壽東，王家豪，許磊，陳俊輝

(1.杭州魯能城置地有限公司，浙江 杭州 310012； 2.杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

1 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，城市中的超高層建筑也愈來(lái)愈多。其中最為重要的一項(xiàng)工程類型便是深基坑支護(hù)工程，同時(shí)超深基坑成為類似工程的重難點(diǎn)[1]。

本文以杭州國(guó)際中心項(xiàng)目砂土地基超深基坑工程為實(shí)例，從水平對(duì)撐棧橋一體化設(shè)計(jì)及深層地下承壓水等內(nèi)容做出分析與探討。

2 工程基本情況

2.1 工程概況

本工程位于杭州市錢江新城，東至江錦路，南至富春路，西至香樟街，北至民心路。本工程擬建2幢超高層辦公樓，下設(shè)地下4層，基坑寬度約 150 m，長(zhǎng)度約 200 m?；右?guī)模大且開(kāi)挖深，地下水水位高，基坑四周為已建道路?；优c周邊環(huán)境關(guān)系如圖1所示。

圖1 基坑總平圖

2.2 土質(zhì)條件

根據(jù)本工程勘察資料、基坑開(kāi)挖影響范圍內(nèi)主要涉及土層為1-1層雜填土，大部分布，層厚 1.20 m～8.20 m；1-2層素填土，大部分布，層厚 0.50 m～6.80 m；3-1層黏質(zhì)粉土，局部分布，層厚 0.80 m～4.70 m；3-2層黏質(zhì)粉土，全場(chǎng)地分布，層厚 1.00 m～4.30 m；3-3層砂質(zhì)粉土夾粉砂，全場(chǎng)地分布，層厚 2.40 m～4.90 m；3-4層粉砂夾砂質(zhì)粉土，全場(chǎng)地分布，層厚 2.10 m～8.20 m；3-5層黏質(zhì)粉土，大部分布，層厚 1.10 m～5.50 m；5層粉質(zhì)黏土，全場(chǎng)地分布，層厚 0.50 m～5.40 m；6層黏土，全場(chǎng)地分布，層厚 1.60 m～12.00 m；7層粉質(zhì)黏土，全場(chǎng)地分布，層厚 1.50 m～7.80 m；8-1層含砂粉質(zhì)黏土，全場(chǎng)地分布，層厚 0.80 m～6.10 m；8-2層含黏粉砂，大部分布，層厚 1.00 m～3.40 m；8-3層圓礫，全場(chǎng)地分布，層厚 12.60 m～21.30 m；9層粉質(zhì)黏土，全場(chǎng)地分布，層厚 0.60 m～4.30 m；10層圓礫，全場(chǎng)地分布，層厚 2.20 m～8.30 m；11-1層全風(fēng)化鈣質(zhì)石英粉砂巖，全場(chǎng)地分布，層厚為 1.00 m～6.80 m；11-2層強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)石英粉砂巖，全場(chǎng)地分布。層厚為 1.70 m～9.10 m；11-3層中等風(fēng)化鈣質(zhì)石英粉砂巖，全場(chǎng)分布。地下室基坑開(kāi)挖面位于6層黏土。各土層力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)一覽表

2.3 地下水情況

根據(jù)鉆探揭露：勘探范圍內(nèi)地下水類型主要可分為松散巖類孔隙潛水(以下簡(jiǎn)稱潛水)和松散巖類孔隙承壓水(以下簡(jiǎn)稱承壓水)。

松散巖類孔隙潛水，主要賦存于上部1層填土及3層粉土、砂土層中。本次工程勘探期間測(cè)得潛水穩(wěn)定水位埋深在 1.50 m～3.10 m，潛水年水位變幅約 1 m～3 m。

松散巖類孔隙承壓水，主要分布于深部的8-2層含黏粉砂、8-3層圓礫和10層圓礫中。上部的6、7、8-1層黏性土為微透水層或不透水層，承壓水水位埋深約 9.1 m～10.4 m。年水位變幅約 4 m。

3 基坑圍護(hù)方案

3.1 基坑工程特點(diǎn)

