浅谈超深基坑施工实践

艾志伟（杭州市地铁集团有限责任公司，浙江 杭州 310000）

1 工程概况

下沙风井位于钱塘江北岸，沿16号大街和之江东路交叉口布置，为大小盾构转换井。风井起始里程右K41+287.129，终点里程右K41+443.861，风井长156.732m。

风井为三层单跨混凝土箱型框架结构（局部二层），下三层中间设有中隔墙。风井小里程端头井宽18m，深度约21.27m，大里程端头井宽19m，深度约28.88m，标准段宽13.1m，深度约20.3m～25.6m。基坑采用1000mm和1200mm的地下连续墙，工字钢接头。

2 水文地质情况

2.1 工程地质情况

本工程场地勘察范围内，可分为7个大层，细化为16个亚层。根据地质纵剖面分析，下沙风井结构底板坐落于③7-1砂质粉土夹淤泥质粉质黏土层与③7-2黏质粉土夹砂质粉土层，基坑连续墙墙趾位于⑫3含砾中粗砂。工程地质情况见表1，地质剖面图如图1所示。

表1 下沙风井主要工程地质特性表

图1 下沙风井地质剖面图

2.2 水文地质条件

孔隙潜水和孔隙承压水，分述如下：

2.2.1 孔隙潜水

拟建场地浅层地下水属孔隙潜水，主要赋存于表层填土、③层砂质粉土、粉砂中，由大气降水径流补给以及江水的侧向补给，潜水水量较大，地下水位随季节变化。

2.2.2 孔隙承压水

根据勘探揭露，拟建场区存在的孔隙承压水分布于深部的⑧3层粉砂、⑫3层含砾中粗砂、⑫4层圆砾中，水量丰富，隔水层为上部的粉质黏土层，承压水主要接受古河槽侧向径流补给，侧向径流排泄。本次勘察布置2个承压水观测孔，以观测⑧3层粉砂及⑫3层含砾中粗砂和⑫4层圆砾的承压水水位埋深及高程，承压水水位埋深、高程一览表见表2。

表2 承压水水位埋深、高程一览表

3 深基坑施工的主要施工技术

3.1 三轴搅拌桩止水帷幕

（1）本工程在地连墙两侧设置了单排三轴水泥搅拌桩止水帷幕，搅拌桩水泥掺加量(重量比)，基坑外侧15%，内侧坑底以上15%，坑底以下22%，桩径Φ850@600；

（2）水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1.5，桩体28d侧向抗压强度＞1.5MPa，施工过程中应加强计量控制；

（3）水泥土搅拌桩采用二喷二搅的施工工艺，在桩体范围内必须做到水泥搅拌均匀，桩体垂直度偏差不大于1/200，施工采取严格控制桩距等有效措施以保证搅拌桩的搭接；

（4）桩体施工必须保持连续性，搅拌桩外排套打，内排咬合250mm，桩与桩的搭接时间不大于12h。

通过开挖后检查，本基坑的止水帷幕效果很好，坑壁桩缝之间渗水现象较少，为基坑施工和基坑变形控制带来便利。

3.2 地下连续墙

本基坑地下连续墙深度为62.5m，为有效隔断承压水，地下连续墙需入黏土层1m，由于地下连续墙深度范围内有粉质黏性土层，含水量大、孔隙比大、强度高、渗透性差，同时③号土层又是砂质粉土，施工时易产生塌孔、缩径现象，因此，施工中采取提高泥浆比重，适当井点降水，以确保施工质量。

本工程桩采用金泰SG60成槽机，成槽过程中通过泥浆循环池、沟槽进行循环。其基本工艺：测量放样、导墙制作、成槽施工、清基或接头处理、接头箱吊放、钢筋笼吊放。技术关键为：

