超深基坑施工技術
張峰陳偉朱繼文
??
??上海市第二市政工程有限公司隧道施工分公司
??
??引言
??超深基坑的施工手段繁多，涉及到基坑的圍護，基坑支撐與開挖、封底及環境的保護等各個方面的工藝，施工難度和風險極大，有很多失敗的先例，特別是在承壓水的作用下，實施干封底的例子還是比較鮮見。本文從復興東路220KV電纜砼頂管越江隧道工程工作井基坑施工中克服離黃浦江近，受承壓水作用，周圍環境復雜等困難，成功進行了基坑制作并實施干封底的實例，來分析說明超深基坑的施工工藝。
??
??工程概況
??我們市政二公司于99年元月承建了復興東路220KV電纜砼頂管越江隧道工程。本工程工作井在浦東，接收井在浦西，頂管為Φ2600鋼筋混凝土管，長度為530米；其工作井為圓形，外徑為18.574米，有效內徑為16米，采用鋼筋混凝土地下墻作圍護結構，墻厚0.8米，連續墻入土深度44.30米，基坑開挖深度為32.45米，鋼筋混凝土底板厚2米。內襯采用逆作法施工。這樣的工程在上海市來說應當屬于難度較大的深基坑施工工程，其難度有以下幾點：
??
??連續墻施工。連續墻深度達44米，按地質資料土表下18米內有流沙層，且要穿越堅硬的第⑥層暗綠色粘土層以及第⑦層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層）。
??基坑封底。基坑深度32米，要挖穿第⑥層暗綠色粘土層，2米厚鋼筋混凝土底板坐落在⑦層承壓含水層中，承壓水水頭標高可達-4.46米，壓力約為273KN/M2。
??環境保護困難。工作井位于上海港務局東昌裝卸公司的場區內，距黃浦江防汛墻約50米，場區附近有上海油脂一廠的廠房和若干油罐，及長江航運公司供應站的建筑物，工作井與相鄰的煤氣過江管工作井的中心距約為41m，與煤氣儀表房距離不到2米。
??工作井工程地質情況
??浦東工作井工程地質情況參考上海市民防地基勘察院編制的工程地質勘察報告（1997年2月）。
??
??土層
??
??編號
??土層名稱
??層底標高(米)
??層厚(米)
??滲透系數
??
??(×10-5cm/s)
??標準貫入度
??
??(擊)
??地基土強度(KPa)
??
??①1a
??雜填土
??1.11
??3.8
?? -----
??-----
??
??②1
??粉質粘土
??0.61
??0.5
?? -----
??-----
??
??②2
??粉質粘土
??-0.09
??0.7
??0.09
??-----
??-----
??
??②3
??粉質粘土
??-2.69
??2.6
?? 2.3
??80
??
??③
??淤泥質粉質粘土
??-5.19
??2.5
??0.08
??0.5
??65
??
??④
??淤泥質粘土
??-13.19
??8
?? 0.8
??60
??
??⑤1a
??灰色粘土
??-17.89
??4.7
??相對隔水層
??2.4
??70
??
??⑤1b
??粉質粘土
??-20.89
??3
?? 2.7
??80
??
??⑥
??褐綠色粉質粘土
??-24.89
??4
??相對隔水層
??16.3
??160
??
??⑦1b
??草黃色粉砂
??-----
??-----
??承壓含水層
??35.4
??>200
??
??
??⑦1b層為承壓含水層，水位埋深9.12米，相當于標高-4.46米。
??
??地下連續墻施工
??本工程地下連續墻為正24邊形，設計要求三抓一幅，每一幅接頭采用常規的鋼鎖口管接頭。地下連續墻深達44米，墻根深入⑦1B粉砂層（即上海市第一承壓含水層）。這樣，單幅成槽時間較長，易產生坍孔現象。且根據地質勘察報告提供的資料，本工程地坪下約4～5米范圍內有塊石、砼地坪等雜物，土表下18米內易產生流砂。由于工作井內襯無支撐，且是逆作法，僅靠地下連續墻作圍護，因此，做好地下連續墻是先決條件。在施工前我們采取了以下措施來確保連續墻的質量。
??
??換土
??在施工導墻前進行換土。
??
??根據地質勘察報告提供的資料，本工程地坪下約4～5米范圍內有塊石、砼地坪等雜物，且是雜填土。在雜填土中施工時，土體承載力差，又無法垂直自立，還會產生坍塌現象，勢必影響導墻施工質量，且造成施工場地環境惡劣。在地下連續墻成槽時，由于槽段內有雜物，會跟隨著成槽機帶下去，引起土體位移造成槽壁坍方，影響地下連續墻的質量。為此我們進行換土。
??
??回填土采用臨近工地挖出3～4米層的黏土，清除雜物，分層夯實，在導墻施工時能垂直自立，充當外模。
??
??導墻基槽開挖中發現的下水道給以嚴密封堵，防止其成為泥漿的泄露通道，在井位外另排一道排水溝。
??
??槽壁注漿加固
??
??
??由于槽壁注漿加固屬于標外工作量，考慮到注漿對槽壁質量的必要性，經設計、監理、業主認可后進行實施。
??
??⑴分析原因
??
??①地質條件復雜
??
??地表下18米內有流砂，墻體深度44米，須穿越堅硬的第⑥層暗綠色粘土層以及第⑦層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層），為上海市政行業地下連續墻施工所罕見。
??
??②周邊環境惡劣
??
??距黃浦江防汛墻約50米，場區附近有上海油脂一廠的廠房和若干油罐，及長江航運公司供應站的建筑物，工作井與相鄰的煤氣過江管工作井的中心距約為41m，與煤氣儀表房距離不到2米，他們對沉降要求都較高。
??
??③承受動荷載大
??
??在地下連續墻施工中，場地上有三輛大型設備要運轉，60噸重的成槽機在成槽時停靠在槽邊，50噸、100噸吊車在起吊鋼筋籠、預制接頭時也須在槽邊行走。
??
??④施工周期長
??
??設計要求三抓一幅。成槽時，按工藝要求，先兩邊后中間，挖上部土體只須4～5小時，挖第⑥層暗綠色粘土層須15小時以上，挖第⑦層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層），用時也在15小時以上，這樣，就是正常挖土也須35小時，雖有泥漿護壁，也極易產生槽壁坍塌現象，影響地下連續墻質量，也破壞周邊環境。
??
??⑵采取方法
??
??為保證地下連續墻施工正常進行，不破壞周邊環境，特對地下連續墻兩側進行雙排注漿來加固土體，內排為雙液注漿，外排為單液注漿，深度18米，孔間距1米，總孔數223孔，加固土體4032立方。地表下回填土范圍內，施工時適當增加注漿量。
??
??⑶注漿參數
??
??漿液配比：
??
??單液注漿（水：粉煤灰：水泥：膨潤土=130：40：200：20）
??
??雙液注漿（水：水泥：粉煤灰：膨潤土：水玻璃=152：200：40：4：60）
??
??雙液漿的粘度＞35，比重1.3～1.5，初凝時間2～3min,凝固強度3～4Mpa/2h
??
??注漿壓力一般為0.2～0.5Mpa，初始時略高
??
??注漿流量一般為每分鐘10～15升
??
??
??
??注漿加固后土體強度可達到0.8Mpa
??
??采用砼榫式預制接頭取代常規的鋼鎖口管
??砼榫式預制接頭在本工程中應用具有的優勢：
??
??⑴砼榫式預制接頭是在地面上制作，其質量比水下澆灌砼有保證。
??
??⑵砼榫式預制接頭強度比設計地下連續墻要高。預制接頭的鋼筋保護層為2.5cm，而地下連續墻鋼筋保護層為9cm；預制接頭的高度大于地下連續墻的高度；預制接頭主筋同地下連續墻相同，并按預制構件要求增加相應的構造鋼筋，這樣同截面含筋量增加。
??
??⑶從結構受力分析，本工程是環狀多邊形，受力是環向壓力，由于預制接頭強度比水下澆灌砼地下連續墻高，其受力就更具有優勢。
??
??⑷預制接頭設計為H形，樁槽與地下連續墻咬合，樁連接采用鋼板連接，接頭端面間加橡膠止水條來保證防水。
??
??⑸現場有大噸位的起吊設備，拼裝后一次就位，對垂直度是有保證的。
??
??⑹預制接頭與地下連續墻是面接觸，而鋼鎖口管與地下連續墻是點接觸。在施工中預制接頭與槽壁間是無空隙的，這對防繞流更有好處。
??
??⑺拔鋼鎖口管須用大噸位的起拔器，且反力大，對導墻影響大。另拔管時間較難掌握，鋼鎖口管拔不出或拔斷，將直接影響地下連續墻的質量。采用預制接頭，就省去了該道工序，同時也克服了上述不足。
??