(1)本基坑工程開(kāi)挖面積較大，周長(zhǎng)約 480 m，開(kāi)挖面積約 14 000 m2；基坑大面積開(kāi)挖深度約 21.55 m。

(2)基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑?xùn)|、西、北側(cè)為已建道路，基坑南側(cè)為本項(xiàng)目二期用地(現(xiàn)狀為空地)；需考慮基坑變形控制，減小基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響。

(3)根據(jù)本工程勘察資料，本工程基坑開(kāi)挖影響范圍內(nèi)土質(zhì)依次為：上部為填土，土性較差，厚度普遍約 2.5 m～4.5 m；以下為粉土層，厚度約 17.0 m，含水豐富且滲透性強(qiáng)；再以下為黏性土，土性較好，厚度約 15.0 m；黏性土層以下為承壓含水層，為圓礫層，厚約 20 m，該層土承壓水頭高、滲透系數(shù)大且水量豐富；圓礫層以下為基巖。

(4)本工程場(chǎng)地地下水分布復(fù)雜，主要賦存有兩層地下水，即淺部孔隙潛水以及深層承壓水。淺部孔隙潛水含水豐富且滲透性強(qiáng)，易產(chǎn)生管涌、流砂等現(xiàn)象。承壓水水頭較高且水量豐富，基坑開(kāi)挖至坑底后易產(chǎn)生坑底突涌?；釉O(shè)計(jì)時(shí)對(duì)上述兩層地下水均需考慮并采取針對(duì)性措施。

3.2 基坑支護(hù)剖面

基坑開(kāi)挖深度21.55 m，設(shè)計(jì)1 000 mm厚地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，兼做地下室外墻，即兩墻合一，墻底進(jìn)強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)石英粉砂巖隔斷承壓水，如圖2所示。

圖2 地下室典型支護(hù)剖面

(1)地下連續(xù)墻止水：地下連續(xù)墻本身采用抗?jié)B等級(jí)較高的混凝土澆筑，在地下連續(xù)墻兩側(cè)采用Φ850@600三軸水泥土攪拌樁加固可以有效地避免接頭位置出現(xiàn)滲漏水的現(xiàn)象；地下連續(xù)墻與底板的連接位置通過(guò)預(yù)留焊接止水鋼板的角鋼和基礎(chǔ)底板施工時(shí)設(shè)置膨脹橡膠止水帶等措施有效地控制地下水的滲漏。

(2)地下連續(xù)墻墻底注漿：地下連續(xù)墻底需進(jìn)行墻底注漿加固，每幅地下連續(xù)墻綁扎鋼筋籠時(shí)均應(yīng)預(yù)埋兩根注漿管，地下連續(xù)墻的墻身混凝土澆筑完畢并完成初凝以后，通過(guò)低壓慢速的滲透注漿，對(duì)槽底沉渣進(jìn)行充填處理，提高地下連續(xù)墻的墻身豎向承載力，減少與主體結(jié)構(gòu)間的不均勻沉降[2]。

(3)地下連續(xù)墻的槽段接頭：本工程擬采用工字形型鋼接頭。工字形型鋼接頭的拼接鋼板與先行槽段鋼筋焊接，后續(xù)槽段可設(shè)置接頭鋼筋深入到接頭的拼接鋼板區(qū)。該接頭不存在無(wú)筋區(qū)，形成的地下連續(xù)墻整體性好。先后澆筑的混凝土之間由鋼板隔開(kāi)，加長(zhǎng)了地下水滲透的繞流路徑，止水性能良好。工字形型鋼接頭的施工避免了常規(guī)槽段接頭施工中鎖口管或接頭箱拔除的過(guò)程，大大降低了施工難度，提高了施工效率。

(4)地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)接頭：采用地墻內(nèi)預(yù)留鋼筋接駁器和預(yù)埋鋼筋的方法與地下各層樓板連接。

(5)地下連續(xù)墻的墻面施工質(zhì)量與后澆筑的結(jié)構(gòu)墻體存在較大差距，因此建議主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)擬設(shè)內(nèi)襯墻，可同時(shí)改善內(nèi)立面和具有防潮作用[3]。

4 超深基坑棧橋?qū)我惑w化設(shè)計(jì)

