超深基坑施工技術

1、超深基坑施工技術 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 工程師 助理工程師 工程師 引言 超深基坑的施工手段繁多， 涉及到基坑的圍護， 基坑支撐與開挖、 封底及環(huán)境的保護等各個方面的工藝， 施工難度和風險極大， 有很多失敗的先例， 特別是在承壓水的作用下， 實施干封底的例子還是比較鮮見。 本文從復興東路 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)境復雜等困難，成功進行了基坑制作并實施干封底的實例，來分析說明超深基坑的施工工藝。 工程概況 我們市政二公司于 99年元月承建了復興東路 220KV電纜砼頂管越江隧道工程。本工程工作

2、井在浦東， 接收井在浦西，頂管為2600鋼筋混凝土管，長度為 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結構，墻厚 0.8 米，連續(xù)墻入土深度 44.30 米，基坑開 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說應當屬于 難度較大的深基坑施工工程，其難度有以下幾點： (1) 連續(xù)墻施工。連續(xù)墻深度達 44米，按地質(zhì)資料土表下18米內(nèi)有流沙層，且要穿越堅硬的第 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)。 (2) 基坑封底?；由疃?2米，要挖穿第層暗綠色粘土層，2米厚鋼筋

3、混凝土底板坐落在層承 壓含水層中，承壓水水頭標高可達 -4.46 米，壓力約為 273KN/M2。 (3) 環(huán)境保護困難。工作井位于上海港務局東昌裝卸公司的場區(qū)內(nèi)，距黃浦江防汛墻約50米，場 區(qū)附近有上海油脂一廠的廠房和若干油罐，及長江航運公司供應站的建筑物，工作井與相鄰的煤氣過江 管工作井的中心距約為 41m 與煤氣儀表房距離不到 2米。 1997 年 2 月)。 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)勘察報告( 土層 編號 土層名稱 層底標高 ( 米 ) 層厚 ( 米 ) 滲透系數(shù) (X 10-5cm/s) 標準貫入度 ( 擊 ) 地基土強度 (K

4、Pa) 1a 精選文庫 60 3 雜填土 1.11 3.8 粉質(zhì)粘土 0.61 0.5 粉質(zhì)粘土 -0.09 0.7 0.09 粉質(zhì)粘土 -2.69 2.6 2.3 80 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 -5.19 2.5 0.08 0.5 65 淤泥質(zhì)粘土 -13.19 0.8 1a 精選文庫 灰色粘土 -17.89 4.7 相對隔水層 2.4 70 1b 粉質(zhì)粘土 -20.89 2.7 80 褐綠色粉質(zhì)粘土 -24.89 相對隔水層 16.3 160 1b 草黃色粉砂 承壓含水層 35.4 200 1b層為承壓含水層，水位埋深9.12米，相當于標高-4.46米。 地下連續(xù)墻施工 本工程地下連續(xù)墻為正 24

5、邊形，設計要求三抓一幅，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，單幅成槽時間較長，易產(chǎn)生 坍孔現(xiàn)象。且根據(jù)地質(zhì)勘察報告提供的資料，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)襯無支撐，且是逆作法，僅靠地下連續(xù)墻作圍護，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確保連續(xù)墻的質(zhì)量。 地下連續(xù)墻施工 本工程地下連續(xù)墻為正 24邊形，設計要求三抓一幅，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

6、間較長，易產(chǎn)生 坍孔現(xiàn)象。且根據(jù)地質(zhì)勘察報告提供的資料，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)襯無支撐，且是逆作法，僅靠地下連續(xù)墻作圍護，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確保連續(xù)墻的質(zhì)量。 【1】換土 在施工導墻前進行換土。 根據(jù)地質(zhì)勘察報告提供的資料，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，土體承載力差，又無法垂直自立，還會產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象，勢必影響導墻施工質(zhì)量，且 造成施工場地環(huán)境惡劣。在地下連續(xù)墻成槽時，由于槽段內(nèi)有雜物，會跟隨著成槽機帶下去，引起土體 位移造成槽壁坍方，影