（1）导墙制作。导墙质量的好坏直接影响地下连续墙的边线和标高；

（2）成槽施工。开挖槽段按设计要求间隔开挖，严格控制泥浆的液位，保证泥浆液位在地下水位1.0m以上，并不低于导墙顶面以下50cm，液位下落及时补浆，以防塌方；

（3）清基及接头处理。成槽至标高后，连接幅、闭合幅应先刷壁，采用在重型抓斗侧焊接接头刷进行接头清刷，后扫孔，扫孔时抓斗每次移开50cm左右，雌性接口成槽完毕达到设计标高后，插入接头箱，接头箱后空隙内填砂包；

（4）接头箱吊放。槽段清底合格后，先吊入钢筋笼，然后在型钢接头后面抛填砂袋，抛填砂袋距笼顶10m左右时，用履带吊将接头箱垂直插入工字钢背后间隙，并将砂袋压实。

基坑开挖后检查仍发现有局部桩发生扩径的情况，分析疑为混凝土浇筑过程中供料不及时等待时间过长导致塌孔而致。因此，应注意在水下混凝土浇筑过程中一气呵成，不能有太长的时间间隙。另一原因是③号砂土层成孔质量不稳定所致，因此，应加强砂土层的护壁质量。同时，还发现有少量的桩露筋，分析认为应与塌孔有关。

3.3 地基加固

风井基底和地下连续墙阴角处采用二重管高压旋喷桩进行地基加固，下沙风井基坑大小端头井采用满堂加固，标准段采用3m宽抽条加固，加固深度为基坑下4m。

本处主要说明高压旋喷桩的施工工艺：测量定位→桩机安装就位→启动钻机→启动注浆泵送水→钻进→至设计深度停转→插入注浆管→旋转喷浆提升→至设计高度停浆→提升注浆管→清洗管路→移机。

3.4 基坑降水

由于本基坑场地地下水位较高，水量丰富。通过实验，③层单井水量264t/d，降水工作十分重要，按设计要求，基坑周围上部做好排水工作，防止雨水流入基坑；基坑内、外降水井水位高差控制在5m范围内，作为坑外降水启动条件。坑内潜水水位控制在开挖面下1m，坑外水位暂按降至地面标高以下10m计。基坑开挖采用疏干井降水；开挖到一定深度后，为防止承压水层因覆土厚度不足而导致坑底透水，采用深井减压降水；疏干井和降压井应在基坑开挖前20d完成。同时，为防止坑内加固的水泥浆堵塞管井，宜在坑内土体加固后施工。坑内疏干井须在封闭的止水帷幕形成后方可降水，开挖前进行预降水，并加强观侧，降水须随着开挖进度逐步降低水头，同时，为防坑内管井失效，在坑外应布置一定数量的观测井兼备用井。

（1）疏干井降水设计：本基坑面积2991m2，根据抽水试验并结合降水经验，以一口井服务200m2的面积布置，共设17口疏干井，疏干井深度18m～25m。

（2）降压井设计：基坑底板稳定条件，要求底板底至承压含水层顶部间土压力应大于承压水的压力，即H×RS＞FS×RW×H。

计算表明，在坑深18m处，抗突涌验算已不符合安全要求，需进行降压降水，用有限元差分法预测，坑内布置了4口降压井和2口降压备用兼观测井。

（3）抽水试验：为确保抽降水效果，在深井全面施工前做非稳定抽水试验，即在抽水钻孔中保持水量稳定，不考虑水位变化或保持水位稳定而改变水量，以测定水量、水位随时间的变化过程。

（4）深井完成后，开启全部降压井降压，直至达到24m降压深度，稳定6h，然后停止抽水观测水位恢复情况，每小时一次，记录水位水量，试验表明降压井布置已满足要求。

本工程抽降水效果总体较好，但在挖③7层淤泥质土时效果差，水疏不干。通过分析，主要原因是与其下的⑥层淤泥质黏土土层渗透性差有关，即在③7层下形成了一个隔水层，水渗不下去，而本层淤泥质土含水率又高，疏干井相对较少。而在淤泥质土层挖完后，后期挖土的疏干效果都满足施工要求。因此，降水施工应按照设计和施工规范加强试验，再决定实际的抽降水方案。