因本工程基坑形狀為類矩形，尺寸約為 140 m×95 m。比較適合采用對(duì)撐結(jié)合4個(gè)角撐，對(duì)撐與角撐之間輔以邊桁架的形式。結(jié)合地下室深度及地下室樓板板面標(biāo)高豎向設(shè)置4道鋼筋砼內(nèi)支撐，平面布置如圖3～圖6所示。

圖3 第一道支撐平面布置圖

圖4 第二道支撐平面布置圖

圖5 第三道支撐平面布置圖

圖6 第四道支撐平面布置圖

由于基坑場(chǎng)地內(nèi)部異常狹窄，缺乏材料堆場(chǎng)、施工臨時(shí)用地及施工臨設(shè)等條件。同時(shí)需解決超深基坑大方量土方運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題?？紤]以上情況，往往會(huì)在支撐上方設(shè)置棧橋板帶作為施工場(chǎng)地的需求，并設(shè)置斜向及水平棧橋作為土方運(yùn)輸通道。考慮到施工經(jīng)濟(jì)性、便利性及環(huán)境保護(hù)等其他因素的影響。本工程采用支撐與棧橋相結(jié)合的一體化設(shè)計(jì)[4]。

為解決施工場(chǎng)地需求，在支撐上方設(shè)置鋼筋砼板帶，并對(duì)棧橋區(qū)域的鋼立柱及支撐梁進(jìn)行加強(qiáng)。該方式常見(jiàn)于多數(shù)基坑設(shè)計(jì)方案中。而斜向棧橋常規(guī)是位于非支撐區(qū)域，但成本增加較大且占用開(kāi)挖面。所以本方案采用在對(duì)撐位置設(shè)置斜向棧橋來(lái)解決土方運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題。

斜向棧橋與支撐一體化設(shè)計(jì)區(qū)域需考慮到土方車輛行走凈高和行程要求[5]，第一道支撐靠北西側(cè)邊跨5根連系梁均被取消。為保證支撐結(jié)構(gòu)的受力和穩(wěn)定性滿足要求，同時(shí)在取消的第2根與第4根連系梁位置增加門架式連系梁。門架連系梁做法如圖7所示。第二道支撐靠南東側(cè)邊跨5根連系梁均被取消。在第3～5根已取消連系梁位置增設(shè)門架式連系梁，門架式連系梁同第一道支撐做法。

圖7 門架連系梁詳圖

圖8 NT-1做法詳圖

圖9 斜向棧橋區(qū)域剖面圖

5 地下水的處理

5.1 地下水處理設(shè)計(jì)

在開(kāi)挖基坑過(guò)程中當(dāng)基坑底部隔水層的厚度減到一定程度時(shí)，承壓水的水頭壓力會(huì)沖破基坑底板，形成突涌現(xiàn)象。因此，當(dāng)基坑底部與承壓含水層相距較近時(shí)，應(yīng)按要求進(jìn)行坑底土體抗承壓水穩(wěn)定性驗(yàn)算。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(浙江省標(biāo)準(zhǔn)DB33/T1096-2014)，坑底土體抗承壓水穩(wěn)定性驗(yàn)算按下式，kw(安全系數(shù))不小于1.1：

Dγ/hwγw≥kw

本工程地下車庫(kù)區(qū)域按底板底考慮挖深約 21.55 m，塔樓挖深約為 23.30 m，承壓水頭高程按-2.00 m考慮。地下車庫(kù)基坑突涌驗(yàn)算如表2所示。

表2 地下車庫(kù)基坑突涌驗(yàn)算一覽表

本工程大面積開(kāi)挖深度為21.55 m，塔樓開(kāi)挖深度約 23.30 m，承壓水抗突涌安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，開(kāi)挖至塔樓底發(fā)生突涌現(xiàn)象的突涌可能性大。電梯井開(kāi)挖深度約 29.00 m，承壓水抗突涌安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，開(kāi)挖至電梯井底發(fā)生突涌現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)大。結(jié)合錢江新城臨近超深基坑工程設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，考慮到本工程基坑開(kāi)挖深度大，承壓水頭高，施工周期長(zhǎng)，緊鄰保護(hù)要求高的道路，周邊環(huán)境條件很敏感，本工程地下連續(xù)墻落底進(jìn)入基巖一定深度(2倍樁徑)隔斷承壓水，塔樓和電梯井范圍采取高壓旋噴樁封底加固，塔樓和電梯井范圍設(shè)置承壓水減壓井的承壓水綜合處理方案。

