简述超深基坑围护及桩施工

一、 工程概况

某超深基坑围护项目工程现场位于上海浦东，东海大堤北侧。该项目为国家发改委重点项目。该基坑挖深18.9m，是该区域开挖深度最大的基础项目。

二、场地地质情况

根据勘察报告，本场地自地表至开挖深度范围内所揭露的土层均为第四世纪松散沉积物，所见土层自上而下分述详见土层特性表。

1、工程地质

场地的工程地质条件及基坑围护设计参数如下表所示： 三、 工程难点、关键工序的确定 1. 本工程难点、关键工序

1.1 本工程施工区域位于厂房内，外侧为东海大堤。由于该项目为技术改造工程，厂房配套设施已全部完成，基坑边即为车间生产用行车主要承台基础。所以施工场地原因等大大限制了施工工艺的应用。该行车分别为上下两层，上层行车吊重160T，下层行车750T，对轨道变形要求非常高。在设计合理的前提下，基坑施工过程中不严格控制工艺流程、安全和质量，造成止水帷幕在施工时对其产生挤压变形以及在基坑开挖时出现止水帷幕渗漏水或围护体发生变形位移过大，将会影响到行车的正常运行，给工厂的生产造成严重后果。

1.2 施工区域存在大量原厂房地坪桩及设备基础桩（PHC管桩和钻孔灌注桩），根据附近区域施工经验，该区域地层复杂，容易造成钻孔灌注桩坍孔扩径，因此易形成\"大肚皮\"桩，对现在的钻孔桩成孔带来困难。本次围护桩位置正位于原桩位的中间，由于大肚皮的存在和老桩垂直度控制问题。在施工时可能会有部分桩位将距离原有桩位很近甚至碰到原有桩位。

1.3 本工程基坑开挖深度为18.9m是临港地区目前施工最深的基坑，对围护桩的垂直度及止水帷幕的完整性要求很高。同时，因变形要求严格，支撑系统布置较为复杂，对挖土施工也有一定难度。

1.4 本场地地层主要为吹填土层及砂层，砂性重且结构松散，对钻孔灌注桩成孔影响较大，使其易垮孔，孔壁不稳定。围护桩施工过程中会产生严重的扩孔现象，造成相邻桩无法施工。

四、 设计方案及施工中出现的问题：

该项目由于周边环境复杂，地下障碍物多，地层条件复杂等诸多原因。在设计施工中根据实际情况进行了三次设计方案变更。

1.第一套方案：基坑采用Φ900@1100和Φ1200@1400钻孔灌注桩挡土，一排Φ850三轴搅拌桩（套打）结合Φ900高压旋喷桩止水，部分区域采用两排Φ850三轴搅拌桩内套打灌注桩，三轴搅拌桩受厂房承台位置限制无法施工的区域采用3排Φ900高压旋喷桩止水，彼此搭接300mm。

经试成孔施工，共施工Φ900、Φ1200各一个，试成孔结束后，经检测单位成孔检测，试成孔在该地层下0～18米位置孔径均超过设计孔径，Φ900孔孔径超过1400mm，Φ1200孔孔径超过1600mm，且因三轴搅拌桩设备大，无法同时进行施工。后经设计、业主、监理、施工单位各方商讨决定，对本工程基坑围护形式进行改变，考虑到本工程地层易垮孔，拟采用先施工2排高压旋喷桩加固松散砂土，后施工围护钻孔灌注桩套打，防止垮孔扩径现象。

2.第二套方案：基坑采用Φ900@1100和Φ1200@1400钻孔灌注桩作为围护结构，采用两排Φ900高压旋喷桩（配合钻孔桩套打）结合一排Φ900高压旋喷桩止水。

根据第二套方案施工围护钻孔灌注桩，需先施工围护高压旋喷桩，后在高压旋喷桩上套打圍护钻孔灌注桩。根据施工组织设计方案，在围护高压旋喷桩施工完成后的第五天，再开始围护钻孔灌注桩施工，按该方案施工，要解决两个问题，高压旋喷桩施工后，在5-7天时间内钻孔灌注桩必须套入施工。否则，时间过短，旋喷桩未成形；时间过长，上部旋喷桩强度增长过大，灌注桩无法套入。实际施工过程中，施工西北角围护钻孔灌注桩W15#、W17#围护钻孔灌注桩时，由于地下障碍物影响，施工进度相当缓慢，施工该2根桩共耗时56个小时左右（开孔至灌注混凝土完成时间），同时由于块石与旋喷桩体反复磨削，该两根桩扩径严重，在0～18米位置尤为明显，最大扩径处甚至超过1800mm，照此施工，将严重影响后续围护钻孔灌注桩的施工进度及施工质量。同样原因在施工西南角W19#桩时，也遇到了此桩施工时间相当长及扩径垮孔现象。

