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围填海区域深基坑隔水设计施工技术

摘要:目前通过围海造陆拓展土地资源是一种有效手段,但在填海区进行地下空间建设也面临吹填后上部土质砂性较重、地下水与海水联通的问题,在此区域进行桩基施工、隔水降水施工等难度较大,需要在围护设计与施工时加以考量,确保基坑安全。

关键词:围填海区域,深基坑,隔水降水,水位控制

引言

随着城市化进程的加快,城市土地资源紧张等诸多问题逐渐显现,沿海地区受到土地资源限制发展的矛盾尤为突出。目前通过围海造陆拓展土地资源是一种行之有效的手段,但在填海区进行地下空间建设也面临着如下问题:围海区域基本为滩涂地质,在进行吹填后形成了上部吹填土,下部软土及砂土的构造特点,上部土质砂性较重,在此区域进行桩基施工难度较大;同时因场地临海,在地下水与海水联通情况下,进行基坑隔水及降水难度较大;另外由于围护外侧水土压力受海水潮汐影响呈周期性变化,需要在填海区围护工程设计与施工时加以考量,确保基坑安全,最终总结形成类似围填海区域大型深基坑隔水降水设计施工关键技术,以期提供借鉴。

1背景工程概况

1.1工程概况

背景工程位于上海市浦东新区洋山保税区内,建设内容为:1号冷库、2号冷库、3号冷库、4号仓库、办公楼、1号门卫、2号门卫及连通平台等建筑单体,场地道路,地下管线等,设置1层地下室。基坑规模:本基坑总面积约为22000m2,划分为两部分,1号~3号冷库区域为A坑,面积为18016m2,总延长米为664m,开挖深度4.25m;4号仓库及综合楼区域为B坑,面积4437m2,总延长米279m,开挖深度4.5m,5.25m。

1.2环境概况

本工程位于上海市浦东新区洋山保税区内,北临海旺路,东接洋浩路,南临扬帆路,西靠汇港路,工程往南500m即为海岸线。

1.3地质概况

本工程开挖范围主要位于砂质粉土层,基地内土层分布如表1所示。本工程浅层地下水属潜水,平均水位埋深一般为0.32m~0.84m。综合地下水类型埋藏特征,基坑围护设计时,按不利原则考虑,场地内地下水位埋深取自然地坪以下0.5m。另第⑦层分布有承压含水层,埋深较深,基坑最大开挖深度为5.25m,故不涉及第⑦层承压水。

1.4不良地质条件

基坑开挖范围内的土层有①层围海填土,②3层砂质粉粉土。第①层围海填土,结构松散,成分复杂,开挖时易产生塌落等现象;第②3层土为饱和粉性土,渗透性相对较强,场地地下水较浅,造成流变和坍塌等不良地质条件。

2基坑设计与施工

2.1围填海区域大型深基坑隔水降水的设计要点

围护结构针对性设计:本基坑总面积约为22000m2,划分为两部分,普遍开挖深度最深为5.25m,属超大面积基坑。基坑周边场地条件宽松,环境保护要求较低。因基坑南侧500m距离即为海岸线,为减少基坑受海水潮汐影响的时间、控制基坑开挖时因潮汐影响而产生的变形,需对该基坑围护结构进行针对性设计。围护结构设计时主要考虑以下因素:1)采用重力式挡墙的围护形式。由于基坑普遍开挖深度最深为5.25m,且周边环境条件宽松,保护要求低,为减少基坑受海水潮汐影响的时间,围护结构采用重力式挡墙的围护形式,重力式挡墙的围护形式已经积累了丰富的设计经验及施工经验,利用其自重挡土,可不采用支撑体系,对于挖土施工较为便利,提高施工速度,减少基坑暴露时间。2)重力式挡墙前肢加长隔断透水层。为减少潮汐作用影响,采取重力式挡墙前肢加长至不透水层以下1m,以起到隔水的效果,同时兼顾经济性,缩短施工工期(如图1所示)。3)采用深浅结合的方式进行坑内疏干降水。基坑浅层水位采用轻型井点进行坑内疏干降水,降水深度控制在普遍深坑底以下0.5m~1.0m。本工程轻型井点在基坑内采用环圈井点与单排线装井点相结合的布置形式,基坑内部间隔约15m均匀布置,井点水平距离1.5m,此方案作为基坑大面积快速降水使用。重力式自流井在基坑内布置21口,布置间隔普遍30m~50m,深坑区域需重点布置。如图2所示设置降水管井的目的在于人工降低给定范围内的地下水位,以便基坑后期施工能够在疏干和安全的条件下进行,由于基坑相邻海岸线,考虑水位会受潮汐水位影响,故采取此方案对深层水位进行降水,保障基坑后期施工安全。

