上海大型超深基坑降水挖土和支撑的施工技术.docx
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上海大型超深基坑降水挖土和支撑的施工技术
上海市卢湾区108地块项目大型超深基坑
降水、挖土和支撑施工技术
摘要：
本文探讨了在软土地质情况下，通过某项目实例，介绍了超深基坑施工技术。
主要包括周密设计降水方案，制定详细的挖土方案和支撑方案等。
关键词：
基坑降水挖土支撑
Abstract:
Thetechnicalfeaturesforconstructionofextradeepfoundationpitwithsometreatmentmeasureswereintroducedincombinationwiththefoundationengineeringofabuilding,likedewatering,excavationandbracing.
Keyword:
Foundationpit,Dewatering,Excavation,Bracing
一、工程概况
1）本工程位于上海市中心枢纽卢湾区新天地版块，东临嵩山路，南至太仓路，西邻马当路，北靠兴安路，两地块之间为黄陂南路，建成后为两幢楼高99.99米共二十四层的超五星级国际酒店。
基地面积约为10244m2，总建筑面积约为101,684m2，两地块均各自含有5层地库。
挖深为20.45～21.95米左右，局部集水井部位挖深达24.65米。
2.围护设计概况
1）本工程基坑属于一级基坑，支护体系采用“两墙合一”―1米厚地下连续墙加五道钢筋混凝土水平支撑。
2）地下连续墙深38m～43m不等，标准槽段为6m，地下墙采用圆形柔性锁口管接头形式，砼设计强度等级为水下C30，地下连续墙抗渗等级P8。
3）第一道支撑断面：
混凝土圈梁断面尺寸1000×1000，混凝土角撑及对撑断面尺寸800×700，混凝土连杆断面尺寸600×600。
4）第二道支撑断面：
混凝土圈梁断面尺寸1100×800，混凝土角撑及对撑断面1000×800，混凝土连杆断面尺寸700×700。
5）第三道支撑断面：
混凝土圈梁断面尺寸1200×800，混凝土角撑及对撑断面1000×800，混凝土连杆断面尺寸700×700。
6）第四、五道支撑断面：
混凝土圈梁断面尺寸1300×800，混凝土角撑及对撑断面1200×800，混凝土连杆断面尺寸700×700。
7）第一、二、三、四、五道支撑中心相对标高分别为-2.050、-5.750、-9.700、-13.800、-17.800。
混凝土支撑强度等级均为C30。
钢格构柱规格470×470，型钢4L180×18或4L180×16。
8）本基地在深度约45米以下的第
2层灰绿～灰色砂质粉土层为微承压含水层，约49米以下的第
层砂土层为承压含水层。
根据围护设计计算，对于地下室底板范围承压水不受影响承压水影响，对于深基坑部位（深度1.5m的集水井、深度1.7m的隔油池、深度2.7m的电梯井等位置）
2层的微承压水会对基坑底产生影响。
对于围护坑边集水井落深区域，地下连续墙将局部加长，并采用旋喷桩设置坑底加固；对于电梯井落深区域，采用Ф800@600旋喷桩进行坑中坑围护，坝体宽2.6米，有效桩长6米，落深区亦采用坑底低掺量旋喷桩封闭措施，有效桩长3.3米。
9）
3.工程地质资料
层号
土层名称
层厚m
层底标高
颜色
①1
杂填土
0.3～0.83
2.7
2.97～2.06
-1.40
①2
素填土
0.20～0.82
3.10
2.00～1.45
-0.52
①3
浜填土
未钻穿
未钻穿
②
褐黄～灰黄色粉质粘土
0.80～1.74
2.20
0.43～-0.16
-0.80
褐黄～灰黄