??⑻預制接頭底部為尖狀，利于插入土層，確保根部穩定，接頭背部回填土夾石，用沖桿搗實，確保預制接頭在澆灌水下砼時不移位。
??
??成槽機選型
??考慮到槽段深度44米，底下有承壓水，泥漿比重達到1.3，決定選用意大利進口的BN?2型成槽機，自重60噸，配備17噸重抓斗，寬度為0.8米，張開尺寸2.5米。若在第⑥層暗綠色粘土層、第⑦層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層）施工中遇到難度時，采用GPS?5型鉆機，先引孔再成槽，即兩鉆一抓法，確保成槽順利實施。
??
??由于采取了以上加固及改進措施，使連續墻施工總體上得以順利進行。但在具體施工時還是或多或少遇到了一些問題，下面我們就一些主要問題進行詳細介紹和分析以及采取的對策。
??
??⑴施工機械損壞
??
??由于連續施工，成槽機連續作業時間長，無保養間歇，極易造成設備的損壞，且地下土質較硬，由其是第⑥層暗綠色硬土，第⑦層含有豐富承壓水的鐵板砂層，故在第一幅、第二幅施工中，時間較短，而在DQ1第三幅成槽至35米時出現成槽機壞，抓土斗齒斷裂等情況無法施工時，馬上加重泥漿的比重來進行護壁。同時電召意大利專家趕過來檢修，另一方面組織機械工程師抓緊修理。考慮到停頓時間較長，雖有泥漿護壁，仍有槽壁坍塌的危險，經與設計、業主、監理商量后，對該槽段進行回填，回填材料采用黃砂加石子，以利第二次成槽。當成槽機修理好后繼續成槽時，決定調整成槽作業時間，每挖土5小時必須停機半小時～1小時，并組織專人進行保養，確保成槽機正常作業。
??
??⑵鋼筋籠無法就位
??
??在吊放DQ1槽段鋼筋籠時，確實出現鋼筋籠放到38米時放不下去的現象。當DQ1成槽結束時，量測深度為44.5米，用超聲波測試，槽壁雖有凹凸情況，存在少量塌方，但根據超聲波測試圖紙分析，鋼筋籠應該放得下。出現這情況后，只得重新吊起，經測試，成槽深度為42米，估計是由于DQ1槽段回填后重新成槽對土體產生多次擾動，影響較大。用超聲波重新測試，確實存在坍塌現象。經與設計、監理商量后，馬上采取措施，一方面加重泥漿的比重，另一方面成槽機繼續挖土，至設計標高后及時清底，終于將鋼筋籠順利放到位。
??
??在吊放DQ5槽段鋼筋籠時，也出現鋼筋籠離設計標高1米時放不下去的現象。對超聲波測試圖紙分析，無異常情況。根據以往經驗，估計是預制接頭未放直的問題。就用100噸吊車拎高鋼筋籠，用50噸吊車吊預制接頭，重新放預制接頭，再放鋼筋籠，最終順利就位。
??
??
??
??總結：第一、槽壁注漿加固對成槽時引起的塌方問題能控制到最小，確保施工正常進行，達到設計要求的質量。第二、鎖口管改預制樁解決了連續墻中鋼鎖口管吊拔及砼繞流等難題。
??
??工作井封底施工
??根據設計圖紙及地質資料可知：2m厚鋼筋混凝土底板底標高為-27.5m，完全坐落在第⑦層草黃色粉沙層，即承壓水層中。工作井地面標高為+5.00m，這樣基坑開挖深度將達32米多。承壓水靜水標高可達-4.46m，也就是說一旦坑底發生管涌現象，極短時間內其水位就可上升二十幾米高。同時在開挖過程中還要用逆作法進行內襯施工。因此要實現設計要求的干封底，施工難度與風險極大，選擇何種封底方案將成為施工成敗的關鍵。在施工前，我們走訪了相類式的一些工程，根據我們自己的經驗以及調查了解的情況，我們對以下幾種封底方案進行了研究探討，以決定其中一種方案實施。
??
??第一種方案：高壓旋噴注漿加固結合坑外深井降水封底方案。
??
??為實現干開挖，干封底這一目標，采取的措施是：井底采用高壓旋噴注漿加固和坑外采用深井降水卸壓達到干封底的目的，同時坑內采用逐級輕型井點降水進行土體疏干，實現干開挖。具體如下：
??
??井底高壓旋噴注漿加固
??
??
??井底部采用高壓旋噴注漿加固在井筒底部形成一隔水層，以平衡承壓水靜水壓力，高壓旋噴樁加固頂標高為-32.3m，孔距均為900m，加固深度為-32.3～-42.3m，隔水層厚度普遍為10.0m，共計約252根，近靠地下連續墻內側的孔位距離地下連續墻300mm，這樣能使地下連續墻的底腳處加固更密實，同時可以減小由于降水引起地下墻的下沉，亦能提高被動區土體與墻體間的摩擦力，增加隔水層的整體抗浮和防水效果。
??
??井底隔水層的穩定性、抗浮、抗彎驗算：
??
??驗算井底隔水層穩定性：
??擬在井筒底（-32.3～-42.3m）范圍內通過高壓旋噴注漿加固形成不透隔水層，以阻擋⑦1B層粉砂承壓水，使基坑形成環形封閉的井筒。
??
??抵抗承壓水的坑底地基加固計算：
??
??hrc≥Hrw
??
??式中：h椏擁椎郊庸痰酌娓叨齲╩）
??
??rc椉庸灘愕酌嬉隕賢斂慵尤ㄖ囟齲↘N/m3）；
??
??Hrw棾醒顧?沽?/P>
??
??此處rc取19KN/m3，rw取10KN/m3
??
??h取值按13m進行驗算
??
??則hrw=13×19=247KN/m2
??
??Hrw=(4.9+40.3-9.12)×10=360.8KN/m2
??
??注：自然地坪標高+4.90m，9.12m為水頭離地表面的高度
??
??所以hrc-Hrw=247-360.8=-113.8KN/m2
??
??地下連續墻底腳水壓為360.8KN/m2，即0.3608Mpa，若取安全系數為1.5，則考慮筒底加固后強度不應小于1.5×0.3608=0.5412Mpa。
??
??加固體抗浮力驗算：
??在考慮加固體的抗壓強度之外還應考慮加固土層的整體穩定性，即整個加固層能否平衡承壓水上浮力。
??
??依據平衡條件按下式進行驗算：
??
??FsFHrw=f加固μh1+Frch+f砂μh2
??
??式中：Fs棸踩?凳?.5
??
??F椌?椎牡酌婊?╩2）
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??rc椌?準庸談羲?鬩隕掀驕?囟齲↘N/m3）
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??μ椌?哪詒謚艸ぃ╩）
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??h1椉庸談羲?愫穸齲╩）
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??h2椀裝宓郊庸灘愣ズ穸齲╩）
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??f砂、f加固椃直鷂??B層土體加固前后土體付著力，取(1/3)C（KN/m2）
??
??h=h1+h2
??
??H=4.9+40.3-9.12=36.08m
??
??f加固=(FsFHrw-Frch-f砂μh2)/μh1
??
??=(1.5×226×36.08×10-226×19×13-0.5×53.3×5)/53.3×8
??
??=155.62Kpa
??
??則C=3f加固=466.86Mpa
??
??若加固體土層厚度為8.0m，則其加固后土體除滿足以上計算抗壓強度為1.5Hrw=0.5412Mpa外抗剪強度C值不應小于10kg/cm2，即無側限抗壓強度為qU=10kg/cm2而C=qU/2=5kg/cm2
??
??f加固=C/3=5/3（kg/cm2）=166.7Kpa，根據上面的公式可反算需加固土體的厚度：
??
??即：h1=（1.5FrwH-Frch-f砂μh2）μf加
??
??=(1.5×226×10×36.08-226×19×13-0.5×53.3×5)/53.3×166.7
??
??=7.46m
??
??為確保高壓旋噴注漿加固的效果，偏于安全取值為10m。即做10M厚高壓旋噴注漿加固來抵抗承壓水靜水壓力。
??
??注漿加固體抗彎驗算：
??假之按a=17m的四邊簡支方板計算，應偏于安全。
??
??M=0.0368q˙a2
??
??W=bh2/6
??
??式中：q椌?己稍兀╧g/cm2）
??
??a棸宓淖畛け擼╩）
??
??b棸宓暮穸齲╩）
??
??則q=45-(40.3-27.30)×0.8=35t/m2
??
??（其中加固厚度取值按8.0m，土體的比重取有效重度0.8t/m3進行驗算均偏于安全）
??
??故Q=M/W=0.0368×35×172/(bh2/6)
??
??=0.0368×35×172×6/64
??
??=34.9T/M2=3.4kg/cm2=0.34Mpa<1Mpa即抗彎能力OK。
??
