可見(jiàn)通過(guò)深井降水之后,井底承壓水壓力減少，底板以下的土體已滿足抗浮、抗管涌要求，即使對(duì)下面的土體不加固也能滿足要求。 對(duì)于上述幾種封底方案，我們

34、在征求了有關(guān)專家的意見(jiàn)后，對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析和論證，本著確保安全、穩(wěn)妥的前提，決定選擇其中一種作為本工程的實(shí)施方案。具體分析結(jié)果如下： 對(duì)于高壓旋噴注漿結(jié)合深井降水方案，我們認(rèn)為： (1)井底高壓旋噴注漿加固，自地面開(kāi)始鉆孔并實(shí)施。其加固深度達(dá)到40m左右，由于深度較大，鉆孔的偏斜等因素均易引起樁體交接處加固不均勻。 (2)高壓旋噴樁必須配套以坑外的深井降水和坑內(nèi)的逐級(jí)輕型井點(diǎn)降水施工。而采用基坑外降水對(duì)周邊環(huán)境的影響大。 (3)高壓旋噴壓力較大，一般可達(dá)40Mpa左右，而連續(xù)墻為分幅式結(jié)構(gòu)，有可能會(huì)使墻體產(chǎn)生變形。 (4)旋噴加固體與連續(xù)墻的界面附著力能否達(dá)到理論要求。 (5)四十幾米深的

35、高壓旋噴樁，據(jù)了解施工隊(duì)伍較少，缺乏必要的施工經(jīng)驗(yàn)。 2、 對(duì)于井底凍結(jié)加固方案，我們認(rèn)為一是土體凍結(jié)周期長(zhǎng)，影響施工工期；二是凍結(jié)的土體會(huì)產(chǎn)生膨脹，對(duì)連續(xù)墻維護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生多大的影響缺乏理論與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；三是缺乏相類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)。 其他還有井底注漿結(jié)合降水方案（與第一種方案類似）以及水下封底等方案。對(duì)于水下封底方案，由于本工程設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式為連續(xù)墻形式，我們認(rèn)為有以下原因本工程不宜采用水下封底方案。一是水下封底砼與連續(xù)墻之間的界面難以處理；二是由于深度深，潛水員水下作業(yè)較困難；三是在水下須挖穿堅(jiān)硬的第層暗綠色粘土層，要實(shí)施水下封底工期太長(zhǎng)。所以我們決定一般情況下本工作井將不采用水下封底方案。

36、 根據(jù)以上分析，我們決定采用深井降水方案。其原因一是相類似的工程采用過(guò)，可充分利用其他工程實(shí)施時(shí)的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)；二是采用內(nèi)降為主，外降為輔的方案，可最大限度的降低因降水對(duì)周邊環(huán)境所產(chǎn)生的影響；三是相對(duì)其他方案來(lái)說(shuō)其施工周期短以及費(fèi)用低等。 方案確定后，在正式施工前，我們認(rèn)為雖然采用內(nèi)降為主的方案，但是，對(duì)于深井降水從理論上說(shuō)，基坑內(nèi)的三口井大量抽吸地下水也還會(huì)使地面產(chǎn)生沉降，影響周邊環(huán)境。對(duì)此我們?cè)诰唧w施工中做了充分的準(zhǔn)備，采取了以下對(duì)策： 1、 嚴(yán)格執(zhí)行信息化施工要求。對(duì)附近的主要構(gòu)筑物、防汛墻以及地表布設(shè)了大量的沉降觀測(cè)點(diǎn)，另外在工作井四周增加了四個(gè)45米深的分層沉降觀測(cè)孔，施工期間有專人定

37、期監(jiān)測(cè)。 2、 對(duì)一幢間距2米左右的建筑物預(yù)先采取加固措施，一是采用一排9米深樹(shù)根樁進(jìn)行隔離；二是在靠基坑一側(cè)預(yù)留注漿孔。 3、 嚴(yán)格控制降水井的成井質(zhì)量，按照上文所提的7點(diǎn)技術(shù)要求嚴(yán)格施工。 4、 開(kāi)挖前先做抽水試驗(yàn)，確定以下數(shù)據(jù)： (1)確定第7層承壓含水層的水位和單井流量。 (2)計(jì)算第7層承壓含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。 (3)為降水作業(yè)選擇合適的泵型。 (4)了解抽水過(guò)程中臨近建筑物與地面的沉降情況。 抽水試驗(yàn)用了15天時(shí)間，各種組合試驗(yàn)共7次，取得了預(yù)期效果，獲得的成果如下: (1)場(chǎng)地內(nèi)第七土層的天然靜止水位在-6.912m ?-6.386m之間。 (2)第七土層承壓含水層的滲透系數(shù)K=2.00×10-33.61×10-3。 (3)降水作業(yè)的泵型可選用60m揚(yáng)程、流量為80m3/