③
灰色淤泥质粉质粘土
3.00～3.82
4.70
-3.33～-4.01
-4.70
灰色
④
灰色淤泥质粘土
8.30～9.45
10.30
-12.73～-13.46
-13.97
灰色
⑤1a
灰色粘土
3.40～4.00
4.60
-16.76～-17.46
-18.46
灰色
⑤1b-1
灰色粉质粘土
5.20～5.83
7.00
-22.63～23.28
-24.41
灰色
⑤1b-2
灰色粉质粘土
17.80～20.34
24.40
-40.73～-43.64
-47.59
灰色
⑤2
灰绿～灰色砂质粉土
1.10～4.58
8.40
-45.55～-48.21
-51.97
灰绿～灰色
⑤3
灰绿～灰色粉质粘土
0.70～2.02
2.70
-47.50～-49.71
-52.00
灰绿～灰色
⑦
灰绿～灰色粉砂
16.20～18.97
21.40
-67.87～-68.11
-68.26
灰色
⑨
灰色粉细砂
未钻穿
未钻穿
灰色
二、基坑的降排水施工措施
2.1基坑的明排水
1、在挖土的同时按10m左右间距挖好明沟，明沟中的水最终汇集到集水井中，每个挖土区设二个集水井；
2、开沟做支撑时，在支撑旁挖200×100断面的排水沟，使支撑沟槽内不积水。
3、挖土到坑底时，按20m间距挖300×250盲沟，盲沟内填道碴作为排水沟及垫层底的滤水沟，盲沟中的水通入集水井中；
4、垫层表面按20m间距做200×50凹沟，用以排除基坑内的明水，凹沟与基坑四周的集水井贯通；
5、在基坑施工期间，必须保证基坑内的干燥，在基坑四周设置挡水坎（高250宽120），防止施工期间，场地内的水流向基坑内。
在场地内道路的两侧设排水沟。
2.2降水施工方案
1、水文地质条件分析：
根据勘察报告，按其水文地质特性，本场地的地下水类型可分为两类：
潜水型与承压水型。
潜水层
本场地潜水主要赋存于②、③、④、⑤层土中，其补给来源主要为大气降水，排泄方式主要为蒸发，潜水与地表水体也有较强的水力联系。
勘探期间实测场地浅部地下水见水位埋深为0.30m～2.70m（上海市年平均地下水位离地表面约0.50m～1.50m）。
承压水
拟建场地位于古河道区域，缺失第⑥层和第⑧层土，第⑦与第⑨层相贯通，土性变化大，整个场区内约44m以下第⑤2层砂质粉土层为微承压含水层，约67m以下第⑦层砂土层为承压含水层,在基坑底板开挖时,应考虑降低承压水水头,以确保基坑底板开挖的安全。
另外根据勘察报告，场地内的第⑤3层呈透镜体状分布，局部地区⑤2层微承压含水层和第⑦层承压含水层是相互连通的。
2、降水的设计计算及方案
1.方案设计与施工的依据
①本工程岩土工程详细勘察报告
②DGJ08-11-1999《岩土工程勘察规范》
③GB50027－2001《供水水文地质勘察规范》
④JGJ/T111-98《建筑与市政降水工程技术规范》
⑤SZ-08-2000《上海地基基坑工程施工规程》
⑥GB50296－99《供水管井技术规范》
⑦GJ120-99《建筑基坑支护技术规程》
⑧JGJ59-99《建筑施工安全检查标准》
⑨上海市标准《施工现场安全生产保证体系》
⑩城市地下水工程与管理手册
2.真空疏干管井布置
a）真空疏干管井布置原则
一般根据基坑面积按单井有效抽水面积A（井的经验值为一般为200㎡～250㎡）来确定，而经验值是根据场地潜水含水层的特性及基坑的平面形状来确定。
本工程基坑面积约为4249㎡，根据以往的布井经验，可按200㎡布一口井来计算，采用多级滤水管，并加真空的措施，以确保每口井的出水量。
b）坑内真空疏干管井数量的估算
估算公式:
n=A/a井
式中：
n—井数（口）；
A—基坑降水面积（m2）；
a井—单井有效抽水面积（m2）；
3.减压管井布置