5.2 補(bǔ)設(shè)承壓降水井施工

因本工程過(guò)程中停工時(shí)間較長(zhǎng)，承壓降水井運(yùn)行時(shí)間大大超出了原計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間，2019年5月下旬，現(xiàn)場(chǎng)巡視中發(fā)現(xiàn)2#、3#、4#、7#、13#承壓降水井銹蝕比較嚴(yán)重，抽水過(guò)程中出現(xiàn)帶出泥沙甚至圓礫的現(xiàn)象，為防止出現(xiàn)突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，要求對(duì)該5口銹蝕比較嚴(yán)重的承壓井完成封閉。2019年8月上旬，現(xiàn)場(chǎng)水位監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)承壓水位上升至相對(duì)標(biāo)高-22.2 m，逼近底板底。對(duì)北區(qū)剩余10口承壓井巡視發(fā)現(xiàn)：1#水流夾泥，11#水流斷斷續(xù)續(xù)，10#、14#己堵死，不能再使用：9#、12#為觀測(cè)井，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量9#觀測(cè)井 9 m長(zhǎng)濾管僅剩余 3.5 m，其中 5.5 m被砂子、圓礫填滿，12#觀測(cè)井 9 m長(zhǎng)濾管僅剩余 1.5 m，其中 7.5 m被砂子、圓礫填滿；13#承壓井管壁繡穿，且曾發(fā)生管壁冒水現(xiàn)象，也已無(wú)法使用；能正常使用的井僅為5#、6#、8#。為確保承壓水位在施工過(guò)程中能始終處于設(shè)計(jì)降水深度，避免出現(xiàn)突涌及對(duì)后期底板封閉后抗浮造成影響，需在地下室補(bǔ)設(shè)承壓降水井施工。

5.3 新增承壓水降水井難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

(1)本基坑坑內(nèi)水位相對(duì)約-22.2 m，目前基坑已開(kāi)挖至 20 m，在動(dòng)水情況下進(jìn)行成孔施工極易造成孔內(nèi)塌方事故。

(2)為解決成孔過(guò)程中以及在井管下放過(guò)程中孔內(nèi)的穩(wěn)定，需要進(jìn)行鋼護(hù)筒施工，護(hù)筒直徑 700 mm，護(hù)筒壁厚采用 18 mm，護(hù)筒深度進(jìn)入第8-3層圓礫層至少 1 m。在動(dòng)水條件下成孔施工，護(hù)筒的設(shè)置可以防止孔內(nèi)漏漿、跑漿從而導(dǎo)致無(wú)法成孔，保證孔壁的完整性。

(3)護(hù)筒施工完成后在護(hù)筒內(nèi)進(jìn)行成孔鉆進(jìn)，由于圓礫石直徑較大，正循環(huán)施工無(wú)法通過(guò)泥漿將圓礫帶出孔內(nèi)，故采用反循環(huán)的成孔工藝更適合本工程的工況。

(4)護(hù)筒施工操作以及成孔施工操作在目前的開(kāi)挖面上，但井管需要接長(zhǎng)至第一道支撐上，一是方便后期在第一道支撐上進(jìn)行抽水運(yùn)行操作，再者可以更好保護(hù)井管防止再次受到破壞。成井結(jié)束后，對(duì)新增加的井加強(qiáng)保護(hù)工作。

(5)護(hù)筒施工采用高頻振動(dòng)器進(jìn)行施工。施工護(hù)筒時(shí)需要注意護(hù)筒的垂直度的控制。

(6)井管下放結(jié)束后，需要進(jìn)行濾料回填和黏土球和黏土的回填，考慮到回填黏土球和黏土是在動(dòng)水情況下進(jìn)行的，回填的密實(shí)度沒(méi)有正常工藝密實(shí)，故為防止承壓水因人為因素造成承壓水從孔壁向上冒水，在回填黏土球的同時(shí)預(yù)埋3根1寸鍍鋅管注漿管，在回填結(jié)束后護(hù)筒拔出后進(jìn)行壓密注漿，注漿直至現(xiàn)開(kāi)挖面返漿為止。

