潮汐荷载作用下深基坑施工风险控制技术措施

潮汐荷载作用下深基坑施工风险控制技术措施
张益民
【摘要】上海国际航运中心东块工程紧邻黄浦江边,其周边环境及水文条件复杂.为此,对深基坑施工风险控制技术进行了分析和探讨.其中,通过控制钻孔灌注桩的钻机钻速及合理的泥浆配比,有效地控制了潮汐作用复杂受力情况下第②3层江滩土成孔的稳定性;通过合理布置降水井配合加长围护长度,解决了基坑开挖阶段坑底容易出现突涌的问题;采用旋喷桩止水帷幕,避免了潮汐动水压力对止水帷幕成桩质量产生的影响,为未来沿江地段受潮汐荷载和地下承压水作用下的工程提供了借鉴.【期刊名称】《建筑施工》
【年(卷),期】2017(039)008
【总页数】3页(P1149-1151)
【关键词】深基坑;潮汐荷载;承压水;施工风险控制
【作者】张益民
【作者单位】上海建工集团股份有限公司上海 200080
【正文语种】中文
【中图分类】TU753
在中心城区建造超深基坑，既面临场地狭小、恶劣的施工环境，又面临超深地下建筑建造本身的施工技术难题和环境影响控制技术难题。

特别是随着生活水平的不断提高，人们对于环境质量的要求也越来越高，同时对于环境保护的意识也在逐步加
强，所以在城市施工时，采用对环境影响小的施工技术将是未来的发展趋势。

以往对城市环境工程地质问题研究得比较多的主要是过量开采地下水或者因基坑降水而引起的地面沉降，然而在淤泥类软土广泛分布的沿海地区，超深基坑施工过程中面临的潮汐变化引起的潮水涨落，对淤泥质土的加载—卸载—加载的循环荷载
作用研究相对较少[1-4]。

因此，如何在超深基坑的施工过程中，掌握潮汐对基坑
土体卸载变化影响的规律，合理安排施工节点，有效控制周期荷载作用下的施工风险成为研究的重点。

本文结合上海国际航运服务中心东块工程的施工难点，提出了潮汐荷载作用下超深基坑施工风险控制技术措施，有效地控制了施工风险。

1 工程概况
1.1 工程地理位置
上海国际航运服务中心工程位于上海市虹口北外滩核心地域，西起公平路，北靠东大名路，南邻黄浦江，东至秦皇岛路，与外滩、陆家嘴共同构成上海“黄金三角”。

其中，东块工程位于虹口区杨树浦路100号，基地南邻黄浦江，北靠杨树浦路，
东侧为瑞丰大厦及秦皇岛路；含1#、2#、5#、6#共4栋楼，其中1#楼为最高楼，共34层，高约240 m；基坑占地面积26270 m2，围护总长度约700 m，开挖
深度为13.10 m，局部深坑挖深21.20 m。

1.2 工程水文地质概况
根据地勘报告，场地深120 m范围内土层按成因可以分为11层。

其中第②3层
黏质粉土较为深厚，为江滩土，江边自然沉积，层底标高-4.57 m，土体松散，内聚力几乎为0，内摩擦力稍大，但是在动水压力下无稳定性可言，且渗透系数较大，有效应力较小；同时，第⑦层存在承压含水层，水头高差较大。

1.3 周边环境概况
工程周边情况比较复杂，北侧道路下有较多管线分布，距离地下室外墙最近为
23.3 m，马路对面有若干2～3层民宅及1幢6层仓库，距离地下室外墙最近为40 m；东侧有1棵古广玉兰树（上海市二级保护树木），距离基坑内边线12～14 m。

此外，该侧拟建1条污水管（顶管法施工）及1座顶管接收井，距离基坑围护外边线1～2 m；南侧黄浦江老防汛墙距离地下室边线27～28 m，驳岸距离地下室38.1～50.9 m；西侧与中块工程交界部位存在泵站及雨、污水管道，管道穿越围护体。

2 工程难点
1）工程地质情况较差，钻孔桩施工容易出现坍孔、桩身扩径等不良现象。

工程钻孔灌注桩施工穿过的土质以粉质黏土、淤泥质粉质黏土、砂质粉黏土为主，土层厚度不等，土质均匀性差，不利于工程施工；其中第②3层江滩土较厚，土体砂性较重，渗透系数较大，在该层土中成孔时容易坍孔，需注意钻孔灌注桩与地下连续墙的成孔质量和三轴搅拌桩止水帷幕的有效性。