此后，设计、业主、监理、施工单位一起研究讨论，一致认为，如继续采取套打施工，不仅影响围护体系整体施工进度，也将影响灌注桩施工质量。先提出采取跳埋钢套筒的方案，但是经过成本核算觉得追加成本太大，最后公司总工组织了一次专题的技术研讨会，研究决定取消套打方式，而改为在围护钻孔灌注桩施工时，采用性能较为稳定的GPS18/20型钻机克服地下障碍物，取消先施工围护高压旋喷桩，采用化学优质泥浆进行护壁，并要求每根桩进行孔径检测，如发现扩径严重的，再进行下放钢套筒，以此来保证整个围护钻孔灌注桩的施工质量，同时有效提高进度，并控制了成本的增长。确保该工程顺利完成，成本控制上也为业主单位创造了利益，从而形成了第三套方案。

3.第三套方案：基坑采用Φ900@1100和Φ1200@1400钻孔灌注桩作为围护结构，施工设备选用导向性能较好的GPS18/20型钻机。采用人工配备搅拌的优质化学泥浆钻进成孔。采用两排半Φ900高压旋喷桩止水，彼此搭接300mm。坑内两个不同深度的坑（-12.5m与-18.9m）采用Φ700@900钻孔灌注桩侧向挡土。基坑围护围檩及四道支撑均采用钢筋混凝土结构。基坑采用真空深井降水，采用2口承压井、3口疏干井将坑内水位降至坑底下至少1m。

上述方案确定后，立即重新编制施工方案，并认真研究优质化学泥浆的配置，组织优质化学泥浆所需的材料进场，现场进行调试、试用。优质化学泥浆所需的后台加工平台，钻机配备设备一并到场后，便开始组织进行重新施工围护钻孔灌注桩。使用优质化学泥浆后，从实际上确实有效控制了在该地层施工围护钻孔灌注桩（特别是Φ1200围护钻孔桩）垮孔、扩径现象的发生。但同时，由于该工程是在原旧地坪、旧基础设备范围内进行施工，原地坪桩、旧围护桩不可避免的对现围护体系施工造成影响。在施工围护灌注桩时，就碰到了地下障碍物，障碍物形式有：钢筋混凝土块、旧地坪桩（PHC管桩、钻孔灌注桩等）、围护高压旋喷桩。

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围护高压旋喷桩施工阶段，同样遇到了地下障碍物情况，有钢筋混凝土、旧地坪桩、旧围护高压旋喷桩等，这些障碍物，不仅影响了整体围护体系的施工进度，也为日后围护止水效果造成了极为严重的影响，有的地坪桩占进了止水体的位置更使止水帷幕的效果难度大大的提高。遇到该些障碍物，一方面，我司采取了先进行预引孔措施，以便高压旋喷桩施工时能够顺利。在施工安排上也进行了

技术讨论，最终确定先施工内排夹缝桩并保证位置准确（使用挖掘机开槽，暴露出钻孔灌注桩的具体位置，然后取两根相邻桩的中心点），再进行施工外排桩（在遇到旧地坪桩占进止水体的情况采取全包围的方法从外把旧地坪桩包在止水体内）有效地把基坑与外部地下水进行阻隔，最后施工中间一排桩充填了内外两排桩中间的空隙。这样使整个止水帷幕更为牢固。

五、 基坑开挖施工情况

1.基坑开挖过程中出现的漏水情况 1.1 表层土开挖阶段：

表层土开挖阶段，基坑无渗漏水现象发生，仅在圈梁底部接缝处有渗水现象，经坑处挖坑降水，现象消除。

1.2 第一层土开挖阶段：

第一层土开挖至-7.45米，在基坑北侧出现了2处渗、漏水现象，施工单位采用了先引流，后用快干水泥封堵的办法，该阶段漏水基本未影响挖土进度。

1.3 第二层土开挖阶段：

第二层土开挖至-11.65米，基坑南北两侧接连出现了9处渗、漏水现象。我司积极采取措施处理，但是成功堵住一个漏水点后又在同一标高出现了另外的漏点，频繁出现了这种情况后，经过分析探讨，一致认为：