7、響地下連續(xù)墻的質(zhì)量。為此我們進行換土。 回填土采用臨近工地挖出 34米層的黏土，清除雜物，分層夯實，在導墻施工時能垂直自立，充當外 模。 導墻基槽開挖中發(fā)現(xiàn)的下水道給以嚴密封堵，防止其成為泥漿的泄露通道，在井位外另排一道排水溝。 【2】槽壁注漿加固 由于槽壁注漿加固屬于標外工作量，考慮到注漿對槽壁質(zhì)量的必要性，經(jīng)設計、監(jiān)理、業(yè)主認可后進行 實施。 分析原因 地質(zhì)條件復雜 （即 地表下18米內(nèi)有流砂，墻體深度44米，須穿越堅硬的第層暗綠色粘土層以及第層草黃色粉砂層 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。 周邊環(huán)境惡劣 距黃浦江防汛墻約50米，場區(qū)附近有上海油脂一廠的廠房和若

8、干油罐，及長江航運公司供應站的建筑 物，工作井與相鄰的煤氣過江管工作井的中心距約為41m與煤氣儀表房距離不到 2米，他們對沉降要 求都較高。 承受動荷載大 在地下連續(xù)墻施工中，場地上有三輛大型設備要運轉(zhuǎn)，60噸重的成槽機在成槽時?？吭诓圻?，50噸、 100噸吊車在起吊鋼筋籠、預制接頭時也須在槽邊行走。 施工周期長 設計要求三抓一幅。成槽時，按工藝要求，先兩邊后中間，挖上部土體只須45小時，挖第層暗綠 色粘土層須15小時以上，挖第層草黃色粉砂層 （即上海市第一承壓含水層），用時也在15小時以上, 這樣，就是正常挖土也須 35小時，雖有泥漿護壁，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

9、周邊環(huán)境。 采取方法 為保證地下連續(xù)墻施工正常進行，不破壞周邊環(huán)境，特對地下連續(xù)墻兩側(cè)進行雙排注漿來加固土體，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)，施工時適當增加注漿量。 注漿參數(shù) 漿液配比: 單液注漿（水：粉煤灰：水泥：膨潤土 =130: 40： 200: 20) 雙液注漿（水：水泥：粉煤灰：膨潤土：水玻璃 =152： 200: 40： 4： 60) 18 23min,凝固強度34Mpa/2h 雙液漿的粘度 35,比重1.31.5，初凝時間 注漿壓力一般為 0.20.5Mpa,初始時略高 注漿流量一般為每分鐘 1

10、015升 注漿加固后土體強度可達到0.8 Mpa 采用砼榫式預制接頭取代常規(guī)的鋼鎖口管 砼榫式預制接頭在本工程中應用具有的優(yōu)勢: 砼榫式預制接頭是在地面上制作，其質(zhì)量比水下澆灌砼有保證。 砼榫式預制接頭強度比設計地下連續(xù)墻要高。預制接頭的鋼筋保護層為2.5cm，而地下連續(xù)墻鋼筋保 護層為9cm預制接頭的高度大于地下連續(xù)墻的高度；預制接頭主筋同地下連續(xù)墻相同，并按預制構件 要求增加相應的構造鋼筋，這樣同截面含筋量增加。 從結構受力分析，本工程是環(huán)狀多邊形，受力是環(huán)向壓力，由于預制接頭強度比水下澆灌砼地下連續(xù) 墻高，其受力就更具有優(yōu)勢。 預制接頭設計為H形，樁槽與地下連續(xù)墻咬合，樁連接采用鋼板連接