a）基坑底板稳定性验算
①在主体结构内需对⑤2层承压含水层进行验算。
②基坑底板的稳定条件：
基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力，即：
H·γs≥Fs·γw·h
式中：
H—基坑底至承压含水层顶板间距离（m）；
γs—基坑底至承压含水层顶板间的土的平均重度（kN/m3）；
h—承压水头高度至承压含水层顶板的距离（m）；
γw—水的重度（kN/m3），取10kN/m3；
Fs—安全系数，一般为1.0～１.2，经验值取1.1；
b）稳定性验算
第⑤2层、第⑦层最浅层面埋深分别为43.8m、50.7m。
基坑开挖深度最深为-24.3m（不包括电梯井、集水井落深区）。
勘察报告实测的第⑤2层承压水水位埋深为4.9m，⑦层承压水水位埋深为6.5m，另外根据勘察报告，场地内的第⑤3层呈透镜体状分布，局部地区⑤2层微承压含水层和第⑦层承压含水层是相互连通的。
计算如下：
计算第⑤2层的承压含水层的顶托力Fs·γw·h
Fs·γw·h=1.05×10×（43.80-4.9）=408.45≈409kPa；
第⑤2层的上覆土压力为：
H·γs=（26.0-21.05）×18.0+17.8×18.1=411.28≈411kPa；
H·γs≈411Pa>Fs·γw·h≈409kPa
说明：
承压水的顶托力小于上覆土压力2kPa，基坑是安全的，不需要减压；
对于局部落深1.5、1.7、3.7m时计算第⑤2层的承压含水层的顶托力
Fs·γw·h=1.05×10×（43.80-4.9）=408.45≈409kPa；
落深1.5m时第⑤2层的上覆土压力为：
H·γs=（26.0-21.05-1.5）×18.0+17.8×18.1=384.28≈384kPa<409kPa，
基坑是不安全的，需要降低承压水头2.5m；
落深1.7m时第⑤2层的上覆土压力为：
H·γs=（26.0-21.05-1.7）×18.0+17.8×18.1=380.68≈381kPa<409kPa，基坑是不安全的，需要降低承压水头2.8m；
落深3.7m时第⑤2层的上覆土压力为：
H·γs=（26.0-21.05-3.7）×18.0+17.8×18.1=344.68≈345kPa<409kPa，基坑是不安全的，需要降低承压水头6.4m
c）水文地质计算
为了降低承压含水层水头，确保基坑开挖施工顺利进行，须进行降水水文地质计算。
本次计算承压水水头埋深按5.6取值，减压井过滤器位于第⑤2以及⑦层承压含水层的上部，为非完整井。
选用各向异性的非完整井非稳定流公式计算，参数利用区域参数，公式如下：
式中s－水位降（m）
T－导水系数（m2/d）
Ur＝r2S/（4Tti）
S－储水系数
B－越流因数
r－抽水井至任意点距离（m）
ti－第i阶梯出现到计算时刻的时间
n－井数
M－含水层厚度（m）
Qi－第i井的流量，（m3/d）
Kz－垂直渗透系数（m/d）
Kr－水平渗透系数（m/d）
L－抽水井过滤器下端至含水层顶板距离（m）
L1－观察孔过滤器下端至含水层顶板距离（m）
d－抽水井过滤器上端至含水层顶板距离（m）
d1－观察孔过滤器上端至含水层顶板距离（m）
d）减压管井布置
根据上海地区的经验承压水水头高度一般在地表以下3.00～11.00m之间，本次勘察报告通过现场试验测得第⑤2承压水水位埋深。
故本工程暂地块的基坑内各布置2口减压管井。
在现场施工完成后除了观测实际承压水的水头高度值以外，另在现场做一组非稳定流的抽水试验，获得准确的水文地质参数，再对局部落深部位基坑稳定性进行复算，必要时重新调整减压管井的数量和结构。
ii.井的结构设计
1.井口：