??設高壓旋噴無側限抗壓強度qU=1Mpa=10kg/cm2，其抗壓強度按qU/10計，則抗拉強度為qU/10=0.1Mpa。為使加固體局部不產生裂縫和滲水現象，按上述公式反算需降水的深度：
??
??即M/W=10T/M2
??
??M=10×W=10×bh2/6=10×82/6=106.07t/m2
??
??則q=Hrw-(40.3-27.3)×0.8（式中土體的比重取有效重度0.8T/M3）
??
??則Hrw=20t/m2
??
??即：要使加固體局部不產生裂縫和滲水現象，需深井降水配合將水位降至約25M的深處。
??
??由于⑦1B層為粉砂層，高壓旋噴加固無側限抗壓強度有可能提高到qU=2Mpa，這樣根據計算的結果，降水只需降深約15M左右。因此加固以后取R28進行檢驗，檢測R28的qU值來驗證高壓旋噴加固計算的可靠性，從而推算水位所需降至的深度。
??
??坑外深井降水：
??按上述的計算，隔水層的抗浮、抗彎均符合要求。但要使隔水層抗拉驗算符合要求，隔水層局部不產生裂縫和滲水現象，必須輔助于深井降水。沿基坑周邊設四口大井，孔徑Ф600mm，井管Ф325mm，深度約50m（包括15m的濾頭），井內設揚程50m以上深井潛水泵，觀測孔設3個，孔徑Ф300，井管Ф108，深度32m，坑內2個，坑外1個，用于水位觀測。依據設計要求，先進行揚水試驗，測定實際的水文地質資料，進一步優化降水方案。
??
??為確保周圍環境的安全，坑外的深井降水隨挖深增加而超前推進，以減小降水引起對地面沉降和周邊環境的影響。降水期間應隨時進行水位的跟蹤觀測，控制水位在滿足井底卸壓和井底加固抗拉要求即可，該部分水位沉降應根據抽水試驗和巖芯取樣結果應重新核實水位，待底板及內襯墻施工完7天后并在隔墻施工完后方可停止降水。
??
??坑內設輕型井點降水：
??井筒底通過高壓旋噴注漿形成一層不透隔水層，使其形成封閉的井筒，坑內采用逐級輕型井點降水疏干坑內的土體，便于土方的開挖，坑內采用邊降水邊開挖的方法，輕型井點在坑內呈“十”字型布置，輕型井點間距為1.6m，對于2～4層土體由于每層開挖的土體厚度約10多米，每層土體應分兩級降水，每次降水達到預期的效果后，拔出輕型井點，再開挖土體和逆作法施工內襯。
??
??第二種方案：工作井封底凍結加固施工方案。
??
??根據上海市民防地基勘察院編制的浦東工作井和浦西接收井的工程勘察報告（1997年2月），頂管所在地層第⑥層暗綠色粉質粘土層呈東高西低分布。自上而下，兩井穿過的土層大致可分為七個層段，其中底板位于⑦1b的粉砂層，呈草黃色，飽和，中密～密實，天然含水量為22.1～30.8%，本層為第一承壓含水層，層頂標高浦東井-24.89m，承壓水位埋深9.12m，相當于-4.46m。鑒于該層位的性質，封底施工中必須采取有效措施，控制底板突水、涌砂。
??
??本方案設想對底板進行人工地層凍結加固，人工地層凍結加固具有強度高，均一性好的特點，根據中國礦業大學與上海隧道施工技術研究所的試驗資料，當凍結溫度達到-20℃時，對于工作井底標的⑦1b土層，其強度可達6.5Mpa，能滿足封底要求，同時采用凍結加固，無需進行疏干排水措施，環境影響小。具體方案如下：
??
??1、固封底
??
??工作井連續墻施工結束后，進行井內開挖作業時，為了防止工作井底部開挖和鋼筋混凝土底板作業過程中，由于下部土層失穩，地下水的涌入，出現管涌、、流沙或坑底隆起等破壞現象，必須創造一個具有一定強度、穩定的動土結構，以便封底工作順利完成。該凍結加固封底方案的工藝過程為：
??
??（1）工作井挖掘至地表以下22m即標高為-17m處，（在比較穩定的灰色粘土層中）停止向下開挖，，鋪設混凝土封層，布設封口管準備凍結鉆孔施工。
??
??（2）自混凝土封層向下鉆凍結孔（孔距1.0～1.4m，孔深15.3m），并布設凍結管。積極凍結形成凍結段總長度共15.3m，（標高-17.0m～-32.3），工作井底板上部凍結8.3m，底板下部凍結5m。（底板鋼筋混凝土厚為2m），當溫度檢測表明凍土溫度達到設計要求，凍土具備一定強度之后，方可破土開挖，工作面向下延伸。當挖掘超過工作井底板標高-27.3m厚，停止挖掘，綁扎鋼筋進行底板混凝土澆注。底板制作過程，應進行維護凍結。其時宜留部分凍結管作鹽水循環，以保證底板澆注的順利安全。
??
??2、凍結加固穩定性分析
??
??驗算井底凍結隔水層穩定性：
??
??依上述所擬的施工方案，在底板以下形成5m厚的凍結加固體不透水層，以阻擋⑦1b層粉砂承壓水。已知該層（浦東工作井）天然重度γ=19KN/m3，空隙比e=0.75。
??
??抵抗承壓水的坑底地基加固可按下式｛1｝計算：
??
??hγe≥Hγw
??
??式中h椏擁字良庸痰酌娓叨齲╩）;
??
??γe椉庸灘愕酌嬉隕賢斂閆驕?囟齲↘N/m3）；
??
??Hγw棾醒顧?沽Γ?/P>
??
??此處γe取19KN/m3；γw取10KN/m3；
??
??則hγe=12×19=228KN/m2
??
??Hγw=（2.3+39.3）×10=416KN/m2；
??
??所以hγe-Hγw=228-416=-188KN/m2；
??
??連續墻底的水壓為416KN/m2即0.416MP，以安全系數取1.5考慮則墻底凍結加固后強度應不小于0.461×1.5=0.624Mpa。
??
??加固土體抗浮力驗算：
??
??在考慮加固土體的抗壓強度之外，還應考慮加固土層的整體穩定性，即整個加固層能否隨時承壓水的上浮力。
??
??要判斷井底加固隔水層在承壓水作用下的整體穩定性可按如下分析：
??
??式中：Fs棗安全系數，取1.5。
??
??F棗井底的面積（m2）。
??
??γe棗井底加固隔水層以上平均重度（KN/m2）。
??
??μ棗井的內壁周長（m）。
??
??h1棗加固隔水層厚度
??
??h2棗底板到加固層頂厚度
??
??f加固、f砂棗分別為⑦1b號土體加固前后土體付著力，取（1/3）C(KN/m2)。
??
??h,H同上。
??
??所以，???
??Kpa
??
??若加固土層厚度為5m，則其加固后土體除滿足以上計算的抗壓強度0.624Mpa之外，還要滿足其抗剪強度c不小于715.83Kpa。當凍結溫度達到-10℃時，凍土的抗壓強可達3.00Mpa，安全系數達7.0左右，同時抗剪也達1.5Mpa，安全系數為2.2，也能滿足要求。
??
??第三種方案：深井降水方案
??
??本方案是采用深井降水方式，降低第7層土中的承壓水水位，確保承壓水水位控制在地面以下33米?5米之間（-28.00米?-30.00米，地面標高按+5.00米計），保證工作井挖土與封底時的安全，不發生冒水冒砂。詳細如下：
??
??1、降水方案
??
??地質資料提供第7層土中承壓水的滲透系數為10-5cm3/h，但根據以往工程經驗，該層土的滲透系數為10-3cm3/h，水位降深以該數據為依據進行計算，具體數值由抽水試驗確定，并根據試驗結果調整降水方案。根據理論計算結果，本方案擬設計7口降水井和3口觀測井，其中井內3口降水井，井外4口降水井，在工作井中央設置1口觀測井，在工作井外設置2口觀測井，具體位置布置見下圖所示。選用80m3/h?40m3/h的深井泵。
??
??降水井深定為60m，井管直徑定為Ф325mm。過濾管總長為20m，位于埋深38m—58m處，過濾管以下2m為沉淀管，過濾管以上為井壁管。過濾管外按“供水勘察規范”要求填砂至濾管頂以上8米處，以上填粘土球15米，剩余部分填黃泥直至地面，井口填埋砼或水泥。
??
??觀測井深定為40m，井管直徑采用Ф108mm。過濾管總長為2m，位于埋深37m—39m處，過濾管以下1m為沉淀管，過濾管以上為井壁管。過濾管外按“供水勘察規范”要求填砂至濾管頂以上8米處，以上填粘土球15米，剩余部分填黃泥直至地面，井口填埋砼或水泥。
??
??為調節降水井出水量，控制水位降深值，在各個降水井內設置回流管和回流閥。
??