该第②3-2层砂质粉土地勘报告判为不液化砂层，但勘察报告相关数值与液化土层判定值相关甚微，不排除人为进行了调整，在整个施工过程中，包括旋喷桩施工，行车振动对该该层扰动非常大，同时该土层临近海边，潮汐作用非常大，根据开挖过程中坑外水位观察，潮水引起水位升降达3m。因此，该层位旋喷桩由于施工差异，成桩固结不完整。另外，在-11.5m位置现场取样发现一粘土夹层，层厚2-5cm不等，该夹层上下点位处为漏点高发区域。

1.4 第三、四层土开挖阶段：

第三层土开挖至-15.45米、第四层土开挖至-18.90米，基坑同样出现了第二层土开挖时出现的渗、漏水现象。

2.针对开挖过程中出现的各种漏水情况采取的堵漏措施

2.1 基坑上部开挖时出现的小漏点，针对漏点小、水头压力不大，采取了坑内强行封堵。

2.2 基坑挖深，第二层土开挖至设计标高-11.65m处，该层标高正好处于第②3-2层砂质粉土层中，在该层出现的漏点具有水头压力大、多分布于该层土的粘土夹层处、该层土砂性重土性差遇水则变成流塑状，抗压抗剪性为零、开挖时间正好是潮汛期，受东海潮汐动水作用下止水体侧向水压力增大，漏点会逐渐变大且向止水体薄弱点扩散。内封堵根本无法处理。经过讨论安排，采用在止水体外部进行双液注浆堵漏：

2.2.1 设备选型： 2.2.2 压密注浆

先使用钻机在漏点外围进行引孔，钻进深度为25m。安装注浆管至24.5m处，孔口注漿管入口使用三通并安装两个阀门，先使用水灰比为0.8的水泥浆液进行注浆，如果水泥浆液能够从漏点流出，则说明引孔已经打通了漏水通道。再同时打开水泥浆液和水玻璃的入口闸门，针对引孔的孔深、位置与漏点的距离，调节SYB-50型（液压式）注浆泵的速率来确定好水泥浆液与水玻璃的配比，避免出现注浆管内固结或注浆口固结，以漏点出口处固结为宜。一般选用水泥浆液与水玻璃1：1的比例制配，由于本工程特殊，出现漏点的层位不断受潮水冲刷，止水体形成的水流通道较大且漏水过程中带出大量止水帷幕与挡土灌注桩中间的砂形成较大空洞，所以该工程注浆选用水泥浆液与水玻璃2：1的比例制配，便于混合浆液在注浆口处扩散，更好地止水及填充止水帷幕与灌注桩间的水流空洞，控制水滞留于空洞里再次向薄弱点扩散。

通过采取这些措施，辅以坑内浅井抽水等措施，历尽艰辛，终于开挖到位，封底成功，在计划日期内完成垫层浇筑及底板施工。

六、周边环境出现的变化

1、7月27日厂房西侧及南侧出现了塌陷现象，我司在处理西侧塌陷点时，挖开西侧路面后发现厂房地坪下漏空情况严重，采取回填措施回填了20方水泥土及71.8吨水泥，回填后塌陷情况得到有效控制。

2、比照该塌陷点位置在南侧2-3轴的承台中间开了一个80cm*80cm探井，井内观察发现承台底有80cm-150cm的整体漏空现象。

3、7月30日的监测报告显示：3#及6#监测点出现了2.1cm跟1.85cm的水平位移。

4、1#承台沉降起伏异常。1#承台位起伏异常，浮动值达20mm。 七、结论和建议

1、该工程施工环境、开挖深度、施工地层均不平常的工程，方案三易其稿，充分说明基坑设计要尊重客观，一切从实际出发。

2、高压旋喷桩作为止水帷幕，在认真分析土层特性、精心施工的前提下是可行的，但在受到动水压力影响情况下，建议砂性土区段采取增加水泥用量、复喷等措施以保证桩身固结均匀及强度，同时应考虑掺加一定比例膨润土，以10-15%为宜。

3、复合土体在固结过程中，砂性土不能受振动影响，不间断的深层土体中的振动，将造成复合土体固结不密实，固结体中易出现裂缝。

4、围护桩刚性桩施工的垂直度非常重要，否则止水帷幕与其贴合不易，容易形成垂直的水力通道。

5、开挖时要结合判断变形、位移、水位、天气等各项因素，开挖节奏要掌握好，渗漏处理要及时果断，辅助措施该上要上，否则后果不堪设想。