上海轨道交通机场联络线软土、富水超深基坑施工技术

黄晓波HUANG Xiao-bo

（中交隧道工程局有限公司，北京 100088）

0 引言

超深基坑开挖较易引发基坑土体、基坑围护结构变形，进而导致临近建筑物的沉降。随着基坑开挖深度的增加，地下水系会变得更加丰富，可能会出现围护结构渗漏水、管涌、流砂、基坑底突涌等现象，进而可能产生基坑失稳、坍塌、临近地表沉降、塌陷、建构筑物开裂、破坏等工程病害。饱和粉土、粉砂容易形成流土、流沙，使得施工难度增加，基坑开挖时临时边坡容易失稳，致使施工过程的不安全因素增多，进而引发安全事故。如果在软土、富水超深基坑开挖的施工过程中，选择合适的基坑开挖及支护的方法，并针对施工过程中的重难点问题，提出具体质量控制及安全管理措施，既能够提高施工效率，也可以合理的控制施工风险，确保基坑自身以及其周边环境安全。旨在预防与治理软土、富水超深基坑病害方面具有一定的研究价值及指导意义。

1 工程概况

1.1 5、6#风井位置及周边情况

5#风井、6#风井位置位于上海市西侧，起终里程分别为：DK34+473.151 至DK34+503.751，DK40+250.874 至DK40+281.474。两风井建筑场地以绿化为主。其中5#风井周边局部少量建筑。由于6#风井场地在沔青一号河道上，故施工开始前，应该对沔青一号河进行导流施工，进行河道清淤回填处理，以保证施工基础稳定。

1.2 水文地质概况

按照工程所处位置以及上海地貌单元分区图，5#风井、6# 风井线路归类于滨海平原地貌类型，该地区地势比较平坦。5#风井、6#风井基坑场地周围水文地质情况如下所述。

1.2.1 地质情况

由上而下，5#风井、6#风井基坑场地开挖范围的土层依次为：①1填土、②1黏土、③1淤泥质粉质黏土、④淤泥质黏土、⑤1粉质黏土、⑤31粉质黏土夹粉砂、⑤32粉质黏土与粉砂互层、⑤33粉砂夹粉质黏土、⑤41粉质黏土、⑦1灰黄～灰绿色粉质黏土夹粉砂、⑦2粉砂，均属于软弱地层。5#风井、6#风井基坑场地开挖范围地质情况如图1 所示。

图1 5# 风井、6# 风井地质情况

1.2.2 水文情况

依据勘测结果与上海地区施工经验，5#风井及6#风井基坑场地开挖范围地下水分为浅部土层中的潜水以及中层的承压水。

潜水位于浅部土层中，埋深一般为地表下0.3 至1.5m，因降雨、潮讯、地表水的变化而有所不同，年平均水位埋深为0.5 至0.7m，地下水位埋深相对较浅。承压水水位一般低于潜水位，年呈周期性变化，埋深3.0 至12.0m。依据初步水位观测成果，⑤1-1微承压水水位埋深为3.88m，相应标高为1.10m，⑤32+⑦2层承压水水位埋深为5.30m，相应标高为-2.03m，⑦2层承压水水位埋深5.60m，相应标高为-0.75m。承压水水头较高，埋深较浅。

1.3 5#风井及6#风井结构形式及施工方法

本工程明挖工程基坑为超深基坑，采用超深地下连续墙+内支撑的支护方式。

5#风井、6#风井施工均采用明挖顺作法施工，因为施工工作面较小，采用整体进行基坑开挖的形式，并且按照顺序对主体结构进行施工。

2 施工重、难点分析

2.1 软土、富水地层地下连续墙施工重、难点分析

地区承压水水头较高，地下水埋深较浅，属于富水地区。该地质情况会影响地下连续墙的成槽质量，槽壁稳定性差，易发生塌孔现象，致使成槽困难，进而引发地面坍塌、沉陷等安全事故，在施工过程增添了极大的难度，产生巨大的经济损失。

鉴于施工安全整体考量，5# 风井、6# 风井围护结构均采用地下连续墙+内支撑的结构形式，地下连续墙深度均为66m，属于超长地下连续墙结构，且成槽厚度较大。根据工程的施工环境及水文地质情况，5# 风井及6# 风井基坑场地范围地下连续墙施工范围土层主要为：①1填土、②1黏土、③1淤泥质粉质黏土、④淤泥质黏土、⑤1粉质黏土、⑤31粉质黏土夹粉砂、⑤32粉质黏土与粉砂互层、⑤33粉砂夹粉质黏土、⑤41粉质黏土、⑦1灰黄～灰绿色粉质黏土夹粉砂，均为软土地层，且最深到达隔断⑦1层粉砂层，成槽范围内粉砂等不良土质较多。