??2、降水及井位布設原則
??
??為減少降水對周圍環境的影響，提高基坑內土體強度，應以基坑內降水為主，外降水為輔。根據理論計算，工作井底板施工時，若開啟井內的3口降水井，可使承壓水水位至少降至地面以下33.00米?5.00米。考慮到封底時的絕對安全，不發生意外（如修泵等），以及封降水井、頂管出洞等用途，故在工作井外圍另設4口降水井。
??
??3、降水施工技術要求
??
??（1）井點出水含砂量應小于1/100000，原因在于：降水形成漏斗形的降水面，所引起的沉降為不均勻沉降，這種不均勻沉降隨時間而不斷發展，若由于抽水將土層中的粘粒、粉粒和砂粒帶出地面，且抽水時間長，將加快不均勻沉降的速度，對環境造成破壞。根據以往經驗，含砂量應小于1/100000。
??
??（2）孔壁垂直度應控制在1/300，以保證濾管外有足夠厚度的砂層。
??
??（3）井管平面位置偏差不宜大于20厘米，井管管頂標高偏差不大于10厘米，井管應垂直位于孔中央，井管不得碰到孔壁。
??
??（4）井管焊接要求嚴實，沒有滲漏和砂眼。
??
??（5）投砂量不應小于設計總量的95%。
??
??（6）井管外回填的人工砂必須使用優質人工砂，其粒徑必須控制在1?.6毫米。過細的砂將增大水流阻力，減少井出水量；過粗的砂將使井管外的砂土通過人工砂間的空隙隨水流流入井管內。
????
??（7）降水井濾管應選用橋式過濾管。
??
??4、降水后井底穩定性驗算
??
??（1）井底水壓力計算：
??
??由于井內深井泵打入承壓水層，確保井內水位降低在底板下1.5m,降低了井底面積部分的承壓水頭壓力，由圖可知井底部分的承壓水頭壓力為γwh=10×10.5=105(KN/m2)。
??
??（2）井底粉砂抗管涌驗算
??
??由于深井泵的降水作用，由上面計算可知在井底附近的承壓水壓力降低為105KN/m2,
??
??因此，安全系數Fs=Fh’γe/FHγw=18×12/10×10.5=2.05
??
??式中符號含義同前。
??
??由此可見通過深井降水之后,井底承壓水壓力減少，底板以下的土體已滿足抗浮、抗管涌要求，即使對下面的土體不加固也能滿足要求。
??
??對于上述幾種封底方案，我們在征求了有關專家的意見后，對其進行了詳細的分析和論證，本著確保安全、穩妥的前提，決定選擇其中一種作為本工程的實施方案。具體分析結果如下：
??
??對于高壓旋噴注漿結合深井降水方案，我們認為：
??(1)井底高壓旋噴注漿加固，自地面開始鉆孔并實施。其加固深度達到40m左右，由于深度較大，鉆孔的偏斜等因素均易引起樁體交接處加固不均勻。
??
??(2)高壓旋噴樁必須配套以坑外的深井降水和坑內的逐級輕型井點降水施工。而采用基坑外降水對周邊環境的影響大。
??
??(3)高壓旋噴壓力較大，一般可達40Mpa左右，而連續墻為分幅式結構，有可能會使墻體產生變形。
??
??(4)旋噴加固體與連續墻的界面附著力能否達到理論要求。
??
??(5)四十幾米深的高壓旋噴樁，據了解施工隊伍較少，缺乏必要的施工經驗。
??
??2、對于井底凍結加固方案，我們認為一是土體凍結周期長，影響施工工期；二是凍結的土體會產生膨脹，對連續墻維護結構會產生多大的影響缺乏理論與經驗數據；三是缺乏相類似工程的施工經驗。
??
??其他還有井底注漿結合降水方案（與第一種方案類似）以及水下封底等方案。對于水下封底方案，由于本工程設計的結構形式為連續墻形式，我們認為有以下原因本工程不宜采用水下封底方案。一是水下封底砼與連續墻之間的界面難以處理；二是由于深度深，潛水員水下作業較困難；三是在水下須挖穿堅硬的第⑥層暗綠色粘土層，要實施水下封底工期太長。所以我們決定一般情況下本工作井將不采用水下封底方案。
??
??根據以上分析，我們決定采用深井降水方案。其原因一是相類似的工程采用過，可充分利用其他工程實施時的經驗與教訓；二是采用內降為主，外降為輔的方案，可最大限度的降低因降水對周邊環境所產生的影響；三是相對其他方案來說其施工周期短以及費用低等。
??
??方案確定后，在正式施工前，我們認為雖然采用內降為主的方案，但是，對于深井降水從理論上說，基坑內的三口井大量抽吸地下水也還會使地面產生沉降，影響周邊環境。對此我們在具體施工中做了充分的準備，采取了以下對策：
??
??1、嚴格執行信息化施工要求。對附近的主要構筑物、防汛墻以及地表布設了大量的沉降觀測點，另外在工作井四周增加了四個45米深的分層沉降觀測孔，施工期間有專人定期監測。
??
??2、對一幢間距2米左右的建筑物預先采取加固措施，一是采用一排9米深樹根樁進行隔離；二是在靠基坑一側預留注漿孔。
??
??3、嚴格控制降水井的成井質量，按照上文所提的7點技術要求嚴格施工。
??
??4、開挖前先做抽水試驗，確定以下數據：
??
??(1)確定第7層承壓含水層的水位和單井流量。
??
??(2)計算第7層承壓含水層的水文地質參數。
??
??(3)為降水作業選擇合適的泵型。
??
??(4)了解抽水過程中臨近建筑物與地面的沉降情況。
??
??抽水試驗用了15天時間，各種組合試驗共7次，取得了預期效果，獲得的成果如下:
??
??(1)場地內第七土層的天然靜止水位在-6.912m?-6.386m之間。
??
??(2)第七土層承壓含水層的滲透系數K=2.00×10-3—3.61×10-3。
??
??(3)降水作業的泵型可選用60m揚程、流量為80m3/h的潛水深井泵，三口井降水兩小時水位標高既可達到-28.53m?-29.393m，相當于埋深33.53m—34.393m，符合設計要求的水位埋深降至33m—35m。
??
??(4)抽水試驗過程中場地內的建筑物累計沉降值一般在3mm以下，降水作業對建筑物的影響較小。
??
??5、根據抽水試驗所驗證的降水效果，為嚴格控制地表沉降，在基坑開挖與封底過程中，對基坑內三口降水井，我們制定了詳細的降水計劃。
??
??具體降水方法采用分期分批跟蹤降水法，即隨著開挖深度的增加而逐步降低工作井內第7層承壓含水層的地下水位，使其始終低于開挖底面1m-2m。開啟深井泵的數量也從一臺隨開挖深度逐步增加到三臺。詳細方案如下：
??
??(1)依據抽水試驗觀測資料，場地內第7層承壓含水層的靜止水位標高在-6.386m---6.912m之間，比地質勘察報告提供的數值低1.926m—2.452m；經計算，我們認為標高-10.00m（相當于15m深度）以上的土層開挖無須進行降水作業。
??
??(2)抽水試驗觀測資料表明：單井抽水時工作井內第7層承壓含水層的最低水位可降至-14.369m，既在開挖第這段土體時，盡可能采用一臺泵抽水，并將降水井的出水量調到最大狀態，但必須保證第7層承壓含水層的水位低于開挖面1m-2m，否則，應調整流量或采用兩井降水。
??
??(3)在開挖標高-16.60m---27.45m這段土體時，根據抽水試驗觀測資料，前期-19.0m標高以上盡可能采用兩井降水，-19.0m標高以下應采用三井降水。
??
??(4)為縮短降水作業時間，封底、土體開挖及內襯墻的施工應盡可能加快。
??
??通過采用以上措施和手段，最終在專家指導以及所有項目部成員的共同努力下，順利實現了本工程的連續墻施工及降水封底施工。
??
??施工結束后，周邊構筑物及地表沉降情況如下：??
??
??1、建筑物沉降??
??
??從中可以看出：單井抽水和兩井抽水共歷時近兩個月，各點沉降值均不大，一般都在3—5mm之間；三井抽水歷時一個月，各點的沉降值均較大，一般在7毫米左右，最大沉降值為8mm；累計沉降值最大為29mm。
??
??地表土體沉降顯示了與建筑物沉降相似的規律：在起初的單井和兩井抽水期間，各觀測點的沉降變化均不大，一般在1—3mm之間；沉降變化最大是三井抽水期間，各點的沉降值一般在7mm左右，最大沉降值為8mm。
??
??六、結語
??
??復興路220KV電纜越江隧道頂管工作井的成功施工，為我們提供了很好的實踐機會。文中的方案比較分析，以及施工結果的研究，為該類基坑施工提供了一個很好的范例。
張峰陳偉朱繼文
??
