上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 工程概況

南京世界貿(mào)易中心地處南京河西地區(qū)，東臨廬山路，南臨白龍江東街，北臨河西大街，西側(cè)與開(kāi)發(fā)進(jìn)度稍后的南京環(huán)球貿(mào)易中心接壤（兩大型項(xiàng)目在地塊中部共用一地下2 層的下沉式廣場(chǎng)，見(jiàn)圖1）。

工程由69 層超高層甲級(jí)寫字樓、42 層商務(wù)酒店、36 層酒店式公寓雙塔以及5 層商業(yè)裙樓組成，總建筑面積約438 567 m2。工程設(shè)3 層整體地下室，面積約135 580 m2。

圖1 項(xiàng)目組成與基地環(huán)境示意

作為南京市規(guī)模最大的深基坑之一，基坑形狀呈矩形，南北向長(zhǎng)約250 m，東西向?qū)捈s175 m，基坑面積36 400 m2，開(kāi)挖深度普遍在16.60～19.10 m（寫字樓深坑達(dá)26.4 m），總土方量逾60 萬(wàn)m3。

2 基坑工程特點(diǎn)及實(shí)施難點(diǎn)

基坑規(guī)模超大超深、砂性土層（又是復(fù)合承壓含水層）超厚、臨近地鐵，是南京世界貿(mào)易中心基坑工程的最大特點(diǎn)，確保基坑安全尤其是環(huán)境安全的難度極大。

2.1 地質(zhì)條件復(fù)雜，基底揭穿承壓含水層

南京河西地區(qū)地貌屬長(zhǎng)江漫灘地貌單元，場(chǎng)地淺層約18 m范圍以填土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，其第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層土質(zhì)松軟，壓縮性高。18～60 m深度為④1粉細(xì)砂、④2中細(xì)砂、④3含礫中細(xì)砂，總厚度40.0～45.0 m。下部為⑤1強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)已破壞（上部呈堅(jiān)硬土狀，下部呈碎石狀，手捏易碎，水沖易散）。

④1粉細(xì)砂、④2中細(xì)砂、④3含礫中細(xì)砂構(gòu)成的復(fù)合承壓含水層，含水量高、透水性強(qiáng)，水位變化主要受側(cè)向徑流補(bǔ)給影響（補(bǔ)給來(lái)源主要為長(zhǎng)江）。在前期組織的抽水試驗(yàn)中，群抽10 d后井的出水能力并無(wú)衰減（單井涌水量：33 m井深約25.0 m3/h，35.5 m井深約45.0 m3/h，38 m井深約70.0 m3/h）。從各觀測(cè)井的水位降深曲線（圖2）可看出，抽水時(shí)水位下降明顯，停抽后水位恢復(fù)很快，含水層的補(bǔ)給條件較好。

本工程基坑范圍內(nèi)下伏承壓含水層頂板最淺埋深15.5 m，基底開(kāi)挖面已進(jìn)入承壓含水層。

圖2 觀察井水位動(dòng)態(tài)變化

2.2 基坑周邊環(huán)境特殊，緊鄰運(yùn)行中的地鐵區(qū)間隧道

基坑北側(cè)平行于基坑方向緊鄰運(yùn)行中的南京軌交1號(hào)線區(qū)間隧道（元通站—奧體中心站）。該隧道為現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，隧道寬10 m，埋深約11.4 m，明挖法施工?；舆吪c區(qū)間隧道外墻間凈距13.6 m（寫字樓深坑分布在靠近地鐵一側(cè)）。

圖3 基坑與地鐵區(qū)間隧道關(guān)系剖面示意

此外，基地的東、南、北三側(cè)均為市政干道，路面下分布有大量給水管、污水管、雨水管、天然氣管等市政管線，與基坑最近距離為11.4～28.2 m，埋深為0.4～3.5 m。

2.3 基坑規(guī)模大、抽水時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境影響深

通過(guò)對(duì)基底底板穩(wěn)定性驗(yàn)算，初始地下水位埋深按7.0 m考慮時(shí)（元通站區(qū)間隧道在前期抽水試驗(yàn)時(shí)測(cè)得承壓水初始水位埋深為地面下-7.8～-8.2 m），基坑開(kāi)挖10.30 m后需進(jìn)行減壓降水，最大需降低的水位幅度為20.4 m。

