上海建工四建集團有限公司 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)與開發(fā)進度稍后的南京環(huán)球貿(mào)易中心接壤（兩大型項目在地塊中部共用一地下2 層的下沉式廣場，見圖1）。

工程由69 層超高層甲級寫字樓、42 層商務酒店、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3 層整體地下室，面積約135 580 m2。

圖1 項目組成與基地環(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，南北向長約250 m，東西向?qū)捈s175 m，基坑面積36 400 m2，開挖深度普遍在16.60～19.10 m（寫字樓深坑達26.4 m），總土方量逾60 萬m3。

2 基坑工程特點及實施難點

基坑規(guī)模超大超深、砂性土層（又是復合承壓含水層）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，確?；影踩绕涫黔h(huán)境安全的難度極大。

2.1 地質(zhì)條件復雜，基底揭穿承壓含水層

南京河西地區(qū)地貌屬長江漫灘地貌單元，場地淺層約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粉細砂、④2中細砂、④3含礫中細砂，總厚度40.0～45.0 m。下部為⑤1強風化粉砂質(zhì)泥巖，風化強烈，結構已破壞（上部呈堅硬土狀，下部呈碎石狀，手捏易碎，水沖易散）。

④1粉細砂、④2中細砂、④3含礫中細砂構成的復合承壓含水層，含水量高、透水性強，水位變化主要受側(cè)向徑流補給影響（補給來源主要為長江）。在前期組織的抽水試驗中，群抽10 d后井的出水能力并無衰減（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）。從各觀測井的水位降深曲線（圖2）可看出，抽水時水位下降明顯，停抽后水位恢復很快，含水層的補給條件較好。

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，基底開挖面已進入承壓含水層。

圖2 觀察井水位動態(tài)變化

2.2 基坑周邊環(huán)境特殊，緊鄰運行中的地鐵區(qū)間隧道

基坑北側(cè)平行于基坑方向緊鄰運行中的南京軌交1號線區(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構，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、抽水時間長，對環(huán)境影響深

通過對基底底板穩(wěn)定性驗算，初始地下水位埋深按7.0 m考慮時（元通站區(qū)間隧道在前期抽水試驗時測得承壓水初始水位埋深為地面下-7.8～-8.2 m），基坑開挖10.30 m后需進行減壓降水，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、降水時間長，前期抽水試驗結果表明承壓含水層的導水能力好，對水位變化的響應快，長期在復合承壓含水層中大量抽水易引起土體壓縮導致地面沉降，威脅地鐵運行安全。

3 技術路線的確立

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

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

（b）以合理的支護體系、科學的土方開挖工藝，充分利用時空效應原理嚴格控制基坑變形。

4 承壓水控制[1-5]

4.1 圍護的一體化封閉設計，理論上隔斷承壓含水層

在綜合比選的基礎上，基坑采用順作施工。

場地承壓水主要賦存于第④1粉細砂、④2中細砂、④3含礫中細砂，且上述復合承壓水層的總厚度超過40 m，在綜合考慮造價、工藝成熟度及國內(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體。普遍區(qū)豎向設3 道鋼筋混凝土支撐，地鐵側(cè)寫字樓區(qū)局部增設2 道鋼筋混凝土支撐。

基于毗鄰的南京環(huán)球貿(mào)易中心同期開發(fā)，經(jīng)雙方商定，兩項目的地下連續(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層強風化粉砂質(zhì)泥巖，槽段進入基巖不小于1.0 m，深度約62 m。針對基巖風化程度的不確定性，對地下連續(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，保證圍護墻的阻水效果

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

在成槽主砂層密實處（包括強風化泥巖）無法成槽時用RT260型全回鉆機對槽段內(nèi)不到標高處鉆進至設計標高，然后用抓斗正常挖進。

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

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

（b）除砂約4 h后吊放和對接鋼筋籠（上下2 節(jié)），再次測沉渣，若超設計要求則借助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。

對地下連續(xù)墻的工字形鋼接頭，在H型鋼的兩邊設置寬300 mm、厚0.5 mm的鐵皮并對接頭兩側(cè)的空隙進行回填以防止擾流，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夯實一遍以保證密實。

