1、天津周大福金融中心超深基坑地下水综合控制技术 于海申 杨晨 肖大伟 范少兴 阙圣超 中国建筑第八工程局有限公司天津分公司 摘 要： 以天津周大福金融中心工程为背景, 其地处天津市饱和软黏土地区, 基坑开挖深度为 27.5m, 电梯井位置深度达 32.3m, 距第 2 承压含水层顶部只有 8m, 地下连续墙未切断第 2 承压含水层, 基坑底部土层为砂质黏土, 渗水系数高。经抽水试验测得基坑存在地下连续墙渗漏及坑底突涌风险, 项目采取一系列措施对地下水综合控制, 未对周边环境造成不良影响。关键词： 高层建筑; 深基坑; 地下水; 监测; 袖阀管; 封底; 施工技术; 作者简介：于海申, 助理工程师
2、, E-mail:收稿日期：2017-07-06基金：中建八局科技资助 (2014-01) Groundwater Integrated Control Technology of Super Deep Foundation Excavation in Tianjin CTF Financial Center ProjectYU Haishen YANG Chen XIAO Dawei FAN Shaoxing QUE Shengchao China Construction Eighth Engineering Division Co., Ltd. (Tianjin) ; Abstract：
3、 This paper is based on Tianjin CTF Financial Center project, the construction method of high strength and high performance concrete in steel pipe is introduced in view of the characteristics of steel frame column. The key points are the improvement of steel structure, the optimization of steel pipe
4、 jacking, steel pipe concrete construction and top multi-cavity steel pipe jacking control and many other aspects. The concrete pipe jacking construction technology ensures the quality of construction, at the same time, greatly reduces construction time, reduces construction costs.Keyword： tall buil
5、dings; deep foundation excavation; groundwater; monitoring; sleeve valve tube; bottom sealing; construction; Received： 2017-07-061 工程概况1.1 工程整体概况天津周大福金融中心项目位于天津市滨海新区, 由主楼、裙楼、裙房 3 部分组成, 主楼地上 100 层, 建筑高度为 530m。工程地下室整体 4 层, 普遍开挖深度为 24.8m。裙楼基础底板厚 1.4m, 塔楼基础底板厚度为 5.5m, 其中核心筒电梯井部位底板厚度为 9.9m, 基坑开挖深度达 32.3m
6、, 如图 1 所示。1.2 基坑支护概况基坑围护结构采用地下连续墙形式, 主楼区和裙楼区中间设置临时分隔墙。裙楼区与裙房区均采用“地下连续墙+4 道支撑”支护形式, 塔楼采用“环形支护桩+5 道环梁”支护形式, 如图 2 所示。1.3 周边环境概况基坑南临第一大街, 距基坑约 40m 处为市民广场;基坑西侧与新城西路相邻, 距基坑约 43m 为别墅区;基坑北侧与广达路相邻, 距基坑约 40m 处为 MSD 办公楼;基坑东侧与广场路相邻, 距基坑约 50m 处为滨海新区公检法办公楼和检察院, 如图 3 所示。坑周边管线密集, 有给水管、排水管、热水管线、有线电视管道、中压煤气管线、地下车道等,
7、管线覆土厚度约 1.5m, 最近的管线距工程支护结构外墙 3.3m, 管线允许设计变形值为20.0mm, 基坑 1 倍开挖深度影响范围断面如图 4 所示。2 工程水文地质条件1) 工程地质特点成层分布, 砂黏互层, 开挖范围内存在深厚软弱土层。裙楼基坑底部为粉质黏土层, 塔楼基坑底部为粉土层, 渗水系数高, 如图 5a 所示。2) 水文地质特点基坑开挖影响范围内存在多水层, 包括 2 个承压水层。裙楼基坑底部接近第 1承压含水层, 塔楼基坑底部距第 2 承压含水层顶部只有 8m。地下连续墙切断第1 承压含水层, 如图 5b 所示。图 2 基坑支护平面 Fig.2 Support plan of