11、，接頭端面間加橡膠止水條來保 證防水。 現(xiàn)場有大噸位的起吊設備，拼裝后一次就位，對垂直度是有保證的。 預制接頭與地下連續(xù)墻是面接觸，而鋼鎖口管與地下連續(xù)墻是點接觸。在施工中預制接頭與槽壁間是 無空隙的，這對防繞流更有好處。 拔鋼鎖口管須用大噸位的起拔器，且反力大，對導墻影響大。另拔管時間較難掌握，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。采用預制接頭，就省去了該道工序，同時也克服了上述不足。 預制接頭底部為尖狀，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，確保預制 接頭在澆灌水下砼時不移位。 成槽機選型 考慮到槽段深度44米，底下有承壓水，泥漿比重達到1.3，決定選用

12、意大利進口的BN?2型成槽機，自 若在第層暗綠色粘土層、第層草黃 GP S?5型鉆機，先引孔再成槽，即兩鉆 重60噸，配備17噸重抓斗，寬度為 0.8米，張開尺寸2.5米。 色粉砂層（即上海市第一承壓含水層）施工中遇到難度時，采用 一抓法，確保成槽順利實施。 但在具體施工時還是或多或少遇 由于采取了以上加固及改進措施，使連續(xù)墻施工總體上得以順利進行。 到了一些問題，下面我們就一些主要問題進行詳細介紹和分析以及采取的對策。 施工機械損壞 由于連續(xù)施工，成槽機連續(xù)作業(yè)時間長，無保養(yǎng)間歇，極易造成設備的損壞，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

13、中，時間較短，而在 DQ1第三幅成槽至35米時出現(xiàn)成槽機壞，抓土斗齒斷裂等情況無法施工時，馬上加重泥漿的比重來進行 5小時 護壁。同時電召意大利專家趕過來檢修，另一方面組織機械工程師抓緊修理?？紤]到停頓時間較長，雖 有泥漿護壁，仍有槽壁坍塌的危險，經(jīng)與設計、業(yè)主、監(jiān)理商量后，對該槽段進行回填，回填材料采用 黃砂加石子，以利第二次成槽。當成槽機修理好后繼續(xù)成槽時，決定調(diào)整成槽作業(yè)時間，每挖土 必須停機半小時1小時，并組織專人進行保養(yǎng)，確保成槽機正常作業(yè)。 鋼筋籠無法就位 在吊放DQ1槽段鋼筋籠時，確實出現(xiàn)鋼筋籠放到38米時放不下去的現(xiàn)象。當 DQ1成槽結束時，量測深 度為44.5米，用超聲波測試

14、，槽壁雖有凹凸情況，存在少量塌方，但根據(jù)超聲波測試圖紙分析，鋼筋 籠應該放得下。出現(xiàn)這情況后，只得重新吊起，經(jīng)測試，成槽深度為42米，估計是由于 DQ1槽段回填 后重新成槽對土體產(chǎn)生多次擾動，影響較大。用超聲波重新測試，確實存在坍塌現(xiàn)象。經(jīng)與設計、監(jiān)理 商量后，馬上采取措施，一方面加重泥漿的比重，另一方面成槽機繼續(xù)挖土，至設計標高后及時清底， 終于將鋼筋籠順利放到位。 在吊放DQ5槽段鋼筋籠時，也出現(xiàn)鋼筋籠離設計標高1米時放不下去的現(xiàn)象。對超聲波測試圖紙分析， 無異常情況。根據(jù)以往經(jīng)驗，估計是預制接頭未放直的問題。就用100噸吊車拎高鋼筋籠，用 50噸吊 車吊預制接頭，重新放預制接頭，再放鋼筋

15、籠，最終順利就位。 總結：第一、槽壁注漿加固對成槽時引起的塌方問題能控制到最小，確保施工正常進行，達到設計要求 的質(zhì)量。第二、鎖口管改預制樁解決了連續(xù)墻中鋼鎖口管吊拔及砼繞流等難題。 工作井封底施工 根據(jù)設計圖紙及地質(zhì)資料可知：2m厚鋼筋混凝土底板底標高為-27.5m，完全坐落在第層草黃色粉沙層， 即承壓水層中。工作井地面標高為+5.00m,這樣基坑開挖深度將達 32米多。承壓水靜水標高可達-4.46m， 也就是說一旦坑底發(fā)生管涌現(xiàn)象，極短時間內(nèi)其水位就可上升二十幾米高。同時在開挖過程中還要用逆 作法進行內(nèi)襯施工。因此要實現(xiàn)設計要求的干封底，施工難度與風險極大，選擇何種封底方案將成為施 工成敗

