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。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

2、土管，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）。2米厚-4.46基坑封底?；由疃?2米，要挖穿第層暗綠色粘土層, 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)米，壓力約為273KN/M2。環(huán)

3、境保護(hù)困難。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)貫入度地基十強(qiáng)度（米）（米）(10八-5cm/s)（擊）(KPa)1a雜填土1.113.81粉質(zhì)粘土0.610.52粉質(zhì)粘土-0.090.70.093粉質(zhì)粘土-2.692.62.380淤質(zhì)粉粘土-5.192.50.080.56

4、5淤泥質(zhì)粘土-13.1980.8601a灰色粘土-17.894.7相對(duì)隔水層 2.4701b粉質(zhì)粘土 -20.8932.780褐綠粉粘土 -24.894相對(duì)隔水層16.31601b草黃粉砂-承壓含水層35.4>2001b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)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

5、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。在施工前我們米取了以下措施來(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)墻基槽開挖中發(fā)

6、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。 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 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

7、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)?？吭诓圻?，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

8、數(shù)223孑L,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23mi n,凝固強(qiáng)度 3 4Mpa/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 0.8 Mpa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

9、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?，F(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)

10、制接頭與槽壁間是無(wú)空隙的，這對(duì)防繞流更有好處。(7)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，張開尺寸2.5米。若在第層暗綠色粘土層、第層 草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層）施工中遇到難度時(shí)

11、，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，另一方面組織機(jī)械工程師抓緊修理?？紤]到停

12、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槽段回填后重新成槽對(duì)土體產(chǎn)生多次擾動(dòng)，影響較大

13、。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?？偨Y(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。工作井封底施工根據(jù)

14、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)合坑外深井降水封底方

15、案。為實(shí)現(xiàn)干開挖，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

16、水效果。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: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 取 10 KN/m3h取值按13m進(jìn)行驗(yàn)算則 hrw=13 X 19=247 KN/m2Hrw=(4.9+40.3-9.12)X 10=360.8 KN/m2注：自然地坪標(biāo)高+4.90m

17、, 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(qiáng)度不應(yīng)小于1.5 X 0.3608=0.5412M pa 。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 加固口 h1+Frch+f式中:Fs棸踩凳？.5椎牡酌* 丄2)rc椌準(zhǔn)庸談羲鬩隕掀驕 囟齲' N/m3 )椌哪詒謚卄丄)h1椉庸談羲愫穸齲丄）h2椀裝宓郊庸

18、灘愣X、穸齲丄）f砂、f加固椃直鷂 ?B層土體加固前后土體付著力，?。?/3）C(KN/m2)h= h1+ h2H=4.9+40.3-9.12=36.08mf 加固=(FsFHrw-Frch-f砂口 h2)/ U h1=(1.5 X 226 X 36.08X 10-226 X 19 X 13-0.5 X 53.3 X 5)/53.3 X 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/cm2 而C= qU/

19、2=5 kg/cm2f加固二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 砂口 h2 )口 f 加=(1.5 X 226 X 10 X 36.08-226 X 19 X 13-0.5 X 53.3 X5)/53.3 X 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=0.0368q a2W=bh2/6式中：q椌己稍兀丄g/cm2 ）a棸宓淖畛。幵魯丄）b棸

20、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(jìn)行驗(yàn)算均偏于安全）故 Q=M/W=0.0368X 35 X 172/(bh2/6)=0.0368 X 35 X 172X 6/64即抗彎能力0K。=34.9T/M2=3.4kg/cm2=0.34M pavIM pa設(shè)高壓旋噴無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qU =1M pa=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/ M2M=10 X W=10

21、 X bh2/6=10 X 82/6=106.07t/m2則 q二Hrw-(40.3-27.3)X 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

22、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

23、施工完后方可停止降水?？觾?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，便于土方的開挖，坑 內(nèi)采用邊降水邊開挖的方法，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

24、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)，封底施工中必須米取有效措施，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 C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

25、，進(jìn)行井內(nèi)開挖作業(yè)時(shí)，為了防止工作井底部開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 ,（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

26、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，凍土具備定強(qiáng)度之后，方可破土開挖，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 1 計(jì)算: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&

27、#39; N/m3 );H Y w棾醒顧沽r ?/p>此處 Y e 取 19KN/m3 ;丫 w 取 10KN/m3;則 h Y e=12 X 19=228KN/m2H Y w= (2.3+39.3) X 10=416KN/m2所以 h Y e-H Y w=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 X 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)承壓水的上浮力。析:要判斷井底加固隔水層在承壓水作用下的整

28、體穩(wěn)定性可按如下分式中：Fs棗安全系數(shù)，取1.5。F棗井底的面積（m2 ）。Y 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(wàn)加固、f砂棗分別為1b號(hào)土體加固前后土體付著力， 取（1/3 ）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 C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 Mpa，安全系數(shù)為2.2，也能滿足要求。第三種方案

29、：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，在工作井中央設(shè)置 1 口觀測(cè)

30、井，在工作井外設(shè)置2 口觀測(cè)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(guò)濾管總長(zhǎng)為 20m，位于埋深38m 58m 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37m 39m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、粉粒和砂粒

32、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。層。(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(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)，沒有滲漏和砂眼。(5)投砂量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)總量的 95%。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)。降水井濾管應(yīng)選用橋式過(guò)濾管。降水后井底穩(wěn)定性驗(yàn)算(1)井底水壓

33、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 Y wh=10 X 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二F h'Y e/FHy w=18X 12/10 X 10.5=2.05式中符號(hào)含義同前。由此可見通過(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)于上述幾種圭寸底方案，我們?cè)谡髑罅擞嘘P(guān)專家的意見后，對(duì)其進(jìn)

34、 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。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) 四十幾米深的高壓旋噴樁，據(jù)了解施工隊(duì)伍較少，

35、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。根據(jù)以上分析，我們決定采用

36、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，施工期間有專人定期監(jiān)測(cè)。2、對(duì)一幢間距2

37、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。開挖前先做抽水試驗(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。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 X 10-3 3.61 X 10-3 。(3)降水作業(yè)的泵型可選用