針對超深地下連續(xù)墻刷壁要求高的特點，自制強制式刷壁機，利用鋼絲繩吊重錘（質(zhì)量約6 t）作導向，并通過在刷壁機內(nèi)部設斜肋板，在下放過程中由泥漿對刷壁機產(chǎn)生水平力，使刷壁機貼緊接頭。清刷不少于20 次，深度至槽段底部。

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

基坑圍護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)易中心圍護地下連續(xù)墻）施工質(zhì)量以及基巖風化層滲透性等諸多因素，故承壓水風險依然存在。

4.3.1 合理布井

通過Visual MODFLOW軟件模擬計算，基坑內(nèi)共布置63 口降壓井。根據(jù)不同的基坑開挖深度設計不同的降壓井井深。

本基坑規(guī)模決定了基坑的減壓降水是一個持續(xù)、大量抽取承壓水的過程，基于止水帷幕封閉的不確定性，預先在地鐵側(cè)及廬山路轉(zhuǎn)角側(cè)坑外布置14 口回灌井（間距10～15 m）作為應急防范?；毓嗑?8 m，通過適當增加濾管長度增加滲透面積。結合地鐵埋深明確坑外承壓水位累計變化幅度超2 m時啟動回灌（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以檢驗封閉效果并據(jù)此制定降壓井開啟方案。群抽試驗持續(xù)10 d，期間抽水7 d，啟動4 口降壓井，通過對單井日出水量的持續(xù)統(tǒng)計及坑內(nèi)外的16 口觀測井的水位動態(tài)變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)坑外觀測井的水位變化雖小，但與坑內(nèi)水位聯(lián)動，坑外承壓水對坑內(nèi)補給較明顯，坑內(nèi)外承壓水未完全隔斷。

結合“距抽水區(qū)越遠，水位下降越小，地表沉降越小”的早期群抽試驗結果（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”的原則結合基坑分塊開挖的實際工況，制定出每個工況下開啟減壓井的數(shù)量和井號，嚴格落實按需抽水要求。

圖5 群抽試驗坑內(nèi)、外觀測井地下水位變化

4.3.3 適時回灌

第3層土開挖期間，隨著作業(yè)面的擴大，降壓井開啟數(shù)量逐漸增加至26 口，地鐵側(cè)的坑外承壓水水位標高持續(xù)下降并逐漸接近警戒值，為延緩下降趨勢，2012年3月8日分批次開啟回灌井（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，運行一段時間后的監(jiān)測顯示，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。回灌持續(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 支護設計的優(yōu)化

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

支撐布局以角撐、邊桁架結合對撐為主，在平面和高度上盡量避開酒店式公寓的柱、剪力墻等結構主要受力構件，為局部后拆支撐預留操作空間。對無法避讓的支撐，以勁性方式處理（影響時鑿除混凝土部分，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 土方開挖工藝的調(diào)整與優(yōu)化

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

圖8 基坑原分區(qū)、分塊示意

南區(qū)按時空效應理論分層組織“盆式開挖”，分塊分段形成對撐、角撐及邊桁架。北區(qū)嚴格遵循“分塊、抽條、對稱施工”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。以跳挖方式開挖并要求在開挖后24 h內(nèi)形成支撐。

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

墊層施工隨土方開挖及時跟進?？拷罔F側(cè)的墊層混凝土采取加強處理，墊層配筋并加厚至300 mm，混凝土標號提高至C40。

圖9 調(diào)整后的第三層土開挖流程示意

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

6 結語

南京世界貿(mào)易中心的深基礎施工歷時近2 年（基坑開挖約10 個月），圍繞“控制承壓水水位標高、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，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。作為南京規(guī)模最大的深基坑之一，基礎施工的順利完成，積累了眾多在復合承壓含水層層厚巨大的砂性土中環(huán)境敏感地帶開挖超大超深基坑的諸多經(jīng)驗，對同類型工程施工具有一定的借鑒指導意義。