16、的關鍵。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)驗以及調(diào)查了解的情況， 我們對以下幾種封底方案進行了研究探討，以決定其中一種方案實施。 第一種方案：高壓旋噴注漿加固結合坑外深井降水封底方案。 為實現(xiàn)干開挖，干封底這一目標，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 達到干封底的目的，同時坑內(nèi)采用逐級輕型井點降水進行土體疏干，實現(xiàn)干開挖。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 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，共計約

17、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，同時可 以減小由于降水引起地下墻的下沉，亦能提高被動區(qū)土體與墻體間的摩擦力，增加隔水層的整體抗浮和 防水效果。 井底隔水層的穩(wěn)定性、抗浮、抗彎驗算: 驗算井底隔水層穩(wěn)定性： 1B層粉砂承壓 擬在井筒底（-32.3-42.3m ）范圍內(nèi)通過高壓旋噴注漿加固形成不透隔水層，以阻擋 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算: hrc Hrw 式中：h椏擁椎郊庸痰酌娓叨齲丄） rc椉庸灘愕酌嬉隕賢斂慵尤0囟齲N/m3）; Hrw棾醒顧 沽？/P 此處 rc 取 19 KN/m3, rw

18、 取 10 KN/m3 h取值按13m進行驗算 則 hrw=13 X 19=247 KN/m2 Hrw=(4.9+40.3-9.12) X 10=360.8 KN/m2 注：自然地坪標高+4.90m, 9.12m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度不應 小于 1.5 X 0.3608=0.5412Mpa。 加固體抗浮力驗算： 在考慮加固體的抗壓強度之外還應考慮加固土層的整體穩(wěn)定性，即整個加固層能否平衡承壓水上浮力。 依據(jù)平衡條件按下

19、式進行驗算: FsFHrw=f 加固卩 h1+Frch+f 砂卩 h2 式中: Fs棸踩凳?.5 椎牡酌婊丄2) rc椌準庸談羲 鬩隕掀驕囟齲 N/m3) 卩椌 哪詒謚艸丄) h1椉庸談羲愫穸齲丄) h2椀裝宓郊庸灘愣欠穸齲丄) f砂、f加固椃直鷂?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 砂卩 h2)/ 卩 h1 =(1.5 X 226 X 36.08 X 10-226 X 19X 13-0.5 X 53.3 X 5)/53.3 X 8 =155.62K pa 則 C

20、=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算抗壓強度為1.5Hrw=0.5412Mpa外抗剪強度 C值不應小于10kg/cm2，即無側(cè)限抗壓強度為 qU=10kg/cm2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 砂卩 h2)卩 f 加 =(1.5 X 226 X 10X 36.08-226 X 19 X 13-0.5 X 53.3 X 5)/53.3 X 166.7 =7.46m 為確保高壓旋噴注漿加固的

21、效果，偏于安全取值為10mo即做10M厚高壓旋噴注漿加固來抵抗承壓水靜 水壓力。 注漿加固體抗彎驗算： 假之按a=17m的四邊簡支方板計算，應偏于安全。 M=0.0368q - a2 W=bh2/6 式中：q椌己稍兀丄g/cm2） a棸宓淖畛。対魯丄） b棸宓暮穸齲丄） 則 q=45-(40.3-27.30) X 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進行驗算均偏于安全） 故 Q=M/W=0.0368X 35 X 172/(bh2/6) =0.0368 X 35X 172 X 6/64 =34.9T/M2=3.4kg/cm2=0.34Mpav