2）承压水压力较大，基坑开挖阶段容易出现突涌现象。

工程紧靠黄浦江，开挖深度达15.4 m，局部深坑达到21.3 m，场地内第⑦层土中存在承压水，水位平均高程为-0.68 m，水头高差大，承压水压力较大，基坑开挖阶段容易出现突涌现象，对坑底加固施工质量提出了较高的要求。

3）大型邻江基坑在不平衡荷载和潮汐双重作用下，受力情况复杂。

基坑北侧远离黄浦江，土体较为厚实，土压力较为稳定，是典型的土压力受力类型；基坑南侧距黄浦江临时防汛墙的最近距离不足5 m，根据潮位预测结果，基坑施工期间，黄浦江每天高低潮位差在2～3 m之间变化，潮汐使得基坑长期处在不断变化的不平衡侧压力作用下，受力情况更加复杂。

4）施工场地内地下遗留障碍物多，影响围护施工。

施工区域内障碍物主要为表层杂填土中混有的大量石块、建筑垃圾等物，由于三轴搅拌桩动力小、钻头直径大，
遇障碍物后不易钻进，所以当止水帷幕三轴搅拌桩遇障碍物（或者围护桩扩径等问题）后需绕过障碍物，再采用旋喷桩填充三轴桩与钻孔桩之间的空隙（图1）。

图1 围护遇障碍物处理措施
3 施工技术措施
3.1 控制钻孔桩钻进速度
针对工程地质情况较差，钻孔桩施工容易出现坍孔、桩身扩径等不良现象的问题，通过试成孔确定了成孔时的钻机钻速及合理的泥浆配比，有效控制了潮汐作用复杂受力情况下第②3层江滩土成孔的稳定性。

3.2 合理布置承压水降压井
针对工程第⑦层、第⑨层为承压含水层，在基坑开挖阶段坑底容易出现突涌现象的问题，采取在容易出现突涌的地点多布置备用降水井，根据降水水位情况进行抽水，同时加长围护长度，使围护桩穿过第⑨层土体隔断承压水等措施进行预防。

为满足上述降压井的设置要求，对现场降压井进行如下设计。

3.2.1 承压水初始水头确定
基坑开挖后，基坑底与承压含水层顶板的距离减小，相应地，承压含水层上部土压力也随之减小；当基坑开挖到一定深度后，承压含水层上部的土压力可能小于其含水层中的承压水顶托力，导致基坑底部失稳，发生突涌现象，严重危害基坑安全。

因此，在开挖深度较深的基坑开挖过程中，要考虑基坑底部承压含水层的水压力，按照计算及观测水位，根据需要对承压水进行降压，保障基坑安全。

通过计算，当承压水初始水头为3 m时，基坑主楼挖深区域处于临界状态，其余
基坑落深开挖区域均需采取降压措施。

在基坑开挖前应对场地内所布设的降压井进行抽水试验以确定开挖期间的初始水头以及出水量、抽水速率等相关参数。

3.2.2 降压井布置
根据勘察报告，第⑦层土层顶最浅处埋深30 m，为了保证降压井的质量，设置降
压井滤管上部的深度为30 m，据以往的工程经验，滤管的长度应设置为6～10 m，能够满足出水量的要求。

同时，在降水过程中基坑存在一定的稳定性风险，可能会导致基坑在开挖过程中产生突涌等不良后果，严重的会导致周边路面坍塌、管线断裂，甚至造成基坑塌方等事故。

为此，针对基坑降水工程进行了专项的降低承压水水位的分析，并对降水效果及降水影响做了初步评估。

地下水位埋深在验算时按承压水头埋深3 m考虑，在基坑
内布置24口降压管井，并结合现场情况设置4口观测井（必要时兼作降压井），能够满足基坑降压的要求。

根据计算结果，降压井主要布置在基坑内落深区周围。

同时，为实现在降水期间对基坑周边水位进行观测，确保承压水降水处于安全可控的状态，在基坑周边间隔50～60 m布置1口承压水观测井，坑外周边共布置12口观测井。

3.2.3 降水运行措施
降水工作应与开挖施工密切配合，根据开挖的顺序、进度等情况及时调整降水井的运行数量。

为避免降水井在实际运行中可能出现损坏而造成降水工程中断的情况，在布设降压井的时候适当地布设若干口备用降压井兼作观测井，以确保降水效果。

3.3 设置满堂连续旋喷桩止水帷幕
针对潮汐动水压力对止水帷幕的成桩质量产生的影响，为保证止水帷幕的可靠性，特在落深6 m区域设置6排、总宽3.8 m（落深4 m区域设置4排、总宽2.6 m）的满堂连续旋喷止水帷幕。