2.2围填海区域大型深基坑隔水降水的施工要点

1)围护施工。在基坑开挖范围内的土层有①层围海填土,②3层砂质粉土。第①层围海填土,结构松散,成分复杂,开挖时易产生塌落等现象;第②3层土为饱和粉性土,渗透性相对较强,场地地下水较浅,造成流变和坍塌等不良地质条件。故在基坑围护时应加强和采用适当的施工程序。双轴水泥土搅拌桩应连续搭接施工,相邻桩施工间歇时间不得超过16h。施工必须坚持两喷三搅的操作顺序,且喷浆搅拌时钻头提升(下沉)速度不宜大于0.5m/min,钻头每转一圈提升(或下沉)量以10mm~15mm为宜,最后一次提升搅拌宜采用慢速提升。搅拌桩垂直度偏差不得大于1%,桩位偏差不得大于50mm,桩径偏差不得大于4%。水泥土搅拌桩须达到28d龄期且达到设计强度,基坑方可进行开挖。本工程采用重力式挡墙的围护形式,采用双轴搅拌桩施工,因存在较厚的粉、砂性土,建议采用大功率的双轴搅拌桩设备,确保成桩深度及质量达到设计要求。施工前在现场进行试成桩,以确定搅拌桩的深度、喷浆量、喷浆速度、提升量、提升速度等参数,以保证桩体质量,隔水效果。2)降水施工。土方开挖前需进行基坑降水,基坑采用轻型井点结合重力式自流井(如图3所示)进行坑内疏干降水,降水深度控制在普遍深坑底以下0.5m~1.0m。待围护体施工完毕形成闭合体后,基坑内部采用轻型井点(如图4所示)进行15d的预降水,水位降至设计标高后,方可进行土方开挖。重力式自流井在基坑开挖前4周必须开凿完成。基坑开挖时,坑内的重力式自流井应全部开放,并有提前3周的预降水时间。基坑内降水必须待形成封闭的止水帷幕后方可进行,降水过程中加强观测,避免降水对周边环境产生不良影响。抽水系统安置完毕后,进行试抽水,达到要求后方可转入正常抽水。考虑基坑降水受潮汐影响较大,抽水须具有连续性,抽水时地下水将源源不断流至管井,使重力式自流井滤网不致堵塞为原则,除遇特殊情况外,降水施工应24h连续工作。降水过程中,每天定时测量观测井内水位并详细记录,以指导降水作业及挖土施工。待基坑开挖到设计标高、浇筑垫层时,仍需保留部分井点进行不间断抽水。待结构全部完工,停止抽水后,采用法兰盘盖板封井并采用比结构设计强度高一级的混凝土找平(如图5所示)。3)土方开挖。基坑挖土应遵循分区、分层、对称开挖的原则,垫层未封闭时间应控制在48h之内,围护墙无垫层暴露长度不宜大于30m。基坑内明排水沟及集水坑不得设置于基坑周边,距离围护体距离应至少保证大于1m。开挖过程中发现围护体接缝处渗水应及时进行封堵措施。

3实施效果

基坑内部由于重力式挡墙前肢加长至不透水层,根据不同的开挖深度,分别采用轻型井点和重力式自流井,深浅结合进行坑内疏干降水,基坑内水位一直保持在开挖面以下不小于0.5m。通过对基坑进行持续降水,故坑内极少发生积水的情况,整体降水效果非常理想,开挖面以上土体始终保持相对干燥状态,开挖过程也比较顺畅,顺利推进了施工整体进度(如图6所示)。基坑土方开挖阶段,通过分层分区的开挖原则,限制开挖暴露长度,及时浇筑垫层和底板结构,充分利用“时空效应”原理,围护墙顶的位移得到有效的控制,周边道路均未发生开裂、沉降等情况,确保了基坑施工的安全,减小了对周边环境的影响,基坑位移变形情况均在设计要求范围内。

4结语

本工程通过采用重力式挡墙的围护形式,对重力式挡墙进行前肢加长措施后,再配合采用重力式自流井与轻型井点相结合的降水方案,大大降低整个基坑开挖过程中的降水周期,提高了施工效率,降低了成本,并将潮汐对基坑产生的影响降到最小。实践证明,采用此方案在基坑施工期间,未出现位移变形过大、降水报警等问题,根据降水监测报告显示,水位均在安全开挖水位之下,始终处于可控受控状态,从而使工程安全、质量得到保障。

参考文献:

[1]张文军.上海临港地区特殊土质条件下的基坑围护方案选择[J].建筑施工,2019,41(6):998-1000.

[2]卢海丰,李辉,孙波.富水地层深基坑开挖施工技术及控制措施研究[J].铁道建筑技术,2018,(10):10-15.

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