22、1Mpa 即抗彎能力 OK。 設高壓旋噴無側(cè)限抗壓強度qU =1Mpa=10kg/cm2,其抗壓強度按qU /10計，則抗拉強度為qU/10=0.1Mpa o 為使加固體局部不產(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=10X W=1CX bh2/6=10 X 82/6=106.07t/m2 則q=Hrw-（40.3-27.3） X 0.8 （式中土體的比重取有效重度0.8T/M3 ） 25M的深處。 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 由于1B層為粉砂層，高壓旋噴加固無側(cè)限抗壓強度有可能提高到qU

23、 =2Mpa,這樣根據(jù)計算的結果， 降水只需降深約15M左右。因此加固以后取 R28進行檢驗，檢測 R28的qU值來驗證高壓旋噴加固計算 的可靠性，從而推算水位所需降至的深度。 坑外深井降水： 按上述的計算，隔水層的抗浮、抗彎均符合要求。但要使隔水層抗拉驗算符合要求，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。沿基坑周邊設四口大井，孔徑600mm井管325mm深度約 50m （包括15m的濾頭），井內(nèi)設揚程 50m以上深井潛水泵，觀測孔設 3個，孔徑300,井管108, 深度32m,坑內(nèi)2個，坑外1個，用于水位觀測。依據(jù)設計要求，先進行揚水試驗，測定實際的水文地 質(zhì)資料，進一步優(yōu)化降

24、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，以減小降水引起對地面沉降和周邊環(huán) 境的影響。降水期間應隨時進行水位的跟蹤觀測，控制水位在滿足井底卸壓和井底加固抗拉要求即可， 該部分水位沉降應根據(jù)抽水試驗和巖芯取樣結果應重新核實水位，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)設輕型井點降水: 井筒底通過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)采用逐級輕型井點降水疏干 坑內(nèi)的土體，便于土方的開挖，坑內(nèi)采用邊降水邊開挖的方法，輕型井點在坑內(nèi)呈“十”字型布置，輕 型井點間距為1.6m，對于24層土體由于每層開挖的土體厚度約10多米，每層土體應

25、分兩級降水， 每 次降水達到預期的效果后，拔出輕型井點，再開挖土體和逆作法施工內(nèi)襯。 第二種方案：工作井封底凍結加固施工方案。 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工程勘察報告（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，兩井穿過的土層大致可分為七個層段，其中 底板位于1b的粉砂層，呈草黃色，飽和，中密密實，天然含水量為22.130.8%，本層為第一承壓 含水層，層頂標高浦東井-24.89m，承壓水位埋深9.12m，相當于-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。 本方案設想對底板進行人工地層凍結加固，

26、人工地層凍結加固具有強度高，均一性好的特點，根據(jù)中國 礦業(yè)大學與上海隧道施工技術研究所的試驗資料，當凍結溫度達到-20 C時，對于工作井底標的 1b 土 層，其強度可達6.5 Mpa能滿足封底要求，同時采用凍結加固，無需進行疏干排水措施，環(huán)境影響小。 具體方案如下： 1、固封底 工作井連續(xù)墻施工結束后，進行井內(nèi)開挖作業(yè)時，為了防止工作井底部開挖和鋼筋混凝土底板作業(yè)過程 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)造一個具有 一定強度、穩(wěn)定的動土結構，以便封底工作順利完成。該凍結加固封底方案的工藝過程為： （1 ）工作井挖掘至地表以下 22m即標高為-17m處，

27、（在比較穩(wěn)定的灰色粘土層中）停止向下開挖， 鋪設混凝土封層，布設封口管準備凍結鉆孔施工。 （2）自混凝土封層向下鉆凍結孔（孔距 1.01.4m，孔深15.3m），并布設凍結管。積極凍結形成凍結 段總長度共15.3m ,（標高-17.0m-32.3 ），工作井底板上部凍結 8.3m，底板下部凍結5m（底板鋼 筋混凝土厚為2m），當溫度檢測表明凍土溫度達到設計要求，凍土具備一定強度之后，方可破土開挖， 工作面向下延伸。當挖掘超過工作井底板標高-27.3m厚，停止挖掘，綁扎鋼筋進行底板混凝土澆注。底 板制作過程，應進行維護凍結。其時宜留部分凍結管作鹽水循環(huán)，以保證底板澆注的順利安全 2、凍結加固穩(wěn)定