与其他的止水帷幕（如SMW工法桩、TRD工法桩等）相比，旋喷桩不受工程桩、立柱桩的布置影响，能连续密布；排设较宽的深层高压喷浆能互相弥补个别桩因垂直度偏差较大而带来的不利影响。

4 工程应用效果
工程施工过程中对围护墙体测斜、深层土体水平位移、围护顶沉降及水平位移和坑外地下水位进行了监测，用于验证施工风险措施的可行性。

4.1 围护墙体测斜
表1为围护墙体各测斜点累计变形的最大值，从表中可知，各孔的日累计变形较稳定，均未超过警戒值，最大位移点因围护结构处的支撑的约束条件相同而出现在深8.5 m处。

表1 围护墙体测斜最大值孔号 CX11 CX13 CX14 CX16 CX18 CX19最大累计变形量/mm 32.0 31.5 32.0 33.5 31.3 30.9相应深度/m 9.0 9.0 8.5 8.5 8.5 8.5 4.2 土体测斜
表2为各土体测斜点累计变形的最大值，从表中可知，土体测斜变形与围护体测斜变形相似，各孔的累计变形均未超过警戒值，最大值出现在深9.0 m处。

表2 土体测斜最大值相应深度/m 9.5 9.0 9.5 8.5 9.0 9.0
4.3 围护顶沉降及水平位移
从围护顶的沉降量和水平位移监测结果可以看出，基坑开挖期间围护顶沉降和水平变化最大的部位主要在靠开挖基坑侧的中间部位。

由于基坑面积大，开挖深度较深，相对施工周期较长，暴露时间较长，围护顶垂直位移采集初始值的时间较其他监测项目的时间更早，故导致围护顶垂直位移累计量超过报警值，鉴于支撑约束作用，围护顶水平变形属正常变形，所有监测点水平的日变化量和累计量均未到达预定的警戒值。

4.4 坑外水位
坑外水位监测项目的目的都是为了检验围护体结构的稳定性及帷幕的抗渗性能，监测数据显示，水位标高变化未超过报警值，各孔水位变化基本稳定。

从上述几点围护体的监测、土体以及水位的最终监测数据来看，本工程采用的为避免潮汐对围护体产生影响的各类方法是非常成功且卓有成效的，给基坑和上部结构
施工提供了非常好的施工环境，为工程的保质保量完成提供了先决条件。

5 结语
本文结合上海国际航运服务中心东块工程的施工难点，提出了潮汐荷载作用下超深基坑的施工风险控制技术措施，有效地控制了施工风险。

1）通过有效控制钻孔灌注桩的钻机钻速及合理的泥浆配比，很好地控制了潮汐作用复杂受力情况下第②3层江滩土成孔的稳定性。

2）通过合理布置降水井配合加长围护长度，使围护桩穿过第⑨层土体隔断承压水等措施进行预防，有效隔断了第⑦层、第⑨层承压含水层，解决了基坑开挖阶段坑底容易出现突涌的问题。

3）采用的旋喷桩止水帷幕不受工程桩、立柱桩的布置影响，能连续密布；排设较宽的深层高压喷浆能弥补个别桩因垂直度偏差较大而带来的不利影响，避免了潮汐动水压力对止水帷幕成桩质量产生的影响。

类似本工程深10～15 m的深基坑工程已相当成熟，但在沿江地段潮汐荷载和地下承压水作用下的应用实例较少，本工程的成功应用对未来沿江的类似工程具有借鉴作用。

参考文献
【相关文献】
[1]张二林,张宇亭,黄玉龙.潮汐作用下饱和软粘土地基孔隙水压力变化规律研究[J].水道港
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