??上海市第二市政工程有限公司隧道施工分公司
??
??引言
??超深基坑的施工手段繁多，涉及到基坑的圍護，基坑支撐與開挖、封底及環境的保護等各個方面的工藝，施工難度和風險極大，有很多失敗的先例，特別是在承壓水的作用下，實施干封底的例子還是比較鮮見。本文從復興東路220KV電纜砼頂管越江隧道工程工作井基坑施工中克服離黃浦江近，受承壓水作用，周圍環境復雜等困難，成功進行了基坑制作并實施干封底的實例，來分析說明超深基坑的施工工藝。
??
??工程概況
??我們市政二公司于99年元月承建了復興東路220KV電纜砼頂管越江隧道工程。本工程工作井在浦東，接收井在浦西，頂管為Φ2600鋼筋混凝土管，長度為530米；其工作井為圓形，外徑為18.574米，有效內徑為16米，采用鋼筋混凝土地下墻作圍護結構，墻厚0.8米，連續墻入土深度44.30米，基坑開挖深度為32.45米，鋼筋混凝土底板厚2米。內襯采用逆作法施工。這樣的工程在上海市來說應當屬于難度較大的深基坑施工工程，其難度有以下幾點：
??
??連續墻施工。連續墻深度達44米，按地質資料土表下18米內有流沙層，且要穿越堅硬的第⑥層暗綠色粘土層以及第⑦層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層）。
??基坑封底。基坑深度32米，要挖穿第⑥層暗綠色粘土層，2米厚鋼筋混凝土底板坐落在⑦層承壓含水層中，承壓水水頭標高可達-4.46米，壓力約為273KN/M2。
??環境保護困難。工作井位于上海港務局東昌裝卸公司的場區內，距黃浦江防汛墻約50米，場區附近有上海油脂一廠的廠房和若干油罐，及長江航運公司供應站的建筑物，工作井與相鄰的煤氣過江管工作井的中心距約為41m，與煤氣儀表房距離不到2米。
??工作井工程地質情況
??浦東工作井工程地質情況參考上海市民防地基勘察院編制的工程地質勘察報告（1997年2月）。
??
??土層
??
??編號
??土層名稱
??層底標高(米)
??層厚(米)
??滲透系數
??
??(×10-5cm/s)
??標準貫入度
??
??(擊)
??地基土強度(KPa)
??
??①1a
??雜填土
??1.11
??3.8
?? -----
??-----
??
??②1
??粉質粘土
??0.61
??0.5
?? -----
??-----
??
??②2
??粉質粘土
??-0.09
??0.7
??0.09
??-----
??-----
??
??②3
??粉質粘土
??-2.69
??2.6
?? 2.3
??80
??
??③
??淤泥質粉質粘土
??-5.19
??2.5
??0.08
??0.5
??65
??
??④
??淤泥質粘土
??-13.19
??8
?? 0.8
??60
??
??⑤1a
??灰色粘土
??-17.89
??4.7
??相對隔水層
??2.4
??70
??
??⑤1b
??粉質粘土
??-20.89
??3
?? 2.7
??80
??
??⑥
??褐綠色粉質粘土
??-24.89
??4
??相對隔水層
??16.3
??160
??
??⑦1b
??草黃色粉砂
??-----
??-----
??承壓含水層
??35.4
??>200
??
??
??⑦1b層為承壓含水層，水位埋深9.12米，相當于標高-4.46米。
??
??地下連續墻施工
??本工程地下連續墻為正24邊形，設計要求三抓一幅，每一幅接頭采用常規的鋼鎖口管接頭。地下連續墻深達44米，墻根深入⑦1B粉砂層（即上海市第一承壓含水層）。這樣，單幅成槽時間較長，易產生坍孔現象。且根據地質勘察報告提供的資料，本工程地坪下約4～5米范圍內有塊石、砼地坪等雜物，土表下18米內易產生流砂。由于工作井內襯無支撐，且是逆作法，僅靠地下連續墻作圍護，因此，做好地下連續墻是先決條件。在施工前我們采取了以下措施來確保連續墻的質量。
??
??換土
??在施工導墻前進行換土。
??
??根據地質勘察報告提供的資料，本工程地坪下約4～5米范圍內有塊石、砼地坪等雜物，且是雜填土。在雜填土中施工時，土體承載力差，又無法垂直自立，還會產生坍塌現象，勢必影響導墻施工質量，且造成施工場地環境惡劣。在地下連續墻成槽時，由于槽段內有雜物，會跟隨著成槽機帶下去，引起土體位移造成槽壁坍方，影響地下連續墻的質量。為此我們進行換土。
??
??回填土采用臨近工地挖出3～4米層的黏土，清除雜物，分層夯實，在導墻施工時能垂直自立，充當外模。
??
??導墻基槽開挖中發現的下水道給以嚴密封堵，防止其成為泥漿的泄露通道，在井位外另排一道排水溝。
??
??槽壁注漿加固
??
??
??由于槽壁注漿加固屬于標外工作量，考慮到注漿對槽壁質量的必要性，經設計、監理、業主認可后進行實施。
??
??⑴分析原因
??
??①地質條件復雜
??
??地表下18米內有流砂，墻體深度44米，須穿越堅硬的第⑥層暗綠色粘土層以及第⑦層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層），為上海市政行業地下連續墻施工所罕見。
??
??②周邊環境惡劣
??
??距黃浦江防汛墻約50米，場區附近有上海油脂一廠的廠房和若干油罐，及長江航運公司供應站的建筑物，工作井與相鄰的煤氣過江管工作井的中心距約為41m，與煤氣儀表房距離不到2米，他們對沉降要求都較高。
??
??③承受動荷載大
??
??在地下連續墻施工中，場地上有三輛大型設備要運轉，60噸重的成槽機在成槽時停靠在槽邊，50噸、100噸吊車在起吊鋼筋籠、預制接頭時也須在槽邊行走。
??
??④施工周期長
??
??設計要求三抓一幅。成槽時，按工藝要求，先兩邊后中間，挖上部土體只須4～5小時，挖第⑥層暗綠色粘土層須15小時以上，挖第⑦層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層），用時也在15小時以上，這樣，就是正常挖土也須35小時，雖有泥漿護壁，也極易產生槽壁坍塌現象，影響地下連續墻質量，也破壞周邊環境。
??
??⑵采取方法
??
??為保證地下連續墻施工正常進行，不破壞周邊環境，特對地下連續墻兩側進行雙排注漿來加固土體，內排為雙液注漿，外排為單液注漿，深度18米，孔間距1米，總孔數223孔，加固土體4032立方。地表下回填土范圍內，施工時適當增加注漿量。
??
??⑶注漿參數
??
??漿液配比：
??
??單液注漿（水：粉煤灰：水泥：膨潤土=130：40：200：20）
??
??雙液注漿（水：水泥：粉煤灰：膨潤土：水玻璃=152：200：40：4：60）
??
??雙液漿的粘度＞35，比重1.3～1.5，初凝時間2～3min,凝固強度3～4Mpa/2h
??
??注漿壓力一般為0.2～0.5Mpa，初始時略高
??
??注漿流量一般為每分鐘10～15升
??
??
??
??注漿加固后土體強度可達到0.8Mpa
??
??采用砼榫式預制接頭取代常規的鋼鎖口管
??砼榫式預制接頭在本工程中應用具有的優勢：
??
??⑴砼榫式預制接頭是在地面上制作，其質量比水下澆灌砼有保證。
??
??⑵砼榫式預制接頭強度比設計地下連續墻要高。預制接頭的鋼筋保護層為2.5cm，而地下連續墻鋼筋保護層為9cm；預制接頭的高度大于地下連續墻的高度；預制接頭主筋同地下連續墻相同，并按預制構件要求增加相應的構造鋼筋，這樣同截面含筋量增加。
??
??⑶從結構受力分析，本工程是環狀多邊形，受力是環向壓力，由于預制接頭強度比水下澆灌砼地下連續墻高，其受力就更具有優勢。
??
??⑷預制接頭設計為H形，樁槽與地下連續墻咬合，樁連接采用鋼板連接，接頭端面間加橡膠止水條來保證防水。
??
??⑸現場有大噸位的起吊設備，拼裝后一次就位，對垂直度是有保證的。
??
??⑹預制接頭與地下連續墻是面接觸，而鋼鎖口管與地下連續墻是點接觸。在施工中預制接頭與槽壁間是無空隙的，這對防繞流更有好處。
??
??⑺拔鋼鎖口管須用大噸位的起拔器，且反力大，對導墻影響大。另拔管時間較難掌握，鋼鎖口管拔不出或拔斷，將直接影響地下連續墻的質量。采用預制接頭，就省去了該道工序，同時也克服了上述不足。
??