井口应高于地面以上0.50m，以防止地表污水渗入井内，一般采用优质粘土或水泥浆封闭，其深度不小于3.00m。
2.井壁管：
各类管井的井壁管均采用焊接钢管，井壁管直径φ250mm（内径）。
3.过滤器（滤水管）：
各类管井均采用圆孔滤水管，滤水管外均包两层30目～40目的尼龙网。
4.沉淀管：
沉淀管主要起到过滤器不致因井内沉砂堵塞而影响进水的作用，沉淀管接在滤水管底部，直径与滤水管相同，长度为1.00m，沉淀管底口用铁板封死。
5.填滤料：
真空疏干管井：
各井从井底向上至地表以下2.00m均围填中粗砂或瓜子片。
减压管井：
各井从井底向上至地表以下42.00m均围填中粗砂或瓜子片。
6.填粘性土封孔：
在中粗砂的围填面以上采用优质粘土围填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作，对于减压管井尤其要在过滤器的上部用粘土封填密实，以确保下部承压含水层与上部潜水不连通。
iii.降水对环境影响的分析和控制
近二十年来上海深层（针对⑤2、⑦层及其以下层）降水实践经验证明，深层降水对地面沉降的影响相对基坑开挖的造成影响来说是较小的，成井和降水运行管理控制得好，抽水结束后大部分可以回弹，由于降水引起的承压水头降落漏斗的坡度不大，对建、构筑物产生的差异沉降可以忽略不计，不会影响其安全性。
1.沉降控制措施：
a）临近建筑物和地下管线的减压井的抽水时间尽量缩短。
b）在降水运行过程中随开挖深度逐步降水以降低承压水头，根据抽水试验得到的参数，计算不同井组合下坑内地下水的深度，随基坑开挖深度确定井群的运行。
没有抽水的井可作为观测井，控制承压水头与上覆土压力足以满足开挖基坑稳定性要求，这将使降水对环境的影响进一步降低。
c）采用信息化施工，对周围环境进行监测，发现问题及时处理调整抽水井及抽水流量，指导降水运行和开挖施工。
d）加强基坑开挖和降水时的环境监测，根据监测资料绘制相关的图表、曲线，以调控降水运行。
2.沉降控制监测
a）潜水观测孔：
孔深20m左右，孔径100mm。
b）承压水水位观测孔：
孔深50m左右，孔径600mm设置在坑外，暂定为2口，视试抽水情况再定具体数量。
监测要求：
施工结束后及时记录各层的基准数据。
抽水运行后，每天监测数据一次。
数据值变化较大时。
加强监测次数。
iv.封井方法
采用井内高压注浆法，由注浆泵、注浆管、托盘、搅拌机、浆液桶等组成。
将带有托盘注浆管下到托盘位于井过滤器顶部以上五米左右然后开始注浆，达到注浆压力待浆液凝固后，将安装在托盘上部的反丝扣接头卸开，提出注浆管（将托盘留在孔内）待浆液固结后孔内抽水，观测封孔效果，然后割去井管，进入大底板浇注工序。
封井技术参数如下：
水泥：
325#水灰比：
1.0注浆压力：
0.5mpa
注浆量：
＞220L/m
外加剂：
为水玻璃，掺入量由试验调试确定，初凝时间为2小时。
v.疏干井的拆除：
1.本基坑坑底介于
1a层、其下
1b-1、
1b-2层均为可塑状态，含水量33.5％～38.1％、中压缩性。
鉴于本工程基坑虽设了地墙围护、另设有降压井（降沉压水）地下水产生的浮托力对基坑可能有一定的危害，因此土方开挖结束后，为安全起见，每800m2留一口疏干井作为潜水的泄压井。
三、基坑开挖及支撑施工
vi.土方施工分段施工：
1.由于本工程较深，周围环境较为不利，因此我们根据进度计划、根据土方量将各层土方进行分段施工。
2.具体施工时间以及分块情况见下表：
土方施工安排表
土层
施工作业
线数量
每条作业线
机械配备
方量
每日出土方量
分块
土方量
完成时间
（小时h）
一
2条
2台EX200
7387
2169
A
1564
15.2
B
927
9.0
C
1146
11.2
D
1730
16.9
E
833
8.1
