某深基坑项目应对复杂地质的技术方案及应用

刘 宁 上海陆家嘴金融贸易区联合发展有限公司

1 前言

地下空间的高效开发与利用，十分契合城市空间的延伸拓展需求。近年来，大城市商业项目深基坑、大型基坑十分普遍，技术方案日趋成熟[1-3]。

随着深基坑技术的深入发展，应对复杂地质条件下，采取有效合理的措施减少不利地质条件的影响，满足建筑结构的安全使用，成为建筑开发领域专项课题[4-5]。

本文通过上海市松江区某深基坑工程，对中等液化场地，同时场地局部⑤⑥层土层缺失的复杂地质条件的研究，采用合适的技术方案，应用于桩基、基坑工程的实例，并经地质勘察复核满足设计条件。以期为今后深基坑项目于特定地质条件的应用提供参考。

2 工程概况

项目位于上海市松江区，为深基坑工程。地下室建筑面积约8.1 万平方米，地下二层，基坑面积共计4.2万平方米，分为A、B两个基坑。

土层条件复杂。（1）本场地20.00m 深度范围内分布的饱和砂质粉土平均液化指数Ile为12.40，平均液化强度比Fle为0.63，根据岩土工程勘察规范DGJ 08-37—2012《上海市岩土工程勘察规范》第

8.3.10 条判定，③2-1 层、③2-2 层及③2-3 层土均属液化土层，场地属中等液化场地，设计时需按建（构）筑物的抗震设防类别采取相应的抗液化措施。（2）场地西北角局部⑤⑥层土层（不透水层）缺失，致③2-3层与⑦层直接连通（图1、图2）。须采取合理、有针对性的施工技术方案，以确保工程安全可控。

图1 基坑平面及⑤⑥层土层缺失区域的平面图

图2 ⑤⑥层土层缺失区域的工程地质剖面图

3 关键技术方案研究

3.1 中等液化场地的分析研究及技术方案

根据勘察报告，③2-1 层、③2-2 层、③2-3 土层及场地属中等液化。地下二层，筏板基础底标高为绝对标高（上海吴淞高程）-6m～-7m，基础底标高以上的土层，因采取支撑围护体系及大开挖方案将土方予以挖除，不需考虑中等液化场地对设计承载力的影响；基础底标高位置及以下的土层，需重点研究抗液化处理措施。采用预制空心方桩做工程桩，结合工程桩选型进行针对性加强，参照预应力混凝土空心方桩图集，经结构设计计算，选用PHS-B450（250）-13、15，桩长28m 作为主要桩型，采取如下方案。

①液化区范围内及液化区下1.5m范围内箍筋全长加密至50mm，即将上节桩底部3m 范围及下节桩顶部10m 范围箍筋间距加密至50mm，增加基桩延性。

②采取单节PHS 预应力空心方桩穿过液化区，避免液化区存在方桩接头，增加方桩的整体性。

③适当加长PHS 预应力空心方桩桩顶的灌芯长度，即灌芯长度增加至4m。

④PHS 预应力空心方桩与基础连接形式采用灌芯混凝土钢筋连接的形式，钢筋锚固长度≥40d，增加桩与连接的整体性。

⑤PHS 预应力空心方桩和灌注桩在液化区的摩阻力按照上海《地基基础设计规范》第8.4.4 条进行折减。

⑥基坑开挖涉及第①层至第③2-1层，基坑开挖过程中该层土应尽量少转运土以防止液化，多开明沟和集水井加强明排，必要时再增加采用轻型井点辅助降水。同时，经与地勘及设计专家研究分析，采用PHS 预应力空心方桩，施打过程中对土体产生挤土效应有助于降低液化土层的影响，可在工程桩施工完成后，对土体的液化程度再次勘察，获取数据进行比对，如仍判别为中等液化，需进一步采用压密注浆等必要的技术处理方案，以消除液化土的不利影响。

3.2 ⑤⑥层土层缺失的分析研究及技术方案

由于A坑西北角局部⑤⑥层不透水层缺失，导致③2-3 层与⑦层直接连通，若要隔断不透水层，则整个A 坑均需隔断⑦层，进入⑧1 层，止水帷幕长度将达到35m，考虑本工程基坑周边环境较为宽松，采用悬挂式止水对周边环境影响较轻微，因此，采用悬挂式止水，普遍区以插入基底以下8m为原则，③2层与⑦层连通区以插入基底以下12m 为原则。该⑤⑥层缺失区域及坑边一周，增加疏干井的布置，按照单井有效面积250m2布置，并增设观测井兼减压备用井。