8、 foundation excavation 下载原图图 3 基坑周边环境情况平面 Fig.3 Plan of surrounding environment of foundation excavation 下载原图3) 监测点位共 238 个, 施工方进场时现场监测潜水水位累计变化量达 3.985m, 报警值为 1.0m, 结果显示止水帷幕存在渗水现象。图 5 基坑工程地质与水文地质剖面 Fig.5 The engineering geology profile and hydrogeology profile of foundation excavation 下载原图3 地下水综合控制技
9、术实施针对基坑存在渗漏及突涌风险的情况, 现场采取 ECR 渗漏检测、RJP 精准加固、袖阀管预埋应急、超深止水帷幕切断第 2 承压含水层、高压旋喷桩封底加固、自流阀科学减压、超前筑底等一系列措施来控制错综复杂的地下水。图 1 基坑开挖剖面 Fig.1 Profile of deep foundation excavation 下载原图图 4 基坑周边管线断面 Fig.4 Section of the pipeline around foundation excavation 下载原图图 6 ECR 渗漏检测原理 Fig.6 ECR detection principle 下载原图3.1 EC
10、R 检测精准定位地下连续墙渗漏三维位置通过群井抽水试验反映出地下连续墙存在渗漏现象, 但不能确定地下连续墙具体渗漏部位, 常规渗漏检测方法存在检测周期长、精度不高等缺陷, 为此引进ECR 渗漏检测技术。1) ECR 渗漏检测原理其原理是在地下连续墙外侧设置电势发射极, 逐级施加电势, 在地下连续墙内侧设置多通道接收极, 探测渗漏水中微弱离子的运动, 对接收信号进行数据图像处理, 快速准确地确定地下连续墙渗漏部位, 如图 6 所示。2) ECR 渗漏检测实施过程在主楼区地下连续墙内侧土体表面埋设传感器, 水平间距 3m, 地下连续墙接缝处、跨中均匀布设, 每个检测段内设置独立的坑外观测井及坑内对
11、应的降水井, 如图 7 所示。图 7 主楼区检测点位布置 Fig.7 Layout of detection point position in main building area 下载原图3) ECR 检测结果经检测并对收集的数据进行分析后, 在检测 350m 范围内有一般渗漏点 4 个、严重渗漏点 5 个 (见图 8) 。3.2 RJP 针对性封堵加固根据 ECR 检测出的主楼区地下连续墙 9 个渗漏点, 15 个地下连续墙接缝采用RJP 精准封堵, 桩径为 1 600mm, 桩顶标高-11.000m, 有效桩长 33m, 同地下连续墙墙深。该工艺能自动释放土层压力, 可有效避免地下连续
12、墙渗漏及地面隆起。同时, 采用 RJP 针对性加固, 避免了所有地下连续墙接缝加固的浪费, RJP原理及施工工艺如图 9, 10 所示。图 8 主楼基坑渗漏平面 Fig.8 Leakage plan of foundation excavation of main building 下载原图图 9 RJP 加固原理 Fig.9 RJP strengthening principle 下载原图图 1 0 RJP 施工工艺 Fig.10 RJP construction process 下载原图3.3 预埋袖阀管, 为抢险节省时间在土方开挖过程中地下连续墙仍会因变形而发生渗漏, 因此在土方开挖前在
13、所有地下连续墙接缝处均预埋 1 根袖阀管, 深度为 42.0m, 同地下连续墙墙深, 原理及现场布置情况如图 11, 12 所示。在渗漏萌芽状态, 精准封堵渗漏位置, 相比于事后注浆, 节省了引孔及下放袖阀管的时间, 注浆时间由 3h 缩减至30min, 及时封堵减少渗漏时间, 同时减少了水及砂的流失, 以保障坑外土体的稳定性。图 1 1 袖阀管注浆原理 Fig.11 Pouring principle of sleeve valve tube 下载原图图 1 2 袖阀管加固平面及详图 Fig.12 Strengthening plan of sleeve valve tube and det
14、ail drawing 下载原图3.4 高压旋喷桩止水帷幕切断坑内外第 2 承压含水层联系由于地下连续墙未完全切断第 2 承压含水层, 且塔楼基坑开挖深度达 32.3m, 土质为粉质黏土, 坑底抗突涌系数低。为此需施工止水帷幕切断第 2 承压含水层。塔楼基坑采用单排高压旋喷桩作为止水帷幕, 对开挖深度27.5m 的基坑进行隔水处理, 直径为 1 000mm, 咬合 350mm, 桩顶标高-27.000m, 有效桩长 33m, 采用 PO42.5 普通硅酸盐水泥, 掺入比为 40%, 注浆压力值为 35MPa, 切断深坑部位与外侧第 2 承压含水层的联系, 一定程度上降低了坑底突涌的风险, 如图
