复杂环境下深基坑施工方案动态调整及应急抢险技术

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

1 工程概况

外滩中信城位于上海市虹口区104#B1地块，是1 座国际5A标准甲级写字楼，总建筑面积145 524 m2，由街区型商业设施与1 栋超高层办公楼组成。基坑围护采用地下连续墙加内支撑的形式，挖土深度从－16.65～－22.75 m。坑边及深坑部位采用Φ650 mm@450 mm的三轴水泥搅拌桩加固或封底，主楼部位采用Φ1 000 mm@800 mm旋喷桩加固。3 道支撑采用钢筋混凝土结构，局部第4道支撑采用型钢支撑，栈桥为“二纵一横”（图1）。

图1 支撑示意

场地内第②3-a、②3-b 层渗透性强，在动水压力作用下易产生流砂、管涌现象。第⑤1-a、⑤1-b 层黏土层，土性相对上覆土层好，埋藏相对较浅，易变形。场地内第④层缺失。场区内约39 m以下第⑦层砂质粉土层为第1承压含水层。

2 施工难点

（a）基坑东西向长200 m，南北向长120 m，总面积13 857 m2，长边效应使得基坑中部变形较难控制，而长边中部的塘沽路一侧有较多老民居。深基坑的超大、超长带来的工作量相当巨大，需开挖约28 万m3土方。基坑开挖和基础结构的施工周期较长，造成基坑暴露的时间相对较长，对控制变形极为不利。

（b）地下连续墙由前一标段完成，平均充盈系数为1.14。在地下连续墙施工过程中，出现过多幅地下连续墙成槽后塌方严重，地下连续墙施工单位曾自查回顾在施工中另有41 处接缝存在不同程度的质量问题，由此导致接缝的抗渗效果难以确定。上述围护施工质量问题均是基坑正式开挖过程中的重大隐患。

（c）本工程地下管线情况复杂，离开地下连续墙最近的管线距离为3.65 m。基坑东北角的虹口大楼为上海市市级保护建筑，建造于上世纪30年代，距地下连续墙5.3 m。与基坑一路之隔的江西路、塘沽路民宅为2～3 层的老式石库门房，建造年代较早。虹口大楼与民宅在基坑开挖过程中可能产生不均匀沉降，出现房屋出现开裂，下沉等现象。

3 技术方案确立

3.1 基坑降水[1-6]

采用67 口疏干井降低基坑浅部第②3-b砂质粉土水位。场地内土层砂性较重且埋藏较浅，第④层缺失，约39 m以下第⑦层砂质粉土层为第1承压含水层，根据Visual MODFLOW模拟计算，布置10 口减压管井（坑外7 口，坑内3 口）。

3.2 基坑挖土、支撑施工

土方与支撑按照“时空效应”理论，遵循先撑后挖、分块分层开挖。首层土大开挖；第2 层土根据基坑南北向对撑的形式由中间向两侧展开，每块土挖完后尽快形成对撑，保证基坑的长边变形不至于过大，最后开挖的是虹口大楼角撑，此时基坑南北向和东西向的主撑均已形成。第3层挖土根据底板后浇带分区。

4 基坑施工方案动态调整及应急抢险

4.1 双管齐下——深井降水辅以轻型井点

第2道支撑第1次土方开挖后暴露出土体靠近地下连续墙围护第2道支撑标高处的土含水量较高，局部还出现流沙现象，严重影响挖土速度和装车方量。前期地下连续墙施工质量问题使得接缝部位渗漏点较多，坑内疏干井大量疏干降水后引起了坑外的地表沉降，而疏干井停止降水后地下水又快速反弹[7]。

为保证其余土方开挖不再出现类似情况，确定在第2道支撑尚未开挖区域及第3道支撑、基础底板开挖前采取轻型井点辅助原深井降水，双管齐下，达到了迅速固结土体的目的，提高了开挖速度，且不会对坑外环境造成破坏。

在距离地下连续墙5 m范围内，环形布置一圈轻型井点，控制坑外地下水对坑内的补给。由于本基坑较宽，轻型井点影响深度较小，坑中间加布6 套线状临时井点以减小水力梯度。根据三次开挖顺序，每阶段沿基坑围护内布置轻型井点降水，降水管打设深度5 m、7 m间隔布置，每阶段布置20 套轻型井点，整个基坑开挖共计布设60 套，每套井点约长50 m。

4.2 有据可依——抽水试验指导承压井最终布置

初始方案中布置了10 口降压井（图2），在正式布置打井前，对基坑承压水进行了抽水试验，以确定布井的合理性。

图2 井点布置

抽水试验采用多孔静止水位观测、单井抽水试验。布置一组单井抽水试验井（包括一口抽水多口观测）。

根据底板稳定性验算、降深等值线图确定出如电梯井深坑、主楼底板区等各开挖到某一深度究竟需要开启几口降压井来减压，确保基坑的安全（图3、图4）。

图3 开启3 口降压井（Y2、 Y4、Y5）后降深等值线

图4 开启4 口降压井（Y2、Y3、 Y4、Y5）后降深等值线

根据结果，对原方案中布置的10 口降压井进行了数量和位置的调整，数量上变更为8 口Y1～Y6、G1～G2，其中G1、G2为备用井，位置也相应进行调整，见图5。

图5 井点最终布置

4.3 有条不紊——不同程度地下连续墙渗漏的应急抢险施工

第1道支撑施工完成90%时，基坑内海宁路侧14～15轴及7～8轴坑内明水较多，且屡抽不尽。此时基坑开挖深度2.1 m，坑外海宁路沿街商铺及人行道地面开裂、沉降，监测数据反映该处地下水位下降较明显（日变量200 mm），初步判断为地下连续墙漏水。