基坑規(guī)模決定本工程降水面積大、降水深度深、降水時(shí)間長(zhǎng)，前期抽水試驗(yàn)結(jié)果表明承壓含水層的導(dǎo)水能力好，對(duì)水位變化的響應(yīng)快，長(zhǎng)期在復(fù)合承壓含水層中大量抽水易引起土體壓縮導(dǎo)致地面沉降，威脅地鐵運(yùn)行安全。

3 技術(shù)路線的確立

基于本工程基坑特點(diǎn)，環(huán)境保護(hù)特別是地鐵運(yùn)行安全著重從兩方面加以控制：

（a）以“主動(dòng)隔斷為主、應(yīng)急防范為輔”的理念設(shè)防承壓水；合理布井，按需抽水；以提高出土效率縮短抽水時(shí)間等嚴(yán)格控制坑外承壓水水頭的非正常下降。

（b）以合理的支護(hù)體系、科學(xué)的土方開(kāi)挖工藝，充分利用時(shí)空效應(yīng)原理嚴(yán)格控制基坑變形。

4 承壓水控制[1-5]

4.1 圍護(hù)的一體化封閉設(shè)計(jì)，理論上隔斷承壓含水層

在綜合比選的基礎(chǔ)上，基坑采用順作施工。

場(chǎng)地承壓水主要賦存于第④1粉細(xì)砂、④2中細(xì)砂、④3含礫中細(xì)砂，且上述復(fù)合承壓水層的總厚度超過(guò)40 m，在綜合考慮造價(jià)、工藝成熟度及國(guó)內(nèi)工程裝備水平等因素后，選擇地下連續(xù)墻兩墻合一作為基坑的圍護(hù)體。普遍區(qū)豎向設(shè)3 道鋼筋混凝土支撐，地鐵側(cè)寫字樓區(qū)局部增設(shè)2 道鋼筋混凝土支撐。

基于毗鄰的南京環(huán)球貿(mào)易中心同期開(kāi)發(fā)，經(jīng)雙方商定，兩項(xiàng)目的地下連續(xù)墻均入巖以形成連續(xù)、封閉體系。

地下連續(xù)墻入巖段為第⑤1層強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，槽段進(jìn)入基巖不小于1.0 m，深度約62 m。針對(duì)基巖風(fēng)化程度的不確定性，對(duì)地下連續(xù)墻作墻趾注漿以改善裂隙及槽底沉渣狀況。

考慮到超深地下連續(xù)墻采用鎖口管接頭，在接頭防滲可靠性方面不具優(yōu)勢(shì)且拔除困難，槽段接頭采用防滲可靠性更高的工字形型鋼接頭，接頭外側(cè)增設(shè)高壓旋噴樁作封堵加固。

4.2 控制超深地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量，保證圍護(hù)墻的阻水效果

采用利勃海爾-HS855HD、金泰SG50H成槽機(jī)重型挖斗成槽。進(jìn)行原位、非原位試成槽以核對(duì)地質(zhì)資料并確定正式成槽的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。

在成槽主砂層密實(shí)處（包括強(qiáng)風(fēng)化泥巖）無(wú)法成槽時(shí)用RT260型全回鉆機(jī)對(duì)槽段內(nèi)不到標(biāo)高處鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后用抓斗正常挖進(jìn)。

成槽主要在總層厚超過(guò)40 m的砂土層中進(jìn)行，雖然試成槽及正式成槽完成后的沉渣測(cè)試基本滿足要求，但在鋼筋籠入槽后（鋼筋籠下放時(shí)間約4～6 h），砂沉淀致使沉渣超過(guò)1 m（最厚約9 m），采取的主要措施有：

（a）采取二級(jí)濾砂，即成槽時(shí)泥漿經(jīng)粗濾將顆粒較大的砂先濾掉，然后進(jìn)泥漿工廠進(jìn)行除砂過(guò)濾（泥漿工廠前置安裝CS100除砂機(jī)），減小泥漿含砂率（＜4%）。

（b）除砂約4 h后吊放和對(duì)接鋼筋籠（上下2 節(jié)），再次測(cè)沉渣，若超設(shè)計(jì)要求則借助4 000 kN履帶吊將鋼筋籠整幅吊起，以氣舉反循環(huán)作二次清底。鋼筋籠吊放完成2 h內(nèi)澆灌混凝土。