??⑻預制接頭底部為尖狀，利于插入土層，確保根部穩定，接頭背部回填土夾石，用沖桿搗實，確保預制接頭在澆灌水下砼時不移位。
??
??成槽機選型
??考慮到槽段深度44米，底下有承壓水，泥漿比重達到1.3，決定選用意大利進口的BN?2型成槽機，自重60噸，配備17噸重抓斗，寬度為0.8米，張開尺寸2.5米。若在第⑥層暗綠色粘土層、第⑦層草黃色粉砂層（即上海市第一承壓含水層）施工中遇到難度時，采用GPS?5型鉆機，先引孔再成槽，即兩鉆一抓法，確保成槽順利實施。
??
??由于采取了以上加固及改進措施，使連續墻施工總體上得以順利進行。但在具體施工時還是或多或少遇到了一些問題，下面我們就一些主要問題進行詳細介紹和分析以及采取的對策。
??
??⑴施工機械損壞
??
??由于連續施工，成槽機連續作業時間長，無保養間歇，極易造成設備的損壞，且地下土質較硬，由其是第⑥層暗綠色硬土，第⑦層含有豐富承壓水的鐵板砂層，故在第一幅、第二幅施工中，時間較短，而在DQ1第三幅成槽至35米時出現成槽機壞，抓土斗齒斷裂等情況無法施工時，馬上加重泥漿的比重來進行護壁。同時電召意大利專家趕過來檢修，另一方面組織機械工程師抓緊修理。考慮到停頓時間較長，雖有泥漿護壁，仍有槽壁坍塌的危險，經與設計、業主、監理商量后，對該槽段進行回填，回填材料采用黃砂加石子，以利第二次成槽。當成槽機修理好后繼續成槽時，決定調整成槽作業時間，每挖土5小時必須停機半小時～1小時，并組織專人進行保養，確保成槽機正常作業。
??
??⑵鋼筋籠無法就位
??
??在吊放DQ1槽段鋼筋籠時，確實出現鋼筋籠放到38米時放不下去的現象。當DQ1成槽結束時，量測深度為44.5米，用超聲波測試，槽壁雖有凹凸情況，存在少量塌方，但根據超聲波測試圖紙分析，鋼筋籠應該放得下。出現這情況后，只得重新吊起，經測試，成槽深度為42米，估計是由于DQ1槽段回填后重新成槽對土體產生多次擾動，影響較大。用超聲波重新測試，確實存在坍塌現象。經與設計、監理商量后，馬上采取措施，一方面加重泥漿的比重，另一方面成槽機繼續挖土，至設計標高后及時清底，終于將鋼筋籠順利放到位。
??
??在吊放DQ5槽段鋼筋籠時，也出現鋼筋籠離設計標高1米時放不下去的現象。對超聲波測試圖紙分析，無異常情況。根據以往經驗，估計是預制接頭未放直的問題。就用100噸吊車拎高鋼筋籠，用50噸吊車吊預制接頭，重新放預制接頭，再放鋼筋籠，最終順利就位。
??
??
??
??總結：第一、槽壁注漿加固對成槽時引起的塌方問題能控制到最小，確保施工正常進行，達到設計要求的質量。第二、鎖口管改預制樁解決了連續墻中鋼鎖口管吊拔及砼繞流等難題。
??
??工作井封底施工
??根據設計圖紙及地質資料可知：2m厚鋼筋混凝土底板底標高為-27.5m，完全坐落在第⑦層草黃色粉沙層，即承壓水層中。工作井地面標高為+5.00m，這樣基坑開挖深度將達32米多。承壓水靜水標高可達-4.46m，也就是說一旦坑底發生管涌現象，極短時間內其水位就可上升二十幾米高。同時在開挖過程中還要用逆作法進行內襯施工。因此要實現設計要求的干封底，施工難度與風險極大，選擇何種封底方案將成為施工成敗的關鍵。在施工前，我們走訪了相類式的一些工程，根據我們自己的經驗以及調查了解的情況，我們對以下幾種封底方案進行了研究探討，以決定其中一種方案實施。
??
??第一種方案：高壓旋噴注漿加固結合坑外深井降水封底方案。
??
??為實現干開挖，干封底這一目標，采取的措施是：井底采用高壓旋噴注漿加固和坑外采用深井降水卸壓達到干封底的目的，同時坑內采用逐級輕型井點降水進行土體疏干，實現干開挖。具體如下：
??
??井底高壓旋噴注漿加固
??
??
??井底部采用高壓旋噴注漿加固在井筒底部形成一隔水層，以平衡承壓水靜水壓力，高壓旋噴樁加固頂標高為-32.3m，孔距均為900m，加固深度為-32.3～-42.3m，隔水層厚度普遍為10.0m，共計約252根，近靠地下連續墻內側的孔位距離地下連續墻300mm，這樣能使地下連續墻的底腳處加固更密實，同時可以減小由于降水引起地下墻的下沉，亦能提高被動區土體與墻體間的摩擦力，增加隔水層的整體抗浮和防水效果。
??
??井底隔水層的穩定性、抗浮、抗彎驗算：
??
??驗算井底隔水層穩定性：
??擬在井筒底（-32.3～-42.3m）范圍內通過高壓旋噴注漿加固形成不透隔水層，以阻擋⑦1B層粉砂承壓水，使基坑形成環形封閉的井筒。
??
??抵抗承壓水的坑底地基加固計算：
??
??hrc≥Hrw
??
??式中：h椏擁椎郊庸痰酌娓叨齲╩）
??
??rc椉庸灘愕酌嬉隕賢斂慵尤ㄖ囟齲↘N/m3）；
??
??Hrw棾醒顧?沽?/P>
??
??此處rc取19KN/m3，rw取10KN/m3
??
??h取值按13m進行驗算
??
??則hrw=13×19=247KN/m2
??
??Hrw=(4.9+40.3-9.12)×10=360.8KN/m2
??
??注：自然地坪標高+4.90m，9.12m為水頭離地表面的高度
??
??所以hrc-Hrw=247-360.8=-113.8KN/m2
??
??地下連續墻底腳水壓為360.8KN/m2，即0.3608Mpa，若取安全系數為1.5，則考慮筒底加固后強度不應小于1.5×0.3608=0.5412Mpa。
??
??加固體抗浮力驗算：
??在考慮加固體的抗壓強度之外還應考慮加固土層的整體穩定性，即整個加固層能否平衡承壓水上浮力。
??
??依據平衡條件按下式進行驗算：
??
??FsFHrw=f加固μh1+Frch+f砂μh2
??
??式中：Fs棸踩?凳?.5
??
??F椌?椎牡酌婊?╩2）
??
??rc椌?準庸談羲?鬩隕掀驕?囟齲↘N/m3）
??
??μ椌?哪詒謚艸ぃ╩）
??
??h1椉庸談羲?愫穸齲╩）
??
??h2椀裝宓郊庸灘愣ズ穸齲╩）
??
??f砂、f加固椃直鷂??B層土體加固前后土體付著力，取(1/3)C（KN/m2）
??
??h=h1+h2
??
??H=4.9+40.3-9.12=36.08m
??
??f加固=(FsFHrw-Frch-f砂μh2)/μh1
??
??=(1.5×226×36.08×10-226×19×13-0.5×53.3×5)/53.3×8
??
??=155.62Kpa
??
??則C=3f加固=466.86Mpa
??
??若加固體土層厚度為8.0m，則其加固后土體除滿足以上計算抗壓強度為1.5Hrw=0.5412Mpa外抗剪強度C值不應小于10kg/cm2，即無側限抗壓強度為qU=10kg/cm2而C=qU/2=5kg/cm2
??
??f加固=C/3=5/3（kg/cm2）=166.7Kpa，根據上面的公式可反算需加固土體的厚度：
??
??即：h1=（1.5FrwH-Frch-f砂μh2）μf加
??
??=(1.5×226×10×36.08-226×19×13-0.5×53.3×5)/53.3×166.7
??
??=7.46m
??
??為確保高壓旋噴注漿加固的效果，偏于安全取值為10m。即做10M厚高壓旋噴注漿加固來抵抗承壓水靜水壓力。
??
??注漿加固體抗彎驗算：
??假之按a=17m的四邊簡支方板計算，應偏于安全。
??
??M=0.0368q˙a2
??
??W=bh2/6
??
??式中：q椌?己稍兀╧g/cm2）
??
??a棸宓淖畛け擼╩）
??
??b棸宓暮穸齲╩）
??
??則q=45-(40.3-27.30)×0.8=35t/m2
??
??（其中加固厚度取值按8.0m，土體的比重取有效重度0.8t/m3進行驗算均偏于安全）
??
??故Q=M/W=0.0368×35×172/(bh2/6)
??
??=0.0368×35×172×6/64
??
??=34.9T/M2=3.4kg/cm2=0.34Mpa<1Mpa即抗彎能力OK。
??