本工程5# 风井及6# 风井地下连续墙厚均为1200mm，地下连续墙6m 划分幅，钢筋笼长度均为66m，竖向布设主筋众多，整体幅段钢筋笼的总重量达115 吨，连接困难，故本工程不宜采用分段吊装。钢筋笼长度较长，钢筋笼过重，导致吊装钢筋笼施工难度增大。

2.2 超深基坑开挖和支撑施工重、难点分析

超深基坑开挖容易引起基坑土体以及基坑围护结构变形，引发周边临近建筑物的沉降。随着基坑开挖深度的增加，地下水系更加丰富，随时会有围护结构渗漏水、管涌、流砂、基坑底突涌等工程病害发生，进一步可引发基坑失稳、坍塌、周边地表沉降、塌陷、建构筑物开裂、破坏等施工风险。如何保证超深基坑开挖稳定是本工程的一个重、难点。

5# 风井及6# 风井基坑开挖尺寸均为33×42.4m，5#风井开挖深度为35.05m，6#风井开挖深度为35.05m，结构埋深大，基坑开挖较深，地质为软土富水，地下水埋深较浅。超深基坑开挖使得基坑土体稳定性较差，承载力不足，易引起土体滑移，分层放坡开挖较为困难，导致基坑围护结构变形，造成周边临近建筑物的沉降。随着基坑开挖深度增加，地下水系愈加丰富，基坑突涌和基坑渗、漏水直接影响基坑开挖安全及结构施工。基坑安全等级为一级。因此确保超深基坑开挖稳定是本工程安全工作的一个重点。

3 软土、富水地层地下连续墙施工质量控制

针对不良地质状况，在地下连续墙施工过程中，要严格控制泥浆质量以及成槽施工工艺流程，最大程度的减少地下连续墙成槽施工时槽壁坍塌的现象发生。在地下连续墙钢筋笼制作、吊装和水下混凝土浇筑过程中要进行严格的质量控制，以保证地下连续墙的施工质量。

3.1 槽壁加固措施

如图2 所示，本工程在地下连续墙内、外两侧均采用Φ850 三轴搅拌桩槽壁加固，基坑内搭接200mm，基坑外搭接600mm，加固到整平地面以下的20m 范围，确保地墙成槽质量以及基坑稳定性，加大对三轴搅拌桩无侧限抗压强度0.8MPa 的监控，保证槽壁加固水泥掺量≥20%，空桩水泥掺入量≥8%，水泥等级采用≥42.5 普通硅酸盐水泥。

图2 地下连续墙槽壁加固构造图

3.2 泥浆质量控制措施

在地下连续墙施工过程中，泥浆性能的好坏能够影响到地下连续墙成槽施工时槽壁的稳定性，是一个很重要的因素。根据本工程的地质情况及类似地下连续墙施工经验，依据粉砂层的特点，增加泥浆浆面高度，合理优化泥浆配合比，稳固槽壁。本工程用膨润土制备泥浆，选用工业碳酸钠作为分散剂，并添加了一定量的CMC，以保证泥浆性能指标能够满足规范要求。施工过程中，要致使槽内充满泥浆，对泥浆质量要定期进行检验，依据试验过程实际情况，对泥浆指标进行相应调整，加大废浆回收量以及新浆补充量，控制泥浆指标在标准范围内。若长时间使用后，泥浆粘度指标减小，可掺加一定量的新浆进行调整；若粘度指标增加，可添加一定量的分散剂，但是若经处理后，指标仍达不到标准，要废弃。