28、性分析 驗算井底凍結隔水層穩(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Y=19KN/m3空隙比e=0.75。 抵抗承壓水的坑底地基加固可按下式 h Y e Hy w 式中h椏擁字良庸痰酌娓叨齲丄） Y e椉庸灘愕酌嬉隕賢斂閆驕 囟齲 N/m3）; Hy w棾醒顧沽r ?/p 此處 Y e 取 19KN/m3 Y w 取 10KN/m3; 貝U h Ye=12X 19=228KN/m2 Hy w= (2.3+39.3 )X 10=416KN/mZ 所以 h Y e-H Y w=228-416=-188KN/m2

29、; 0.461 連續(xù)墻底的水壓為416KN/m2即0.416MP,以安全系數(shù)取1.5考慮則墻底凍結加固后強度應不小于 X 1.5=0.624Mpa。 加固土體抗浮力驗算: 在考慮加固土體的抗壓強度之外，還應考慮加固土層的整體穩(wěn)定性，即整個加固層能否隨時承壓水的上 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 o F棗井底的面積（m2）o Y e棗井底加固隔水層以上平均重度（KN/m2）o 卩棗井的內(nèi)壁周長（m。 h1棗加固隔水層厚度 h2棗底板到加固層頂厚度 1/3)C(KN/m2)。 f加固、f砂棗分別為1b號土體加固前后土體付著力，取

30、（ h,H同上。 所以, 若加固土層厚度為5m,則其加固后土體除滿足以上計算的抗壓強度0.624 Mpa之外，還要滿足其抗剪強 度c不小于715.83 Kpa。當凍結溫度達到-10 C時，凍土的抗壓強可達 3.00 Mpa安全系數(shù)達7.0左右, 同時抗剪也達1.5 Mpa，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，地面標高按+5.00米計），保證工作井挖土與封底時的安全，不發(fā)生冒 水冒砂。詳細如下： 1、降水方案 地質(zhì)資料提供第7層土中承壓水的

31、滲透系數(shù)為10-5cm3/h，但根據(jù)以往工程經(jīng)驗，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)進行計算，具體數(shù)值由抽水試驗確定，并根據(jù)試驗結果調(diào)整降水 方案。根據(jù)理論計算結果，本方案擬設計7 口降水井和3 口觀測井，其中井內(nèi)3 口降水井，井外4口降 水井，在工作井中央設置 1 口觀測井，在工作井外設置2 口觀測井，具體位置布置見下圖所示。選用 80m3/h?40m3/h 的深井泵。 降水井深定為60m,井管直徑定為325mm過濾管總長為20m,位于埋深38m58m處，過濾管以下2m 為沉淀管，過濾管以上為井壁管。過濾管外按“供水勘察規(guī)范”要求填砂至濾管頂以上8米處，以上填 粘

32、土球15米，剩余部分填黃泥直至地面，井口填埋砼或水泥。 觀測井深定為40m井管直徑采用108mm過濾管總長為2m位于埋深37n 39m處，過濾管以下1m 為沉淀管，過濾管以上為井壁管。過濾管外按“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。 為調(diào)節(jié)降水井出水量，控制水位降深值，在各個降水井內(nèi)設置回流管和回流閥。 2、降水及井位布設原則 為減少降水對周圍環(huán)境的影響，提高基坑內(nèi)土體強度，應以基坑內(nèi)降水為主，外降水為輔。根據(jù)理論計 算，工作井底板施工時，若開啟井內(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?？?/p>