组织勘察、设计专家进行踏勘，对基坑范围内轴线1-8/A-G 区域采用掺加部分消石灰满足土方外运，拌制比例（体积比）石灰∶土=7∶100。绝对标高-5.45m～-6.45m 为1m 厚普遍区域的底板位置，约2767m2区域内需要掺加消石灰，土方量约4000 立方米左右，对区域垫层以下15cm 的土层进行置换，垫层底标高普遍区域为绝对标高-6.45m，置换采用新鲜消石灰，灰土体积比为3∶7 并予以压实，以满足施工要求。结合现场实际条件，经实测检验后在拌制土方与消石灰前，应对场地内的地表明水用泵将水排干。外运土采用挖机将消石灰掺入原土混拌制后，运出现场，垫层下局部置换土层采用新鲜消石灰拌制固化地基土。土方开挖过程中，需重点加强局部⑤⑥层土层缺失区域的疏干井深井的布设，以加固连通区域的土体，提高该区域内的土体抗力，减少坑底隆起和控制围护结构变形量。针对基坑挖至底标高区域，③2层与⑦层连通区将受到第⑦层承压水影响，在相应连通区布设深井降压井来降低承压水水头高度，保障基坑施工安全。同时于坑内布设观测井，以应对承压水头周期性变化带来的不利影响。为解决⑤⑥层土层缺失区域，需于短期内完成土方挖除形成围护体系的工程难点，配备足量挖土施工机械，确保该区域内四个取土点同步开展土方挖运工作，统一管理，保证土方运输组织有力及路线通畅。基坑开挖至垫层底标高后，立即进行验槽及底板施工，减少坑底隆起变形的不利影响。提高基坑监测频率，有效指导特殊区域的施工。并针对性编制应急预案，在基坑施工中备有注浆机械留用，如发现⑤⑥层土层缺失区域的变形过大产生围护渗水，立即对相应区域采取注浆加固措施。

工程控制：①原材料控制。土方：土方开挖时，根据现有土质预留。消石灰：新鲜的消石灰。拌制用水：根据现场实际情况，采用原土层提供拌制灰土所用的水。②主要机具：挖掘机，自卸汽车，推土机。③底基层验收：在灰土换填前先行验基层，控制深度，根据现场实际情况，要求对需拌制的区域进行验收。为满足进度要求，本工程将运至现场的消石灰用挖机掺入原土层，拌制成型后运出施工现场。局部置换区域的土层在现场拌制后直接铺平压实，一次成型，以利后续工序施工。

工艺流程：①土方外运区域：检查消石灰质量→土方开挖→掺入消石灰与灰土拌合→翻晒→运出施工现场。②置换区域：同①→铺灰土→压实→找平验收。③灰土拌合：将消石灰与灰土拌合，严格控制配合比（体积比），拌合均匀，多次拌合，颜色一致。④消石灰与灰土拌合应控制含水量。按现场实测方法，针对拌合灰土予以晾晒或洒水。⑤施工工艺：根据现场情况采用场内拌合的方法。在连通区域土层周边选取场地进行灰土拌合，原土平铺至场地上，进行洒石灰，使用机械进行拌合，经多次拌和后翻晒多次且保证均匀后，在满足底板区域的土体要求后进行换填。使用机械进行压实，完成后进行养护，周期不少于3d，同时及时施工底板及其垫层防水层，保证围护体系的安全。

4 应用及结论

4.1 针对液化场地的施工方案应用

工程桩采用PHS 预制空心方桩，施打完成后产生挤土效应，经过补充勘察，勘察报告中“本场地20.00m深度范围内分布的饱和砂质粉土平均液化指数Ile为3.86，平均液化强度比Fle为0.86，根据岩土工程勘察规范第8.3.10条判定，③2-1、③2-2及③2-3 层土均属液化土层，场地属轻微液化场地”同时经过设计复核，采用预制桩空心方桩箍筋加密等技术方案研究中的加强措施，并经桩基静载荷试验验证，设计桩基承载力检测报告可满足抗压3000kN/单桩，抗拔1500kN/单桩的要求，满足设计要求。

4.2 针对⑤⑥层土层缺失的施工方案应用

对⑤⑥层土层缺失的区域，针对③2与⑦层连通区域，⑦层承压水会对③2 层潜水进行补给，外围止水帷幕深度超过降水井8m以上，区域桩长适当增加插入比，务必保证足够的绕流距离，无须隔穿⑦层（若要隔穿⑦层需采用超深三轴搅拌桩），也不需在基坑内部的③2 层与⑦层连通区域边界再设置止水帷幕。在该区域增设观测井兼减压备用井，同时采取掺加部分消石灰（图3）满足土方外运要求，垫层底标高置换土层采用新鲜消石灰拌制固化地基土等措施（图4）。经过本项目实践，采用悬挂止水可满足基坑开挖条件，过程中加强监测力度，备有应急救援物资，满足基坑验槽及相关设计条件，按工程节点进行底板施工。

图3 ⑤⑥层土缺失区域技术方案实施中

图4 ⑤⑥层土缺失区域技术方案实施效果

5 结束语

本项目作为深基坑工程，地质条件较为复杂。从地质勘察至工程桩施工阶段、土方开挖阶段，技术处理方案紧密结合具体工况，既要确保工程安全可靠，又要减少对工程进度影响，针对中等液化场地及⑤⑥层土层缺失区域，分别采取预制桩桩基选型加强、加长灌芯长度加强与底板连接、拌消石灰夯实基底等技术方案，同时施工期间预制桩对土体的挤密作用得到地质勘察报告的验证，可为今后应对复杂地质条件下的技术方案及施工积累经验。