3.3 钢筋笼制作、吊装质量控制

在钢筋笼制作过程中，应该提高钢筋施工平台平整度，严格依据设计图纸文件要求进行钢筋笼制作与加工，并且主筋焊接成闭合钢筋骨架结构。对各施工工艺环节的偏差进行严格控制，钢筋的搭接、焊接、锚固长度和弯钩等要符合《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（2015 版）相关规范，确保所有施工误差在允许范围内。严格检查各焊接工艺人员资质，并对焊接件进行工艺性试验，满足要求才能够持证上岗。认真检验制作后的钢筋笼，确保钢筋笼成型质量，当符合质量标准要求后，才可以起吊入槽。为了使得运输途中十字钢板不发生扭曲，可增设加肋钢板，并且在工地现场安装前拆除。在吊装前，对钢筋笼需要进行安全论证。必须依照图纸要求进行布设钢筋笼的横、纵桁架筋等构造钢筋，并依据施工吊装方案的吊点设置等进一步验算是否满足承载力及稳定性要求，依据验算结果，增强配置。因为采用的是整体吊装形式，使用2 台吊车抬吊，并且用横吊梁，同主、副钩起吊。为确保钢筋笼吊装安全平稳安放置地下连续墙沟槽内，配备400T 吊车作为主吊，260T 吊车作为副吊，采取横向二点纵向七点吊的吊点布置方式，分别对主、副吊点处吊点处进行钢板节点加强、圆钢节点加强处理。

3.4 RJP 地下连续墙缝止水措施

为避免基坑中地下连续墙渗、漏水对基坑开挖安全及结构施工的影响，本工程5#风井及6#风井地下连续墙接缝处均采用定角度（150°）直径2400mm 改良型RJP 高压喷射法进行墙缝止水措施。RJP 墙缝止水加固至地下连续墙墙底，上部穿越三轴搅拌桩，竖向与三轴搅拌桩应有不小于1m 的搭接，RJP 水泥掺入量初拟值≥40%，水泥等级≥42.5 普通硅酸盐水泥，其中28 天无侧限抗压强度不小于1.2MPa。

4 超深基坑开挖施工安全控制

4.1 基坑降水措施

降水质量是确保证深基坑开挖以及基坑稳定性的关键措施之一。由于5#风井及6#风井超深基坑开挖范围内地下水位埋深较浅，为确保基坑底板的稳定性，采取在基坑设置降水井的方式进行降水处理。为保证超深基坑地下水位的有效降低，5#风井、6#风井超深基坑降水井点位设置如图3。

图3 风井及6# 风井超深基坑降水井点位设置图

①基坑开挖前15～20 天，应采用坑内井点对坑底进行降水、疏干，以达到加固坑内土体的目的，降水深度可依据每层支撑开挖面深度而定，但是对于开挖到结构底板时，需要降至坑底以下2m。

②为避免地表水流入基坑，应该沿着基坑周围设有截水沟。纵向放坡开挖时，应在坡顶外设置截水沟、挡土墙，避免地表水冲刷边坡。

③基坑开挖后，应及时设置坑内排水井、集水井，避免基坑内部积水。采用排水沟及时排水，确保基坑安全。

4.2 基坑防突涌措施

①施工前，应该加强地质勘测，准确测得基坑含承压水地层分布及承压水水头。

②施工前制定详细的降水方案，并严格按照施工方案进行降水施工。

③严格按照设计方案对基底进行加固处理。

④基坑开挖过程中对围护结构进行监测。

⑤土方开挖过程中，严密监视降水情况，坑内水位必须满足设计要求。

⑥依据施工编制方案，及时布设钢支撑，并及时监测支撑应力变化情况，如有异常时，应停止土方开挖，查明原因，并进行有效处理。

⑦按照施工段，开挖见底后应该及时进行垫层、底板的施工，减少基坑暴露时间。

⑧若出现险情，应该及时处理，必要时需要向坑内回填砂土或回灌水。

4.3 地基加固措施

由于本工程位于有不良地质区域，要保证超深基坑开挖过程中基坑土体的稳定性，避免土体承载力不足，引发土体滑移等安全问题，在5#、6#风井深基坑开挖之前，采用三轴搅拌桩坑内“抽条”加固形式对基坑施工场地进行加固处理。地基加固措施如图4 所示。

图4 5#、6# 风井地基加固措施平面图

5 结语

本文依据上海轨道交通市域线机场联络线标段中软土、富水超深基坑地质水文状况，在连续墙、超深基坑开挖和支护方面分析了其施工重、难点问题。分别在槽壁加固、泥浆质量控制、钢筋笼制作、吊装、RJP 地下连续墙缝止水方面提出了具体质量控制措施；在基坑降水、基坑防突涌方面提出了施工安全控制措施。研究结果表明上海轨道交通市域线机场联络线标段软土、富水超深基坑施工技术保证了其工程的施工质量，规避了施工风险，研究内容在预防与治理软土、富水超深基坑病害方面具有一定的研究价值及指导意义。