??設高壓旋噴無側限抗壓強度qU=1Mpa=10kg/cm2，其抗壓強度按qU/10計，則抗拉強度為qU/10=0.1Mpa。為使加固體局部不產生裂縫和滲水現象，按上述公式反算需降水的深度：
??
??即M/W=10T/M2
??
??M=10×W=10×bh2/6=10×82/6=106.07t/m2
??
??則q=Hrw-(40.3-27.3)×0.8（式中土體的比重取有效重度0.8T/M3）
??
??則Hrw=20t/m2
??
??即：要使加固體局部不產生裂縫和滲水現象，需深井降水配合將水位降至約25M的深處。
??
??由于⑦1B層為粉砂層，高壓旋噴加固無側限抗壓強度有可能提高到qU=2Mpa，這樣根據計算的結果，降水只需降深約15M左右。因此加固以后取R28進行檢驗，檢測R28的qU值來驗證高壓旋噴加固計算的可靠性，從而推算水位所需降至的深度。
??
??坑外深井降水：
??按上述的計算，隔水層的抗浮、抗彎均符合要求。但要使隔水層抗拉驗算符合要求，隔水層局部不產生裂縫和滲水現象，必須輔助于深井降水。沿基坑周邊設四口大井，孔徑Ф600mm，井管Ф325mm，深度約50m（包括15m的濾頭），井內設揚程50m以上深井潛水泵，觀測孔設3個，孔徑Ф300，井管Ф108，深度32m，坑內2個，坑外1個，用于水位觀測。依據設計要求，先進行揚水試驗，測定實際的水文地質資料，進一步優化降水方案。
??
??為確保周圍環境的安全，坑外的深井降水隨挖深增加而超前推進，以減小降水引起對地面沉降和周邊環境的影響。降水期間應隨時進行水位的跟蹤觀測，控制水位在滿足井底卸壓和井底加固抗拉要求即可，該部分水位沉降應根據抽水試驗和巖芯取樣結果應重新核實水位，待底板及內襯墻施工完7天后并在隔墻施工完后方可停止降水。
??
??坑內設輕型井點降水：
??井筒底通過高壓旋噴注漿形成一層不透隔水層，使其形成封閉的井筒，坑內采用逐級輕型井點降水疏干坑內的土體，便于土方的開挖，坑內采用邊降水邊開挖的方法，輕型井點在坑內呈“十”字型布置，輕型井點間距為1.6m，對于2～4層土體由于每層開挖的土體厚度約10多米，每層土體應分兩級降水，每次降水達到預期的效果后，拔出輕型井點，再開挖土體和逆作法施工內襯。
??
??第二種方案：工作井封底凍結加固施工方案。
??
??根據上海市民防地基勘察院編制的浦東工作井和浦西接收井的工程勘察報告（1997年2月），頂管所在地層第⑥層暗綠色粉質粘土層呈東高西低分布。自上而下，兩井穿過的土層大致可分為七個層段，其中底板位于⑦1b的粉砂層，呈草黃色，飽和，中密～密實，天然含水量為22.1～30.8%，本層為第一承壓含水層，層頂標高浦東井-24.89m，承壓水位埋深9.12m，相當于-4.46m。鑒于該層位的性質，封底施工中必須采取有效措施，控制底板突水、涌砂。
??
??本方案設想對底板進行人工地層凍結加固，人工地層凍結加固具有強度高，均一性好的特點，根據中國礦業大學與上海隧道施工技術研究所的試驗資料，當凍結溫度達到-20℃時，對于工作井底標的⑦1b土層，其強度可達6.5Mpa，能滿足封底要求，同時采用凍結加固，無需進行疏干排水措施，環境影響小。具體方案如下：
??
??1、固封底
??
??工作井連續墻施工結束后，進行井內開挖作業時，為了防止工作井底部開挖和鋼筋混凝土底板作業過程中，由于下部土層失穩，地下水的涌入，出現管涌、、流沙或坑底隆起等破壞現象，必須創造一個具有一定強度、穩定的動土結構，以便封底工作順利完成。該凍結加固封底方案的工藝過程為：
??
??（1）工作井挖掘至地表以下22m即標高為-17m處，（在比較穩定的灰色粘土層中）停止向下開挖，，鋪設混凝土封層，布設封口管準備凍結鉆孔施工。
??
??（2）自混凝土封層向下鉆凍結孔（孔距1.0～1.4m，孔深15.3m），并布設凍結管。積極凍結形成凍結段總長度共15.3m，（標高-17.0m～-32.3），工作井底板上部凍結8.3m，底板下部凍結5m。（底板鋼筋混凝土厚為2m），當溫度檢測表明凍土溫度達到設計要求，凍土具備一定強度之后，方可破土開挖，工作面向下延伸。當挖掘超過工作井底板標高-27.3m厚，停止挖掘，綁扎鋼筋進行底板混凝土澆注。底板制作過程，應進行維護凍結。其時宜留部分凍結管作鹽水循環，以保證底板澆注的順利安全。
??
??2、凍結加固穩定性分析
??
??驗算井底凍結隔水層穩定性：
??
??依上述所擬的施工方案，在底板以下形成5m厚的凍結加固體不透水層，以阻擋⑦1b層粉砂承壓水。已知該層（浦東工作井）天然重度γ=19KN/m3，空隙比e=0.75。
??
??抵抗承壓水的坑底地基加固可按下式｛1｝計算：
??
??hγe≥Hγw
??
??式中h椏擁字良庸痰酌娓叨齲╩）;
??
??γe椉庸灘愕酌嬉隕賢斂閆驕?囟齲↘N/m3）；
??
??Hγw棾醒顧?沽Γ?/P>
??
??此處γe取19KN/m3；γw取10KN/m3；
??
??則hγe=12×19=228KN/m2
??
??Hγw=（2.3+39.3）×10=416KN/m2；
??
??所以hγe-Hγw=228-416=-188KN/m2；
??
??連續墻底的水壓為416KN/m2即0.416MP，以安全系數取1.5考慮則墻底凍結加固后強度應不小于0.461×1.5=0.624Mpa。
??
??加固土體抗浮力驗算：
??
??在考慮加固土體的抗壓強度之外，還應考慮加固土層的整體穩定性，即整個加固層能否隨時承壓水的上浮力。
??
??要判斷井底加固隔水層在承壓水作用下的整體穩定性可按如下分析：
??
??式中：Fs棗安全系數，取1.5。
??
??F棗井底的面積（m2）。
??
??γe棗井底加固隔水層以上平均重度（KN/m2）。
??
??μ棗井的內壁周長（m）。
??
??h1棗加固隔水層厚度
??
??h2棗底板到加固層頂厚度
??
??f加固、f砂棗分別為⑦1b號土體加固前后土體付著力，取（1/3）C(KN/m2)。
??
??h,H同上。
??
??所以，???
??Kpa
??
??若加固土層厚度為5m，則其加固后土體除滿足以上計算的抗壓強度0.624Mpa之外，還要滿足其抗剪強度c不小于715.83Kpa。當凍結溫度達到-10℃時，凍土的抗壓強可達3.00Mpa，安全系數達7.0左右，同時抗剪也達1.5Mpa，安全系數為2.2，也能滿足要求。
??
??第三種方案：深井降水方案
??
??本方案是采用深井降水方式，降低第7層土中的承壓水水位，確保承壓水水位控制在地面以下33米?5米之間（-28.00米?-30.00米，地面標高按+5.00米計），保證工作井挖土與封底時的安全，不發生冒水冒砂。詳細如下：
??
??1、降水方案
??
??地質資料提供第7層土中承壓水的滲透系數為10-5cm3/h，但根據以往工程經驗，該層土的滲透系數為10-3cm3/h，水位降深以該數據為依據進行計算，具體數值由抽水試驗確定，并根據試驗結果調整降水方案。根據理論計算結果，本方案擬設計7口降水井和3口觀測井，其中井內3口降水井，井外4口降水井，在工作井中央設置1口觀測井，在工作井外設置2口觀測井，具體位置布置見下圖所示。選用80m3/h?40m3/h的深井泵。
??
??降水井深定為60m，井管直徑定為Ф325mm。過濾管總長為20m，位于埋深38m—58m處，過濾管以下2m為沉淀管，過濾管以上為井壁管。過濾管外按“供水勘察規范”要求填砂至濾管頂以上8米處，以上填粘土球15米，剩余部分填黃泥直至地面，井口填埋砼或水泥。
??
??觀測井深定為40m，井管直徑采用Ф108mm。過濾管總長為2m，位于埋深37m—39m處，過濾管以下1m為沉淀管，過濾管以上為井壁管。過濾管外按“供水勘察規范”要求填砂至濾管頂以上8米處，以上填粘土球15米，剩余部分填黃泥直至地面，井口填埋砼或水泥。
??
??為調節降水井出水量，控制水位降深值，在各個降水井內設置回流管和回流閥。
??
