复杂环境下深基坑浅围护施工实践

中信泰富（中国）投资有限公司 上海 200041

1 工程概况

1.1 建筑结构概况

上海船厂（浦东）区域2E5-1地块项目位于上海市浦东新区陆家嘴金融贸易区，东邻即墨路，南邻东城路，西邻浦东南路，北邻银城路。

本工程基坑面积30 610 m2，裙楼区域挖深20.30 m，塔楼区域挖深23.25～28.30 m。基坑分南北2个分区实施，南区基坑面积约18 000 m2，北区基坑面积约12 610 m2。先施工南区基坑，待南区基坑部分结构出±0.00 m后，开始施工北区基坑。

1.2 水文地质条件

本场地内对工程有影响的地下水属于潜水类型，地下水高水位埋深为0.50 m，低水位埋深为1.50 m。

基坑开挖至20.30 m时，本场地第一承压含水层第⑦层承压水对基坑产生不利影响，需采取相应的降水防护措施，确保基坑安全。

本场地填土主要为灰黄色黏性土，填土相对较深，上部夹大量建筑垃圾且呈杂填土状，局部表层有混凝土地坪；北侧局部范围内填土较深，且回填主要是黏性土夹木屑等杂物，其上部一般为较大的碎混凝土块、砖头、石子等，形成大块建筑垃圾回填区。

2 工程难点、特点分析

2.1 周边环境保护要求高

本项目周边有多幢既有建筑，与本基坑围护结构最近距离为24 m，且基坑北侧另有2处银城路过街地道及顶管工作井，其中顶管工作井紧贴本项目基坑围护外边线。

由于本场地地下室边界已基本靠近了周边道路，周边道路上分布的地下管线，如煤气、雨水、电力、通信等市政管线均在基坑开挖影响范围内。如何在地下施工时确保周边管线的安全，是本工程施工的一个难点。

2.2 深基坑施工

本工程采用顺作法施工，水平支撑体系采用4道钢筋混凝土支撑，塔楼深坑局部架设第5道H型钢支撑。

本工程围护结构采用地下连续墙围护，其中塔楼区域采用厚1 000 mm的地下连续墙，地下连续墙深36.60 m，插入比＜0.77。裙楼区域采用厚1 000 mm的地下连续墙，地下连续墙深36 m。南北两侧基坑分隔墙同样采用厚1 000 mm的地下连续墙的形式，如图1所示。

深基坑施工是本工程的一个特点，也是本工程施工的一个难点。

3 施工关键技术及施工方案

3.1 施工关键技术

本工程地下连续墙深度较浅，插入比较小，随着土方工程越挖越深，地下连续墙极易发生“踢脚”现象。

所谓“踢脚”现象就是地下连续墙根部会发生一个向坑内发展的位移。若不及时有效地控制地下连续墙“踢脚”，随着它往坑内位移的数值逐渐增大，坑底的土方也将随之向上拱起，一旦拱起数值达到极限后，将会大大影响地下连续墙及基坑的安全，更严重的还会导致基坑坍塌。所以如何控制地下连续墙“踢脚”的发展是本工程土方开挖及基础底板施工时的首要任务。

图1 工程围护剖面示意

其次，由于本工程地下连续墙未能完全地隔断承压水层，绕流路径大大减少，故在基坑施工前期做抽水试验时，当坑内的承压水因抽水下降20 m时，坑外的水位也下降了约17 m。由此可见，坑内抽取承压水对坑外环境等因素影响极大。在后续施工过程中，“按需降水”及有效保护周边环境为整个降水方案的技术核心。

3.2 南坑土方开挖工况

为缩小围护变形、保证基坑安全，根据盆式开挖法先对撑后角撑的原则，采取跳仓土方开挖方式。合理分区、分块开挖，确保工程进度。

首层土方的开挖采用退挖的方式。局部由于需要形成栈桥须先行开挖，整体开挖原则为自西向东退挖（图2）。

图2 首层土方开挖分区示意

第2层的土方开挖流程为：第1道支撑混凝土强度达到80%，水位降至-9.85～-10.85 m，开挖1区，随挖随施工该区支撑；1区开挖完成后，挖掘机器设备及人员移至2区，开挖2-1区，相继开挖2-2区，随挖随施工该区支撑；2区开挖完成后，挖掘机器设备及人员移至3区，开挖3-1区，相继开挖3-2区，随挖随施工该区支撑；3区开挖完成后，挖掘机器设备及人员移至4区，开挖4-1区，相继开挖4-2区，随挖随施工该区支撑；4区开挖完成后，挖掘机器设备及人员移至5区，开挖5-1区，相继开挖5-2区、5-3区，随挖随施工该区支撑；5区开挖完成后，挖掘机器设备及人员移至6区，开挖6-1区，相继开挖6-2区，随挖随施工该区支撑。第3层及第4层土方开挖的流程与第2层土方开挖流程类似（图3）。