F
1197
11.7
二
4条
1台EX300
1台EX200
1台EX100
14374
2396
A
3733
37.4
B
3339.5
33.4
C
5191.2
52
D
2110.3
21.2
三
4条
1台ROBEX420
2台EX200
2台EX100
15772
2253
A
4096
43.6
B
5508.3
58.7
C
3872.3
41.3
D
2295.3
24.5
四
4条
1台抓斗机
2台EX200
2台EX100
16371
2046
A
4252
49.9
B
5717.5
67
C
4019.3
47
D
2382.5
28
五
4条
1台抓斗机
2台EX200
2台EX100
15972
1592
A
4148
62.3
B
5578.1
83.1
C
3921.4
58.9
D
2324.4
34.9
六
4条
1台抓斗机
2台EX200
2台EX100
13220
944.3
A
3433.4
93.5
B
4617
125.8
C
3245.7
88.4
D
1923.9
52.4
vii.第一层挖土及第一道支撑（栈桥）施工
在第一道支撑面以上挖土称为第一层挖土，在第一道与第二道支撑之间称第二层土，以此类推称为第三层土和第四层土……
1.第一层挖土
a）从自然地坪挖到第一道支撑底-2.55，土方7387立方；
b）挖土方向西向东开挖。
每个单体各配备EX200挖机4台。
c）支撑区采用开沟挖槽，槽深在砼支撑区域为支撑底标高下10cm，底部宽度为支撑宽度加1米，槽边坡按1：
0.75放坡。
2.第一道支撑施工
a）支撑底部铺竹夹板，作为支撑底模；
b）侧模采用组合钢模和扣件管支撑体系；
c）采用汽车泵接硬管进行砼的浇捣；
d）在砼中加入早强剂。
3.栈桥构造措施
a）利用第一道支撑中的南北向、东西向的对撑，在其表面增加钢筋砼面板形成栈桥，南北方向、东西方向为10～12m宽的十字栈桥；
b）作为栈桥受力骨架的对撑间距原设计为5～6m左右，在其中间另加一道钢筋砼支撑使间距成为3m左右，该支撑截面同原栈桥对撑；另将栈桥区的联系撑的截面形式改成栈桥对撑的截面形式。
viii.第二层挖土及第二道支撑施工
1.第二层挖土
a）当第一道支撑的砼强度达到围护设计（80％设计强度）要求的强度后，可以进行第二层挖土；
b）自第一道支撑面挖到第二道支撑面，挖深为3.8m，土方为14374立方。
c）本次每个单体开挖分四条施工作业线如附图进行接力开挖。
先从4个出土口入手，再从西向东进行挖土。
每个作业线各配备EX300挖机1台、EX200挖机1台、EX100挖机1台。
d）在支撑区挖土时，在通道的支撑旁填土然后铺走道板，走道板架空，高出支撑面30cm。
2.第二道支撑施工
a）第二道支撑施工前确保清除完毕第一道支撑的底模，支撑区在挖土时采取开沟挖槽，槽深在砼区域为支撑底标高下10cm，宽度为支撑宽度加1米，槽坡按1：
0.75放坡；
b）砼支撑的底部铺竹夹板，侧模为组合钢模板；
c）采用汽车泵接硬管进行砼的浇捣；
d）在砼中加入早强剂。
e）砼围檩的吊筋焊在地下连续墙上凿出的钢筋上，应将钢筋凿出，清理干净与围檩钢筋可靠连接。
ix.第三层挖土及第三道支撑施工
1.第三层挖土
a）当第二道支撑的砼强度达到设计强度的80%后，可以进行第三层挖土；
b）自第二道支撑面挖到第三道支撑面，08为3.95m，，108地块15772立方；
c）本次开挖拟采用ROBEX-420挖机（加长臂）在栈桥上进行立体接力开挖。
先挖中间对撑部分（108为南北方向对撑），将基坑分成4个区，然后按附图示流程进行开挖。
下部为EX200及EX100进行接力挖土。
d）每个地块各配备ROBEX420挖土机4台、EX200挖机8台、EX100挖机8台。
