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复杂地层条件下敏感环境深基坑工程的设计和实践

2020-07-14 197 上传者：管理员

摘要：上海SK大厦项目周边环境保护要求高、地层条件复杂、主楼工期要求高。结合项目的工程特点和难点，提出了针对性的应对措施，成功的进行了复杂地层条件下敏感环境深基坑工程的设计和实践。

关键词：
地下水处理
复杂地层
工程地质
深基坑
钢骨混凝土梁
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上海作为长三角经济发展的核心区域，城市建设始终走在全国前列。随着对地下空间的需求和关注的不断提升，地下空间开发过程特别是复杂地层和敏感环境条件下深基坑工程中面临的诸多问题逐步凸显。本文以上海SK大厦基坑工程为背景，重点介绍了项目中遇到的难点问题和应对措施，可为类似项目提供一定的工程借鉴。

1、工程概况

1.1 基坑概况

上海SK大厦项目位于上海市世博园区黄埔江南延段ES2单元15-1地块，由耀龙路、耀元路、济明路、友诚路合围。本工程为地上60层，总高约275 m的超高层建筑，地下整体设置3层地下室。项目基坑面积约20 900 m2，基坑周边延长约560 m。裙楼区域开挖深度约15.5 m，塔楼开挖深度约18.5 m。本工程采用整体顺作的施工方案，采用800 mm厚“两墙合一”地下连续墙结合三道钢筋混凝土支撑的支护方案(见图1)。

图1 基坑环境平面图

1.2 环境概况

本工程周边环境敏感，保护要求较高。基地周边主要保护对象为场地周边道路、管线和地块间连通。场地东北角地下室外边界位于轨道交通7号线控制线(50 m退界线)以外约6 m，围护体设计时可不考虑基坑开挖变形对隧道的影响，但应重点关注基坑抽降承压水对地铁隧道、管线、连通道等周边环境及设施可能会造成的不利影响。

1.2.1 地质概况

拟建场地位于上海市浦东新区世博板块浦江耀华商务区，地貌类型为滨海平原。基地属古河道分布区，表部土层分布不稳定，场地西侧地段分布为第(1)3层江滩土，东侧则为第(2)层分布区;中部土层分布相对稳定，开挖面上下主要为流塑第(3)层淤泥质粉质粘土层和第(4)层淤泥质粘土层;下部土层第(9)1层顶面埋深有起伏，局部甚至缺失，第(9)2层分布相对稳定(见表1，图2)。

表1 土层物理力学性质综合成果表

图2 场地内江滩土分布示意图

1.2.2 地下水情况

场地内的地下水可分为潜水、微承压水和承压水三种类型。

潜水一般赋存于浅部土层中，主要补给来源为大气降水入渗及地表水径流侧向补给，勘察期间水位标高约为4.40 m～3.81 m。

微承压水赋存于第(5)2-1层砂质粉土、第(5)2-3层砂质粉土和第(5)3-2层砂质粉土、粉质粘土互层中。上述土层之间分别分布有第(5)2-2层粉质粘土夹砂质粉土及第(5)3-1层粉质粘土，由于第(5)2-2层及(5)3-1层中夹有多量薄层粉性土，各微承压水层之间存在着一定的水力联系，另外，第(5)3-2层之下分布第(9)层砂土承压水层，承压水直接补给(5)3-2层，水量丰富，从而使得本场地内微承压水层与承压水层之间亦有水力联系。根据勘察期间对微承压水的监测情况及注水试验结果，微承压水的水头埋深约为4.0 m。

深层承压水赋存于第(9)层砂土中，承压含水层与其上覆的微承压水层相互连通。根据上海地区长期水位观测经验，承压水水头低于潜水水位，埋深呈年周期性变化，水位埋深约为3.0 m～12.0 m。深层承压水层埋深较深，对本工程影响较小。

2、基坑实施难点及应对

2.1 敏感环境条件下地下水应对方案

本工程深层分布有第(5)2-1层、第(5)2-3层和第(5)3-2层等微承压含水层，经计算复核，第(5)2-1层、第(5)2-3层承压含水层不满足承压水稳定性要求，存在突涌风险。因此，本工程需针对第(5)2-1层、第(5)2-3层承压水进行减压降水，由于本工程东北侧邻近轨道交通7号线控制线，且周边道路下存在大量市政管线以及地块间的连接通道，为减少基坑实施期间长时间、大面积抽降承压水对周边环境的不利影响，基坑的止水帷幕应考虑隔断第(5)2-3层，并进入第(5)3-1层一定深度，以尽可能形成相对封闭的帷幕体系，切断坑内外承压水水平向直接的水力联系(见图3)。