??2、降水及井位布設原則
??
??為減少降水對周圍環境的影響，提高基坑內土體強度，應以基坑內降水為主，外降水為輔。根據理論計算，工作井底板施工時，若開啟井內的3口降水井，可使承壓水水位至少降至地面以下33.00米?5.00米。考慮到封底時的絕對安全，不發生意外（如修泵等），以及封降水井、頂管出洞等用途，故在工作井外圍另設4口降水井。
??
??3、降水施工技術要求
??
??（1）井點出水含砂量應小于1/100000，原因在于：降水形成漏斗形的降水面，所引起的沉降為不均勻沉降，這種不均勻沉降隨時間而不斷發展，若由于抽水將土層中的粘粒、粉粒和砂粒帶出地面，且抽水時間長，將加快不均勻沉降的速度，對環境造成破壞。根據以往經驗，含砂量應小于1/100000。
??
??（2）孔壁垂直度應控制在1/300，以保證濾管外有足夠厚度的砂層。
??
??（3）井管平面位置偏差不宜大于20厘米，井管管頂標高偏差不大于10厘米，井管應垂直位于孔中央，井管不得碰到孔壁。
??
??（4）井管焊接要求嚴實，沒有滲漏和砂眼。
??
??（5）投砂量不應小于設計總量的95%。
??
??（6）井管外回填的人工砂必須使用優質人工砂，其粒徑必須控制在1?.6毫米。過細的砂將增大水流阻力，減少井出水量；過粗的砂將使井管外的砂土通過人工砂間的空隙隨水流流入井管內。
????
??（7）降水井濾管應選用橋式過濾管。
??
??4、降水后井底穩定性驗算
??
??（1）井底水壓力計算：
??
??由于井內深井泵打入承壓水層，確保井內水位降低在底板下1.5m,降低了井底面積部分的承壓水頭壓力，由圖可知井底部分的承壓水頭壓力為γwh=10×10.5=105(KN/m2)。
??
??（2）井底粉砂抗管涌驗算
??
??由于深井泵的降水作用，由上面計算可知在井底附近的承壓水壓力降低為105KN/m2,
??
??因此，安全系數Fs=Fh’γe/FHγw=18×12/10×10.5=2.05
??
??式中符號含義同前。
??
??由此可見通過深井降水之后,井底承壓水壓力減少，底板以下的土體已滿足抗浮、抗管涌要求，即使對下面的土體不加固也能滿足要求。
??
??對于上述幾種封底方案，我們在征求了有關專家的意見后，對其進行了詳細的分析和論證，本著確保安全、穩妥的前提，決定選擇其中一種作為本工程的實施方案。具體分析結果如下：
??
??對于高壓旋噴注漿結合深井降水方案，我們認為：
??(1)井底高壓旋噴注漿加固，自地面開始鉆孔并實施。其加固深度達到40m左右，由于深度較大，鉆孔的偏斜等因素均易引起樁體交接處加固不均勻。
??
??(2)高壓旋噴樁必須配套以坑外的深井降水和坑內的逐級輕型井點降水施工。而采用基坑外降水對周邊環境的影響大。
??
??(3)高壓旋噴壓力較大，一般可達40Mpa左右，而連續墻為分幅式結構，有可能會使墻體產生變形。
??
??(4)旋噴加固體與連續墻的界面附著力能否達到理論要求。
??
??(5)四十幾米深的高壓旋噴樁，據了解施工隊伍較少，缺乏必要的施工經驗。
??
??2、對于井底凍結加固方案，我們認為一是土體凍結周期長，影響施工工期；二是凍結的土體會產生膨脹，對連續墻維護結構會產生多大的影響缺乏理論與經驗數據；三是缺乏相類似工程的施工經驗。
??
??其他還有井底注漿結合降水方案（與第一種方案類似）以及水下封底等方案。對于水下封底方案，由于本工程設計的結構形式為連續墻形式，我們認為有以下原因本工程不宜采用水下封底方案。一是水下封底砼與連續墻之間的界面難以處理；二是由于深度深，潛水員水下作業較困難；三是在水下須挖穿堅硬的第⑥層暗綠色粘土層，要實施水下封底工期太長。所以我們決定一般情況下本工作井將不采用水下封底方案。
??
??根據以上分析，我們決定采用深井降水方案。其原因一是相類似的工程采用過，可充分利用其他工程實施時的經驗與教訓；二是采用內降為主，外降為輔的方案，可最大限度的降低因降水對周邊環境所產生的影響；三是相對其他方案來說其施工周期短以及費用低等。
??
??方案確定后，在正式施工前，我們認為雖然采用內降為主的方案，但是，對于深井降水從理論上說，基坑內的三口井大量抽吸地下水也還會使地面產生沉降，影響周邊環境。對此我們在具體施工中做了充分的準備，采取了以下對策：
??
??1、嚴格執行信息化施工要求。對附近的主要構筑物、防汛墻以及地表布設了大量的沉降觀測點，另外在工作井四周增加了四個45米深的分層沉降觀測孔，施工期間有專人定期監測。
??
??2、對一幢間距2米左右的建筑物預先采取加固措施，一是采用一排9米深樹根樁進行隔離；二是在靠基坑一側預留注漿孔。
??
??3、嚴格控制降水井的成井質量，按照上文所提的7點技術要求嚴格施工。
??
??4、開挖前先做抽水試驗，確定以下數據：
??
??(1)確定第7層承壓含水層的水位和單井流量。
??
??(2)計算第7層承壓含水層的水文地質參數。
??
??(3)為降水作業選擇合適的泵型。
??
??(4)了解抽水過程中臨近建筑物與地面的沉降情況。
??
??抽水試驗用了15天時間，各種組合試驗共7次，取得了預期效果，獲得的成果如下:
??
??(1)場地內第七土層的天然靜止水位在-6.912m?-6.386m之間。
??
??(2)第七土層承壓含水層的滲透系數K=2.00×10-3—3.61×10-3。
??
??(3)降水作業的泵型可選用60m揚程、流量為80m3/h的潛水深井泵，三口井降水兩小時水位標高既可達到-28.53m?-29.393m，相當于埋深33.53m—34.393m，符合設計要求的水位埋深降至33m—35m。
??
??(4)抽水試驗過程中場地內的建筑物累計沉降值一般在3mm以下，降水作業對建筑物的影響較小。
??
??5、根據抽水試驗所驗證的降水效果，為嚴格控制地表沉降，在基坑開挖與封底過程中，對基坑內三口降水井，我們制定了詳細的降水計劃。
??
??具體降水方法采用分期分批跟蹤降水法，即隨著開挖深度的增加而逐步降低工作井內第7層承壓含水層的地下水位，使其始終低于開挖底面1m-2m。開啟深井泵的數量也從一臺隨開挖深度逐步增加到三臺。詳細方案如下：
??
??(1)依據抽水試驗觀測資料，場地內第7層承壓含水層的靜止水位標高在-6.386m---6.912m之間，比地質勘察報告提供的數值低1.926m—2.452m；經計算，我們認為標高-10.00m（相當于15m深度）以上的土層開挖無須進行降水作業。
??
??(2)抽水試驗觀測資料表明：單井抽水時工作井內第7層承壓含水層的最低水位可降至-14.369m，既在開挖第這段土體時，盡可能采用一臺泵抽水，并將降水井的出水量調到最大狀態，但必須保證第7層承壓含水層的水位低于開挖面1m-2m，否則，應調整流量或采用兩井降水。
??
??(3)在開挖標高-16.60m---27.45m這段土體時，根據抽水試驗觀測資料，前期-19.0m標高以上盡可能采用兩井降水，-19.0m標高以下應采用三井降水。
??
??(4)為縮短降水作業時間，封底、土體開挖及內襯墻的施工應盡可能加快。
??
??通過采用以上措施和手段，最終在專家指導以及所有項目部成員的共同努力下，順利實現了本工程的連續墻施工及降水封底施工。
??
??施工結束后，周邊構筑物及地表沉降情況如下：??
??
??1、建筑物沉降??
??
??從中可以看出：單井抽水和兩井抽水共歷時近兩個月，各點沉降值均不大，一般都在3—5mm之間；三井抽水歷時一個月，各點的沉降值均較大，一般在7毫米左右，最大沉降值為8mm；累計沉降值最大為29mm。
??
??地表土體沉降顯示了與建筑物沉降相似的規律：在起初的單井和兩井抽水期間，各觀測點的沉降變化均不大，一般在1—3mm之間；沉降變化最大是三井抽水期間，各點的沉降值一般在7mm左右，最大沉降值為8mm。
??
??六、結語
??
??復興路220KV電纜越江隧道頂管工作井的成功施工，為我們提供了很好的實踐機會。文中的方案比較分析，以及施工結果的研究，為該類基坑施工提供了一個很好的范例。