图3 第2～4层土方开挖分区示意

本工程围护墙较浅，未隔断承压水水层。考虑到过多、过早开启降压水井对环境、基坑本身都有不利影响，因此在第5层土方开挖时，采用“先浅后深”的方式进行施工。先将坑内承压水水位降至浅区底板以下，并完成浅区底板施工，待浅区底板全部施工完成后，再开启深坑处降压井，使得深坑处承压水位下降至深坑以下，进而施工深坑处基础底板结构。值得一提的是，考虑到基坑面积较大，为有效控制基坑变形，先对图4中的1区进行开挖并及时施工基础底板结构，从而将南区基坑分为东西2块，通过减少基坑面积，有效地控制围护的变形。然后再将东西2块基坑分别依据“先浅后深”的原则进行基础底板的施工。

图4 第5层土方开挖分区示意

3.3 浅围护体系降水施工技术

本工程共分为南北2个基坑施工，南侧基坑相比于北侧基坑挖深更深，安全隐患更大，故降水方案主要是针对南侧基坑。

南侧基坑约18 000 m2，共设置47口疏干井，28口承压井。潜水抽取原则为控制在开挖面以下1 m，以满足挖土及支撑施工需要即可。而承压井的开启主要是先通过稳定性验算，勘察报告显示，本基坑第⑦层最浅层面埋深为28.60 m。根据附近工程抽水试验成果和基坑降水的经验，该地区承压水头埋深约为8.35 m。因此，本着要保证工程项目安全又节省工程造价的原则，本次计算地下水位埋深在验算时取8.35 m，安全系数取1.1。

1）验算第⑦层承压含水层的稳定性。

2）根据上海市《基坑工程设计规程》（DGJ 08-61—1997），基坑底板的稳定条件为基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力，即公式：

式中：h——坑底以下隔水层的覆土厚度，m；

γsi——基坑底至承压含水层顶板间的各层土的重度，kN/m3；

H——承压水头高度至承压含水层顶板的距离，m；

γw——水的重度，取10 kN/m3；

Fs——抗承压水头稳定性安全系数，取1.1。

根据稳定性计算，若初始水位按8.35 m计算，当基坑开挖至地面以下16.48 m处时，上覆土压力约为222.75 kPa，基坑底板处于临界状态，应陆续开启降压井，以保证基坑开挖的安全。

在满足基坑安全的前提下，承压井应依次有序且尽量少开启。根据上述原则，在南侧基坑开挖第4层土方时，首先开启5口承压井，在开挖第5层土方（浅区底板区域）时，再开启9口承压井，最后在开挖深坑土方时，开启7口承压井，以满足现场施工要求。

为了更加有效地减少基坑施工时由于抽取承压水对周边环境的影响，在基坑南侧又增设了12口回灌井。

传统的回灌井回灌是采取一种加压回灌，即对回灌水源施加约0.1 MPa的压力，而结合本工程的实际情况，若仍采取加压回灌的措施，肯定会对地下连续墙施加一个额外的侧向压力，大大加剧其变形。同时考虑到基坑周边施工场地狭小，回灌井设置离基坑相对较近，亦不宜采取加压回灌措施。

根据上述几点综合考虑，本工程回灌井运用了自然回灌的一种方式，即不施加任何外部压力，仅靠水的自重所产生的压力进行回灌。在开挖第5层土方时，开启坑外的12口回灌井。采用自然回灌的每口回灌井起初回灌量平均为1.20 m3/h，后期回灌量渐渐趋于稳定，回灌量约1.00 m3/h。在回灌3周的时间内，坑外观测井水位上升约100 mm[1-3]。

4 施工效果

本工程深基坑目前已全部完成大底板浇筑并回筑至±0.00 m，根据现有监测数据表明：围护测斜最大变形值为80 mm；煤气管线最大位移变化量为-16.89 mm（图5）。

图5 围护测斜监测

同时地下连续墙的根部位移量最大为25 mm，由此可见，在浅围护深基坑施工过程中，围护测斜的变形量还是相当可观的，及时形成支撑体系且合理分区是确保基坑顺利施工的最根本原则。同时从图中也可看出，“踢脚”现象是明显存在的，但通过“由浅到深”地安排土方及基础底板施工，能有效并及时地控制“踢脚”的发展。

根据现场实际施工经验，回灌井的设置数量、回灌压力及位置需根据现场不同的环境进行相应的布置及压力的控制，在满足提升水位的要求下，尽量减少对围护墙体的影响是首要关注因素。

因此，在有效的措施应对和合理的施工布置下，本工程基坑施工成功地克服了前期预见、中期遇到的各种困难，在保护周边环境和确保施工安全的前提下，成功地完成了这样一个深基坑工程的施工工作[4,5]。

5 结语

本工程在地下连续墙插入比较小的情况下，安全有效地完成了深基坑的施工，为今后同类基坑施工提供了有效的参考经验及施工方式。但需要指出的是，地下连续墙入土深度的增加对墙体的变形、内力分布和基坑稳定性都是有好处的。当然，地下连续墙的入土深度在满足强度、变形和稳定性的要求之后，再增加墙长的作用并不明显，并且墙体总长度的增加，必然会增加造价。一言以蔽之，如何在安全可靠和满足使用要求的前提下，寻找最合理、最优化、最经济的设计，才是工程前期必须考虑的问题。