對(duì)地下連續(xù)墻的工字形鋼接頭，在H型鋼的兩邊設(shè)置寬300 mm、厚0.5 mm的鐵皮并對(duì)接頭兩側(cè)的空隙進(jìn)行回填以防止擾流，回填采用編織袋裝50%～60%的石子及土，石子粒徑5～25 mm，重錘每2 m夯實(shí)一遍以保證密實(shí)。

針對(duì)超深地下連續(xù)墻刷壁要求高的特點(diǎn)，自制強(qiáng)制式刷壁機(jī)，利用鋼絲繩吊重錘（質(zhì)量約6 t）作導(dǎo)向，并通過(guò)在刷壁機(jī)內(nèi)部設(shè)斜肋板，在下放過(guò)程中由泥漿對(duì)刷壁機(jī)產(chǎn)生水平力，使刷壁機(jī)貼緊接頭。清刷不少于20 次，深度至槽段底部。

4.3 坑內(nèi)減壓、坑外回灌相結(jié)合，控制基坑內(nèi)外承壓水水頭

基坑圍護(hù)雖理論上已隔斷基坑內(nèi)外的承壓水層，但具體效果尚取決于地下連續(xù)墻（包括南京環(huán)球貿(mào)易中心圍護(hù)地下連續(xù)墻）施工質(zhì)量以及基巖風(fēng)化層滲透性等諸多因素，故承壓水風(fēng)險(xiǎn)依然存在。

4.3.1 合理布井

通過(guò)Visual MODFLOW軟件模擬計(jì)算，基坑內(nèi)共布置63 口降壓井。根據(jù)不同的基坑開(kāi)挖深度設(shè)計(jì)不同的降壓井井深。

本基坑規(guī)模決定了基坑的減壓降水是一個(gè)持續(xù)、大量抽取承壓水的過(guò)程，基于止水帷幕封閉的不確定性，預(yù)先在地鐵側(cè)及廬山路轉(zhuǎn)角側(cè)坑外布置14 口回灌井（間距10～15 m）作為應(yīng)急防范。回灌井井深38 m，通過(guò)適當(dāng)增加濾管長(zhǎng)度增加滲透面積。結(jié)合地鐵埋深明確坑外承壓水位累計(jì)變化幅度超2 m時(shí)啟動(dòng)回灌（圖4）。

圖4 不同井深的降壓井、觀察井、回灌井平面布置示意

4.3.2 按需抽水

地下連續(xù)墻封閉后再次組織群井抽水試驗(yàn)以檢驗(yàn)封閉效果并據(jù)此制定降壓井開(kāi)啟方案。群抽試驗(yàn)持續(xù)10 d，期間抽水7 d，啟動(dòng)4 口降壓井，通過(guò)對(duì)單井日出水量的持續(xù)統(tǒng)計(jì)及坑內(nèi)外的16 口觀測(cè)井的水位動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)坑外觀測(cè)井的水位變化雖小，但與坑內(nèi)水位聯(lián)動(dòng)，坑外承壓水對(duì)坑內(nèi)補(bǔ)給較明顯，坑內(nèi)外承壓水未完全隔斷。

結(jié)合“距抽水區(qū)越遠(yuǎn)，水位下降越小，地表沉降越小”的早期群抽試驗(yàn)結(jié)果（圖5），在“坑外承壓水未隔斷、坑內(nèi)須滿足安全水位”的前提下，按“分區(qū)域、分層次、分階段”的原則結(jié)合基坑分塊開(kāi)挖的實(shí)際工況，制定出每個(gè)工況下開(kāi)啟減壓井的數(shù)量和井號(hào)，嚴(yán)格落實(shí)按需抽水要求。

圖5 群抽試驗(yàn)坑內(nèi)、外觀測(cè)井地下水位變化

4.3.3 適時(shí)回灌

第3層土開(kāi)挖期間，隨著作業(yè)面的擴(kuò)大，降壓井開(kāi)啟數(shù)量逐漸增加至26 口，地鐵側(cè)的坑外承壓水水位標(biāo)高持續(xù)下降并逐漸接近警戒值，為延緩下降趨勢(shì)，2012年3月8日分批次開(kāi)啟回灌井（初期投入5 口，4月3日增加到10口），常壓下單井回灌量約3～4 m3/h，初期回灌效果不明顯，4月20日起加壓回灌（0.3 kPa），單井回灌量增加至8～10 m3/h，運(yùn)行一段時(shí)間后的監(jiān)測(cè)顯示，地鐵側(cè)坑外承壓水水頭高度下降幅度趨緩，下降量較未采取回灌的其余側(cè)小60%～70%，改善效果較明顯?；毓喑掷m(xù)到地下1層施工階段，回灌裝置如圖6所示。