(7)根據(jù)前期施工的降水井的破壞情況分析，井壁銹蝕嚴(yán)重，地下水對(duì)井管的腐蝕比較嚴(yán)重，故井管的壁厚采用 10 mm的壁厚，防止井壁太薄而被銹蝕失去抽水的作用。

6 基坑監(jiān)測(cè)

按照規(guī)范要求，本項(xiàng)目在基坑開(kāi)挖過(guò)程中進(jìn)行了全過(guò)程的監(jiān)測(cè)，深層水平位移、支撐軸力及地表沉降等項(xiàng)目累計(jì)值均在設(shè)計(jì)警戒值之內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)側(cè)壁基本無(wú)滲漏，坑底無(wú)突涌現(xiàn)象，周邊環(huán)境道路正常使用，表明本項(xiàng)目的圍護(hù)技術(shù)措施針對(duì)性強(qiáng)，控制到位。

深層土體水平位移累計(jì)值最大為41.39 mm，位于基坑?xùn)|側(cè)，兩個(gè)大角撐之間。深層土體水平位移累計(jì)值第二大值為 39.09 mm，位于基坑西側(cè)，兩個(gè)大角撐之間。該兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均位于基坑中部，其中東側(cè)位置兩個(gè)角撐之間空隙較大，支撐剛度相對(duì)較小。故東側(cè)基坑變形比西側(cè)基坑變形大。其余位置深層土體水平位移累計(jì)值基本在 25 mm～35 mm之間(滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求)。圖10為水平位移累計(jì)值最大的地連墻計(jì)算變形與實(shí)測(cè)土體變形的曲線對(duì)比圖?？梢钥闯鲎冃蔚那€趨勢(shì)基本一致。土體變形實(shí)際變形比計(jì)算中地連墻的變形值要大一些。

圖10 地連墻計(jì)算變形與實(shí)測(cè)變形曲線對(duì)比圖

第一道支撐軸力最大值為2 866.1 kN，第二道支撐軸力最大值為 8 383.5 kN，第三道支撐軸力最大值為 10 019.4 kN，第四道支撐軸力最大值為 9 048.2 kN。其余每道支撐軸力之間的軸力值基本類似。根據(jù)支撐軸力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，第三道支撐軸力普遍大于第二道與第四道支撐。第二道支撐軸力與第四道支撐軸力接近。采用3道及3道以上支撐的基坑，其支撐軸力最大值不一定位于最下道支撐，其支撐軸力最大值可能位于第二道或第三道支撐。需根據(jù)支撐對(duì)應(yīng)位置的土層情況及支撐與坑底之間的距離有關(guān)。本工程第四道支撐底與底板底之間的距離僅 3.65 m，且第四道支撐以下為黏性土為主，坑底位于6號(hào)黏土中，該土層為軟可塑～硬可塑。第三道支撐對(duì)應(yīng)的砂性土在坑外降水面以下。結(jié)合以上等原因造成第四道支撐軸力小于第三道支撐軸力。

7 結(jié) 語(yǔ)

本工程為錢江新城較為深大的基坑工程，且周邊環(huán)境復(fù)雜，均為已建道路及其市政管線，如何控制超深基坑開(kāi)挖和基坑降水對(duì)周邊環(huán)境造成的變形是本工程的關(guān)鍵。本文主要結(jié)合實(shí)際工程分別對(duì)超深基坑的棧橋結(jié)合對(duì)撐運(yùn)用[6]和承壓水處理[7]兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。詳細(xì)介紹了承壓降水井銹蝕嚴(yán)重問(wèn)題，提出了處理方案，并有效地解決承壓降水井銹蝕可能造成的承壓水突涌問(wèn)題。對(duì)類似基坑工程設(shè)計(jì)與施工具有較好的參考借鑒作用。