对该部位地下连续墙接缝位置在旋喷桩基础上采用了双液注浆补强，加固深度为－1.3～－19.3 m，有效深度18 m，共布置了23 个孔。

第3道支撑开挖的第1块（江西北路侧1/1/F轴处）地下连续墙接缝处在第3道支撑标高－11.00 m处发生严重渗漏现象，不断有水及泥沙从漏水点涌入坑内。经协商立刻采用应急措施使用木楔和瞬凝水泥封堵，但在次日凌晨1：54失效，坑外的大量水夹带泥沙不断涌入，洞口尺寸由原100 mm×100 mm增大至500 mm×1 200 mm。随后采用的夹板加快干水泥的形式进行封堵仍没有成功，决定采取回填土。当日早上10：00开始，回填土上方又涌出大量泥浆，同时江西路一侧工地围墙出现多处裂缝，围墙及人行道下由于水土流失出现深1 m的空洞，情况相当危险。

针对上述情况，首先在围护地下连续墙外侧进行双液注浆配合填充注浆，在基坑内进行分层封堵。地面坍陷部位灌入水泥浆液，对坑外进行双液注浆，2 h后进行填充注浆，最后注入聚氨脂，距离地下连续墙300 mm处设5 孔双液注浆，孔距600～800 mm；距地下连续墙800 mm处设2 孔液注浆，孔距800 mm，共计7 孔；距地下连续墙800～1 200 mm处设4 孔填充注浆，孔距800 mm，距地下连续墙300 mm处注入聚氨脂共2 孔[8]。

外侧封闭完后，开挖坑内的回填土，封堵采用厚10 mm钢板。但次日22：00左右，封堵处再次出现漏水现象，两股水流从封闭钢板两侧流出。对此，首先在坑内从封闭的钢板边缝打入压浆管进行双液注浆止住冒水冒砂，随后从该部位基坑外打入压浆管，从坑外双液注浆，内外夹击将渗漏路径封闭。另外距离工地围墙800 mm处打设1 排填充注浆孔，进行填充注浆，注浆深度－2.0～－8.0 m，贴近地下连续墙外侧接缝部位设置了3 个孔，3#孔施工了旋喷桩，桩体标高－13.0～－22.0 m，旋喷桩施工完后在其上部再进行双液注浆，注浆深度－16.0 m至地面。2#孔进行双液注浆，注浆深－13.0 m至地面。

4.4 防患于未然——坑外地下连续墙接缝部位高压旋喷桩加固

由于之前第1块区域的渗漏点与深井出水量异常的深井所在地位置吻合，为此根据所有出水量异常井位及地下连续墙施工记录，确定了41 处进行加强止水处理，方式为高压旋喷桩，以防患于未然。加固采用了1 根Φ1 000 m两重管高压旋喷桩处理。4 处情况较严重的采用2 根高压旋喷桩，孔距300 mm。旋喷桩孔位共计45 孔。

另由于第3道支撑开挖的第1块（江西北路侧1/1/F轴处）90#地下连续墙接缝处在第3道支撑标高－11.00 m处发生过严重渗漏现象，为确保此处基坑的安全，经与各方协商后确定靠近漏水点处的基础底板先浇筑一小块（不浇筑至后浇带），该块距离东侧原后浇带和北侧集水井留出将来钢筋的施工区域。

4.5 灵活应变——挖土流程结合抢险加固及时调整

至第2道支撑施工完毕，局部围护及管线变形已较严重。考虑到中间部位的基坑变形已相当大，故对原由中间向两侧展开的流程进行了调整，第3道支撑施工时整个基坑的总体挖土流向为由西向东，首先开挖靠西侧江西北路目前变形相对较小的角撑区域，东西对撑形成后最后开挖东北角保护建筑虹口大楼区域。

1轴/C轴地下连续墙出现漏水现象，该部位进行坑外双液注浆加固，漏水点附近区域的1#、2#、3#、4'#及4''#块暂缓开挖，挖土流程变更为4#→5'#、5''#→5#→6'#、6''#→6#→7'#、7''#→7#→8#→9#，在4#→9#块开挖过程中，1#块漏水处封堵完毕再打设轻型井点，将漏入坑中的水抽掉。4#～9#块挖完后再开挖1#、2#、3#、4'#及4''#块（图6）。

图6 挖土流程

4.6 重点明确——关键部位设临时支撑

根据本工程的挖土分块，东西向对撑形成时间较长，可能造成江西北路侧地下连续墙围护变形较大，为防止该现象发生，在第3道支撑的3～6轴区域设置了3 处型钢对撑。预埋放置在支撑主筋间固定稳妥。本型钢对撑在该区域混凝土支撑侧模拆除后即安装，与第3道支撑同时拆除。

5 结语

本工程基坑施工首先明确了几个关键难点、特点，并制定了方案，但方案只是针对当前思考范畴内的措施，随着正式施工的展开，一系列预料之外的问题浮现。

但通过及时、有效的应急处理，虽然外滩中信城工程深基坑施工跨度达1年之久，整个施工过程仍确保了基坑安全及周边管线、保护建筑的变形都控制在了允许的范围内，又达到了预期的进度目标。