e）在支撑区挖土时，在通道的支撑旁填土然后铺走道板，走道板架空，高出支撑面30cm。
2.第三道支撑施工
a）第三道支撑施工前确保清除完毕第二道支撑的底模，支撑区在挖土时采取开沟挖槽，槽深在砼区域为支撑底标高下10cm，宽度为支撑宽度加1米，槽坡按1：
0.75放坡；
b）砼支撑的底部铺竹夹板，侧模为组合钢模板；
c）采用汽车泵接硬管进行砼的浇捣；
d）在砼中加入早强剂。
e）砼围檩的吊筋焊在地下连续墙上凿出的钢筋上。
x.第四层挖土及第四道支撑施工
1.第四层挖土
a）当第三道支撑的砼强度达到设计强度的80%，后可以进行第四层挖土；
b）自第三道支撑面挖到第四道支撑面，挖土深度4.10m，108地块16371立方；
c）本次开挖拟采用履带抓斗机在栈桥上作进行立体接力开挖。
先挖中间桁架式十字对撑部分，将基坑分成4个区，然后按图示流程进行开挖。
下部为EX200及EX100进行接力挖土。
d）每个地块各配备履带抓斗机4台、EX200挖机8台、EX100挖机8台。
e）在支撑区挖土时，在通道的支撑旁填土然后铺走道板，走道板架空，高出支撑面30cm。
2.第四道支撑施工
a）第四道支撑施工前确保清除完毕第三道支撑的底模，支撑区在挖土时采取开沟挖槽，槽深在砼区域为支撑底标高下10cm，宽度为支撑宽度加1米，槽坡按1：
0.75放坡；
b）砼支撑的底部铺竹夹板，侧模为组合钢模板；
c）采用汽车泵接硬管进行砼的浇捣；
d）在砼中加入早强剂。
e）砼围檩的吊筋焊在地下连续墙上凿出的钢筋上。
xi.第五层挖土及第五道支撑施工
1.当第四道支撑的砼强度达到设计强度的80%，后可以进行第五层挖土；
2.自第四道支撑面挖到底板垫层底15972立方；
3.本次开挖由于挖深大，拟采用履带抓斗机停在栈桥上作立体接力开挖。
先挖中间桁架式十字对撑，将基坑分成4个区，然后按图示流程进行开挖。
下部为EX200及EX100进行接力挖土。
a）每个地块各配备履带抓斗机4台、EX200挖机8台、EX100挖机8台。
4.在支撑区挖土时，在通道的支撑旁填土然后铺走道板，走道板架空，高出支撑面30cm。
xii.第六层挖土
1.当第五道支撑的砼强度达到设计强度的80%，后可以进行第五层挖土；
2.自第五道支撑面挖到底板垫层底，108为2.9m～4.6m，108地块13220立方；
3.本次开挖由于挖深大，拟采用履带抓斗机在栈桥上作立体接力开挖。
按盆式开挖的要求周边留8m宽放坡平台、以i=1：
2放坡至坑底。
即先开挖部位的土体，再挖基坑周边土体。
4.在支撑区挖土时，在通道的支撑旁填土然后铺走道板，走道板架空，高出支撑面30cm。
5.在接近底板时，最后300mm土方由人工扦土，由项目关砌负责坑底标高的控制，严禁超挖。
四、施工的应急处理
6.应急情况的预计和分类：
Ø情况一：
地下连续墙上有明显的潮湿痕迹；
Ø情况二：
地下连续墙有水珠慢滴的现象；
Ø情况三：
地下连续墙有水线渗漏现象；
Ø情况四：
地下连续墙周围有高压小水柱急渗现象。
7.发生情况一、二时，基坑堵漏施工方法：
a）在地下连续墙上确定渗水范围。
b）剔除表面浮浆，留出凹槽，凹糟深度为5-10cm左右。
c）清洗凹糟，凹糟内先用快干水泥抹涂5cm左右控制渗水，后再用快干水泥拌砂1：
1抹涂5cm左右封平凹糟。
d）如还有渗漏现象，则拟进行双液注浆，以对切断渗水路径。
8.发生情况三时，基坑堵漏施工方法：
a）确定渗水范围（一般为地下连续墙间隙）。
b）对渗水处先用麻片布进行堵塞，控制渗水源头。
c）剔除浮浆，凹糟深度为20cm左右。
d）清洗凹糟，凹糟内
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