3.5 土方开挖

基坑开挖前，围护结构和地基加固已经达到设计强度，降水已经达到设计预期效果后开始进行基坑开挖。本工程基坑土方开挖周边安全环境要求特殊和严格，在开挖过程中掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，按照竖向分层、纵向分区、横向分块开挖，先支后挖，深基坑底预留3m厚土体，需结构流水段底板混凝土强度达到设计要求后，方可开挖下一结构流水段底板的预留土方。由于本基坑较深，最大挖深达28m，出土量6万多m3，如何将深坑内土有效快速挖运出去是一个难题。下沙风井土方开挖第一层土、第二层土采用后退式开挖，第三层全部开挖完成后施作第三道混凝土支撑，然后再分级放坡开挖。

下沙风井为地下两层结构，开挖深度参数见表3，具体施工流程如图2和图3所示。

图2 开挖深度18m以下土方示意图

图3 基坑土方开挖施工示意图

表3 基坑开挖深度参数表

3.6 支撑体系

本基坑设置了三道混凝土+四道钢支撑水平支撑系统，第一道支撑系统中心标高为4.8m，冠梁截面为1200mm×1000m。钢筋混凝土主撑截面采用900mm×800m，混凝土角撑截面2000mm×2000mm；第二道支撑系统为Φ609钢支撑；第三道混凝土支撑系统围檩截面为2500mm×1600m，钢筋混凝土主撑截面采用1200mm×1000mm；第四道支撑系统为Φ800钢支撑；第五道混凝土支撑系统围檩截面为1600mm×1200m，钢筋混凝土主撑截面采用1600mm×1200mm；第六、七道支撑系统为Φ800钢支撑。

钢管支撑在基坑旁提前拼装，开挖到钢管支撑标高时，及时安设钢管支撑。在基坑开挖中将充分利用“时空效应”，钢支撑的安装和预加轴力的施加控制在8h以内。

开挖前，准备好合格的支撑以及施加支撑预应力的各项装置、仪表，考虑到所加预应力损失10%，应经常检查施加预应力的油泵装置，使之运行正常。支撑预应力施加顺序为：0→20%→105%预加轴力。

3.7 施工监测

由于地下工程的复杂性，因此必须有科学、合理的监测系统来作为基坑施工的参考。通过监测可以达到：①及时发现不稳定因素；②验证设计、指导施工；③保障业主及相关社会利益；④分析建设场地的施工特征。

本工程的监测内容：

（1）围护结构方面：墙顶沉降、墙顶位移监测、墙体测斜；

（2）水平支撑系统方面：支撑轴力监测；

（3）水工监测方面：坑外地下水位监测、坑内承压水位监测；

（4）环境监测方面：周边地下管线及建筑物的变形、坑外地表沉降、坑外土体测斜。

由于篇幅所限详细的监测方法、过程、原理、设备等不再叙述，以2018年04月02日基坑最后一块底板浇筑完成的监测数据简单说明，见表4。

表4 监测日报表

从表4可以看出，本基坑开挖对周边环境影响是显而易见的，而基坑自身的围护结构趋于安全，因此，对于临近重要道路、建筑和环境要求高的基坑，其支护结构应趋于保守。坑边绿化带下的煤气、给水、污水等管线都进行了迁移，避免事故发生。同时，16号大街临时封堵，确保了基坑和周边环境的安全。

4 结语

地铁工程下沙风井超深基坑已顺利完工并通车，富水含沙地层深基坑施工时降水工程极为重要，为类似地层基坑开挖积累了一定的经验。随着工程行业的快速发展，该超深基坑经验在后续地铁建设中已得到了广泛借鉴应用。