15、13 所示。3.5 高压旋喷桩封底加固, 控制隆起塔楼基坑大面积开挖深度在 27.5m, 坑底突涌风险大, 坑中坑部位深度为30.832.3m, 距第 2 承压含水层顶部只有 8m;且由于存在勘探孔, 深层承压水会给第 2 承压含水层快速补给, 坑中坑突涌风险大。为此在第 1 步土方开挖前对塔楼坑中坑部位采用高压旋喷桩进行整体封底加固, 桩径 1m, 咬合 0.2m, 桩顶标高-30.000m, 有效桩长 8m, 如图 14 所示。图 1 3 高压旋喷桩止水帷幕平面及剖面 Fig.13 Plan and profile of waterproof curtain of high pressur
16、e jet grouting pile 下载原图图 1 4 高压旋喷桩封底加固平面及剖面 Fig.14 Plan and profile of bottom sealing strengthening of high pressure jet grouting pile 下载原图3.6 自流减压, 减少地下水抽降由于高压旋喷桩在深度 4060m 处易出现倾斜、劈叉等现象, 因此止水帷幕存在渗漏风险, 抽降承压水必不可少, 为此增设减压井, 并在减压井上设置自流阀, 不主动抽降, 减少对地下水的抽降;并按需分批开启, 首先开启 1/3, 即坑中坑的 3 口减压井。通过自流阀控制水头高度 (见表
17、1) , 通过管道引至水箱, 有组织地抽排, 减少地下水抽降量。自流阀底部标高为-23.000m, 竖向每隔 2m 布设 1 个, 如图 15 所示。表 1 基坑安全水头高度 Table 1 The height of secure hydraulic head of foundation excavation 下载原表 图 1 5 自流减压井施工 Fig.15 Construction of gravity flow relief well 下载原图3.7 超前筑底, 降低风险基坑超深, 底板超厚, 工序多, 耗时长, 将底板混凝土竖向分为 2 部分 (见图16) , 先封闭局部深坑部位,
18、超前筑底, 进一步降低坑底突涌风险。图 1 6 基础底板两次浇筑平面示意 Fig.16 Two-time pouring plan of foundation slab 下载原图4 实施效果检查根据工程的含水层结构、边界条件和地下水流场特征进行数值模拟, 为期 180d, 基坑附近采用剖分格式, 并向边界区域发散状分布, 如图 17 所示。模拟结果显示, 坑外距离坑边约 10m 处潜水位降深约 0.8m, 地面沉降 20mm, 不满足道路管线保护要求。图 1 7 主楼区降水模型局部网格及减压井开启 180d 后坑外潜水位降深等值线Fig.17 The local mesh of precipi
19、tation model in main building area and the drawdown contour of groundwater level with outside the pit 下载原图一系列地下水综合控制技术的成功实施, 降低了地下连续墙渗漏及坑底突涌的风险, 增加了坑底土体密度, 提高了基坑抗突涌系数。通过三维有限元模拟分析抽降地下水对周边环境的影响, 将原计划抽降减压井时长 180d 优化为 90d, 如图 18 所示。原计划周边沉降量20.0mm 优化到10.0mm。现场抽降减压井90d 后对周边环境监测, 发现周边沉降量最大为-6.2 mm10mm, 满足周
20、边环境变形允许值, 地下水控制效果良好。图 1 8 减压降水 90d 后预测地面沉降等值线 Fig.18 The drawdown contour of predicted ground 下载原图参考文献1滕彦国, 左锐, 苏小四, 等.区域地下水环境风险评价技术方法J.环境科学研究, 2014, 27 (12) :1532-1539. 2张志林, 何运晏.国家大剧院深基坑地下水控制设计及施工技术J.水文地质工程地质, 2005 (3) :113-116. 3陆建生, 崔永高, 缪俊发.基坑工程环境水文地质评价J.地下空间与工程学报, 2011, 7 (S1) :1506-1513. 4景刘闯, 苏展昭, 李玲利, 等.哈尔滨某地铁站基坑降水回灌方案及数值分析研究J.施工技术, 2015, 44 (S2) :15-20. 5阮林龙, 杜雄文, 张海鹏.深基坑地下水综合控制方法J.土工基础, 2013, 27 (6) :75-77. 6陆建生, 付军.复杂环境下深基坑地下水综合控制分析J.地下空间与工程学报, 2013, 9 (6) :1433-1438.