33、慮到封底時的絕對安全，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4 口降水井。 3、降水施工技術要求 (1 )井點出水含砂量應小于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 1/100000。 沉降，這種不均勻沉降隨時間而不斷發(fā)展，若由于抽水將土層中的粘粒、粉粒和砂粒帶出地面，且抽水 時間長，將加快不均勻沉降的速度，對環(huán)境造成破壞。根據(jù)以往經(jīng)驗，含砂量應小于 (2) 孔壁垂直度應控制在 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，井管管頂標高偏差不大于 10厘米，井管應垂直位于孔中央, 井

34、管不得碰到孔壁。 (4) 井管焊接要求嚴實，沒有滲漏和砂眼。 (5) 投砂量不應小于設計總量的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。過細的砂將增大水流阻 力，減少井出水量；過粗的砂將使井管外的砂土通過人工砂間的空隙隨水流流入井管內(nèi)。 (7)降水井濾管應選用橋式過濾管。 4、降水后井底穩(wěn)定性驗算 (1) 井底水壓力計算: 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Ywh=10X 10.5 =105(KN/m2)。 105KN/m2, (2) 井底粉砂抗管涌驗算 由

35、于深井泵的降水作用，由上面計算可知在井底附近的承壓水壓力降低為 因此，安全系數(shù) Fs=F h Y e/FH y w=18X 12/10 X 10.5=2.05 式中符號含義同前。 由此可見通過深井降水之后，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 下面的土體不加固也能滿足要求。 對于上述幾種封底方案，我們在征求了有關專家的意見后，對其進行了詳細的分析和論證，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施方案。具體分析結果如下： 對于高壓旋噴注漿結合深井降水方案，我們認為： (1) 井底高壓旋噴注漿加固，自地面開始鉆孔并實施。其加固深度達到40m左右，由于深

36、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)的逐級輕型井點降水施工。而采用基坑外降水對周邊 環(huán)境的影響大。 (3) 高壓旋噴壓力較大，一般可達 40Mpa左右，而連續(xù)墻為分幅式結構，有可能會使墻體產(chǎn)生變形。 (4) 旋噴加固體與連續(xù)墻的界面附著力能否達到理論要求。 (5) 四十幾米深的高壓旋噴樁，據(jù)了解施工隊伍較少，缺乏必要的施工經(jīng)驗。 2、對于井底凍結加固方案，我們認為一是土體凍結周期長，影響施工工期；二是凍結的土體會產(chǎn)生膨 脹，對連續(xù)墻維護結構會產(chǎn)生多大的影響缺乏理論與經(jīng)驗數(shù)據(jù)；三是缺乏相類似工程的施工經(jīng)驗。 其他還有井底注漿結

37、合降水方案(與第一種方案類似)以及水下封底等方案。對于水下封底方案，由于 本工程設計的結構形式為連續(xù)墻形式，我們認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硬 的第層暗綠色粘土層，要實施水下封底工期太長。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。 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，可充分利用其他工程實 施時的經(jīng)驗與教訓；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周邊環(huán)境所產(chǎn)生 的影響；三是相對其他方案來說其施工周期短以及費用低等。 方

38、案確定后，在正式施工前，我們認為雖然采用內(nèi)降為主的方案，但是，對于深井降水從理論上說，基 坑內(nèi)的三口井大量抽吸地下水也還會使地面產(chǎn)生沉降，影響周邊環(huán)境。對此我們在具體施工中做了充分 的準備，采取了以下對策： 1、嚴格執(zhí)行信息化施工要求。對附近的主要構筑物、防汛墻以及地表布設了大量的沉降觀測點，另外 在工作井四周增加了四個 45米深的分層沉降觀測孔，施工期間有專人定期監(jiān)測。 2、對一幢間距2米左右的建筑物預先采取加固措施，一是采用一排9米深樹根樁進行隔離；二是在靠 基坑一側(cè)預留注漿孔。 3、嚴格控制降水井的成井質(zhì)量，按照上文所提的7點技術要求嚴格施工。 4、開挖前先做抽水試驗，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