图3 典型剖面示意图

另外，根据勘察报告揭示，场地内的微承压含水层和深层的承压含水层之间仍有一定的水力联系，为了防止微承压含水层的竖向补给造成坑外的深层微承压水头下影响地铁，考虑在该侧设置回灌井等措施减少本工程降水实施对地铁的影响。

基坑实施期间仍需设置相应的降压疏干井，对坑内承压水采取按需降压。基坑正式降水实施前，需对承压水头进行观测，复核承压水稳定性能否满足基坑开挖要求。同时，基坑开挖前，应进行试抽水，检验降水井和降压疏干井的实施效果。以防止大量抽降承压水对周边环境，特别是地铁隧道、连通道等产生不利影响，确保本工程基坑周边环境的相对安全。

2.2 复杂地层条件下围护质量控制措施

根据勘察报告显示，场地西半部浅层分布有较厚的松散的第(1)3层江滩土，该土层一方面在地下连续墙成槽施工时易发生塌槽问题，造成地下连续墙夹泥夹砂，严重影响地下连续墙成墙质量和隔水性能;另一方面，在基坑开挖时易受扰动，在动水压力作用下较易发生流砂和管涌险情，危害基坑和周边环境安全。

为增强地下连续墙成槽稳定性，同时，也增强地下连续墙的止水性能，在江滩土分布区域地下连续墙槽段两侧设置三轴水泥土搅拌桩进行槽壁加固，槽壁加固深度至基底以下4 m。槽壁加固搅拌桩采用套接一孔法施工，搅拌桩成桩采用二喷二搅的施工工艺(见图4)。

图4 江滩土区域槽壁加固示意图

而对无江滩土分布的东部区域，在地墙接头外侧设置三根品字形800高压旋喷桩，以增强接头处的止水和防渗性能，止水旋喷桩桩底嵌入基底以下4 m。

2.3 考虑主体结构实施进度的支撑布设对策

由于业主对塔楼施工进度相当关注，塔楼工期直接制约项目总体工期。为不影响塔楼施工，避免由于拆撑工况等情况造成塔楼工期及进度受影响，在支撑水平及竖向布置时考虑对塔楼区域的避让。局部位置杆件无法避让塔楼剪力墙时，考虑对相邻区域支撑体系进行加强，并在首道及第二道支撑内预埋型钢钢骨。在基坑开挖阶段，保持现有支撑体系的完整性，而在地下结构施工阶段，根据塔楼剪力墙在未拆撑前先要向上施工的需求，凿除局部相碰位置型钢钢骨梁外包混凝土，保留内包型钢梁，待拆撑时再同步进行割除(见图5，图6)。

图5 支撑布置平面图

图6 钢骨混凝土做法示意图

3、实施效果

本工程基坑面积大，开挖深度深，总体体量较大。基坑自2015年8月首批土方开挖至2016年8月地下结构施工完成总历时近1年。基坑实施期间较为顺利，施工流水衔接顺畅，实施过程中按照设计和相关规范的要求对围护体系及周边环境进行了全面的监测。以下以典型监测项目为例对项目的实施效果进行简要说明(见图7)。

图7 施工现场支撑实景

3.1 围护体水平位移监测

根据现场基坑监测结果，开挖到基底时，基坑普遍区域地下连续墙水平变形约75.2 mm，基础底板浇筑完成后变形趋于收敛，拆撑阶段围护体水平变形略有增大，地下结构施工完成后，地下结构总变形约75.8 mm(见图8)。

图8 围护体水平位移

3.2 地铁沉降监测

根据现场基坑监测结果，基坑实施期间地铁南侧隧道最大沉降量约3.0 mm，北侧隧道最大沉降量约1.2 mm，整体变形较为稳定，满足地铁主管部门变形控制相关要求。

4、结语

本工程为大面积深基坑工程，基坑面临着周边环境敏感、地层条件复杂、工期紧张等诸多难点问题。设计结合项目情况，采用地下连续墙结合内支撑的支护方案，并提出针对性的地下水处理方案、围护质量控制措施和支撑布置对策，保证了项目的顺利实施。从实施效果来看，支护结构安全，周边环境可控，为类似工程提供一定的工程借鉴。

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