圖6 回灌裝置

5 基坑變形控制[6-8]

5.1 支護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

為提高出土效率及加快地下室施工節(jié)奏，將第1 道支撐的局部?jī)?yōu)化成棧橋（圖7）。

支撐布局以角撐、邊桁架結(jié)合對(duì)撐為主，在平面和高度上盡量避開(kāi)酒店式公寓的柱、剪力墻等結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件，為局部后拆支撐預(yù)留操作空間。對(duì)無(wú)法避讓的支撐，以勁性方式處理（影響時(shí)鑿除混凝土部分，保留H型鋼傳遞土壓力）。

圖7 第一道支撐平面布置示意

5.2 土方開(kāi)挖工藝的調(diào)整與優(yōu)化

按“先形成遠(yuǎn)離地鐵側(cè)支撐，后限時(shí)形成近地鐵端支撐”的順序，將整個(gè)基坑從平面上劃分成南、北2 個(gè)區(qū)域（圖8，北區(qū)范圍為地鐵側(cè)預(yù)留的20 m寬土體）。每層的南區(qū)支撐形成后分塊開(kāi)挖北區(qū)并限時(shí)形成支撐：

圖8 基坑原分區(qū)、分塊示意

南區(qū)按時(shí)空效應(yīng)理論分層組織“盆式開(kāi)挖”，分塊分段形成對(duì)撐、角撐及邊桁架。北區(qū)嚴(yán)格遵循“分塊、抽條、對(duì)稱施工”的原則，將北區(qū)寬20 m的土體沿地鐵線路方向劃分為5 塊。以跳挖方式開(kāi)挖并要求在開(kāi)挖后24 h內(nèi)形成支撐。

考慮到隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，出土效率隨之下降，基坑開(kāi)挖時(shí)間及機(jī)械費(fèi)用則不斷攀升，而土方車的下坑作業(yè)可有效解決這一問(wèn)題，為此，我們?cè)诘?道支撐施工前，通過(guò)對(duì)原有支撐的局部加固，在第1、2道支撐間設(shè)置鋼便橋?qū)崿F(xiàn)了這一構(gòu)想。并據(jù)此對(duì)南區(qū)的第3、4層土方作相應(yīng)調(diào)整（圖9）：即土方車經(jīng)鋼便橋進(jìn)入第2道支撐上方開(kāi)挖第3層土，繼而通過(guò)第2、3道支撐間的土坡進(jìn)入第3道支撐上方開(kāi)挖第4層土，出土效率大大提高。挖土按“角撐→組對(duì)依次形成東西向?qū)巍媳毕驅(qū)巍钡闹涡纬身樞蚪M織開(kāi)挖。

墊層施工隨土方開(kāi)挖及時(shí)跟進(jìn)?？拷罔F側(cè)的墊層混凝土采取加強(qiáng)處理，墊層配筋并加厚至300 mm，混凝土標(biāo)號(hào)提高至C40。

圖9 調(diào)整后的第三層土開(kāi)挖流程示意

截至2012年7月底，基坑工程順利結(jié)束。經(jīng)監(jiān)測(cè)，土體深層水平位移累計(jì)最大為43.72 mm（地鐵側(cè)28.84 mm），墻體深層水平位移累計(jì)最大為40.68 mm（地鐵側(cè)25.69 mm），地鐵區(qū)間隧道開(kāi)挖期間的最大日變形量+0.5 mm，-0.7 mm，最大累計(jì)變形量15.8 mm，始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

6 結(jié)語(yǔ)

南京世界貿(mào)易中心的深基礎(chǔ)施工歷時(shí)近2 年（基坑開(kāi)挖約10 個(gè)月），圍繞“控制承壓水水位標(biāo)高、控制基坑變形”所采取的措施，確保了基坑及周邊環(huán)境的安全特別是地鐵安全，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。作為南京規(guī)模最大的深基坑之一，基礎(chǔ)施工的順利完成，積累了眾多在復(fù)合承壓含水層層厚巨大的砂性土中環(huán)境敏感地帶開(kāi)挖超大超深基坑的諸多經(jīng)驗(yàn)，對(duì)同類型工程施工具有一定的借鑒指導(dǎo)意義。