謝昭宇，常曉菲，范衛(wèi)琴，劉楠

（1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）高等研究院，湖北武漢 430074；2 湖北道澤巖土工程有限公司，湖北武漢 430070）

武漢地區(qū)大面積分布的是長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地，在這類(lèi)場(chǎng)地中進(jìn)行基坑施工時(shí)，常常會(huì)面臨由地下水引發(fā)的各類(lèi)工程災(zāi)害[1-2]。尤其是超大面積深基坑開(kāi)挖時(shí)，必須對(duì)地下水進(jìn)行有效處理，保證施工過(guò)程中基坑的安全和穩(wěn)定。管井降水是控制地下水的一種簡(jiǎn)單而有效的方法[3]。但是這種方法在降低基坑水位的同時(shí)也會(huì)降低周邊場(chǎng)地的水位，從而拉裂周?chē)墓芫€和既有建筑。尤其在緊鄰地鐵線路的基坑進(jìn)行降水設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)地鐵軌道變形的控制標(biāo)準(zhǔn)要求更高，如何科學(xué)合理有效地進(jìn)行降水設(shè)計(jì)，成為工程界亟待解決的問(wèn)題[4]。

依托武漢某緊鄰地鐵線超大面積深基坑降水工程，介紹落底式止水帷幕深基坑降水技術(shù)的設(shè)計(jì)方案，并分析降水對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的有利影響?？蔀榻窈笪錆h地區(qū)類(lèi)似工程的降水設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)，提供參考。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

某工程位于武漢市中心地段，緊鄰居民住宅及兩條市政主干道路。項(xiàng)目地塊東西向最大跨度約225 m，南北向最大跨度約256 m，基坑平面不規(guī)則，面積約為31 000 m2，周長(zhǎng)約為835 m?；丨h(huán)境如圖1 所示。

圖1 基坑環(huán)境總平面

基坑西臨城市主干道，干道下方埋設(shè)有既有地鐵車(chē)站及較多的市政管線，該地鐵車(chē)站地下2 層，主體為兩跨箱型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)斷面外包尺寸為23 m×14 m，頂板覆土約3.0 m。主體基坑埋深約為17 m，采用0.8 m 厚地下連續(xù)墻作為車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)，車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段地下連續(xù)墻有效深度25.8 m，工程與該車(chē)站最近距離約12 m。

基坑北接城市道路，其下方同樣有地鐵車(chē)站。該地鐵站為地下3 層車(chē)站，站前區(qū)間從西側(cè)地鐵站下方穿過(guò)，導(dǎo)致車(chē)站軌面埋深較大，站后設(shè)單渡線，外包總長(zhǎng)265.4 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬21.7 m。主體基坑埋深約為25 m，采用1 m 厚地下連續(xù)墻作為車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

該項(xiàng)目設(shè)地下4 層，地面以上包含兩棟塔樓，基礎(chǔ)開(kāi)挖深度詳見(jiàn)表1。

表1 各分區(qū)開(kāi)挖信息表

1.2 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地地貌單元屬長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地，地勢(shì)較平坦，地面標(biāo)高在20.0～27.79 m 之間。在勘探深度70.30 m 范圍內(nèi)，根據(jù)各土層的物理力學(xué)性質(zhì)，結(jié)合地層的沉積時(shí)代、成因和靜力觸探曲線特征，將場(chǎng)地土劃分為4 個(gè)大層11 個(gè)亞層，各巖土層的分布及其特征詳見(jiàn)表2。

表2 基坑支護(hù)區(qū)段土層信息一覽表

1.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水類(lèi)型主要為上層滯水和第四系孔隙承壓水，其中上層滯水賦存于第一層雜填土中，受大氣降水和地表水影響，水量一般不大。第二層組粘性土屬微透水層，為相對(duì)隔水層。第四系孔隙承壓水賦存于下部砂性土層中，含水量豐富且滲透系數(shù)較大，與長(zhǎng)江水系有緊密的水力聯(lián)系，并受其調(diào)節(jié)和控制，水文地質(zhì)條件復(fù)雜?？辈炱陂g實(shí)測(cè)上層滯水水位埋深2.30～4.55 m，相對(duì)絕對(duì)標(biāo)高18.50～20.22 m，孔隙承壓水水位埋深在8.15～8.20 m 之間，相對(duì)絕對(duì)標(biāo)高12.50～13.00 m。

2 基坑降水影響因素分析

2.1 承壓水的影響

基坑開(kāi)挖面位于（3-1）粉砂中，承壓水賦存于土層（3-1）以下砂性地層及基巖裂隙中，開(kāi)挖時(shí)如若揭露承壓含水層，便會(huì)發(fā)生突涌，危及整個(gè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。為避免承壓水的影響，需要降低承壓水水位，若敞開(kāi)降水，則對(duì)周邊環(huán)境影響較大，且本基坑工程面積和開(kāi)挖深度都非常大，需要降水的時(shí)間較長(zhǎng)，降水造成的地面沉降將更大。

2.2 鄰近地鐵的變形控制嚴(yán)格

基坑西側(cè)和北側(cè)各與地鐵既有車(chē)站緊鄰，相距約12～31 m，參照國(guó)內(nèi)類(lèi)似相關(guān)工程對(duì)地鐵軌道變形的控制標(biāo)準(zhǔn)[5]：周邊地下管線沉降不大于20 mm，水平位移不大于20 mm。且基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工中須做好對(duì)輕軌線路的保護(hù)工作，將沉降控制在允許范圍之內(nèi)。

3 止水帷幕設(shè)計(jì)

3.1 止水帷幕選型

根據(jù)相關(guān)規(guī)則[1]，Ⅰ級(jí)階地防控區(qū)內(nèi)或鄰近區(qū)域的建筑工程設(shè)置三層及以上地下室、或基坑開(kāi)挖深度≥16 m，且需進(jìn)行疏干降水時(shí)，應(yīng)采用落底式止水帷幕或落底式地下連續(xù)墻。

根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地抽降承壓水的影響范圍達(dá)166 m，抽降承壓水對(duì)周邊環(huán)境影響較大，也需對(duì)承壓含水層進(jìn)行隔斷。因此工程采用落底式止水帷幕嵌入巖層中，隔斷坑內(nèi)外承壓含水層的水力聯(lián)系。

目前施工深度達(dá)5 m 的施工工藝主要有：超深三軸水泥土攪拌樁、等厚度水泥土攪拌墻以及地下連續(xù)墻。該工程裙樓區(qū)域挖深19.9 m，塔樓區(qū)域挖深達(dá)21.9 m。結(jié)合以往大量工程實(shí)踐[6-7]，并通過(guò)計(jì)算分析結(jié)果，整坑豎向設(shè)置四道鋼筋混凝土支撐的前提下，東、南兩側(cè)設(shè)置800 mm 厚地下連續(xù)墻，均可滿(mǎn)足周邊普遍區(qū)域及塔樓區(qū)域支護(hù)變形控制要求。

基坑西、北兩側(cè)分別與地鐵站相鄰，為減小基坑施工對(duì)地鐵站的影響，此區(qū)域地下連續(xù)墻厚度取1 000 mm。經(jīng)計(jì)算，均可滿(mǎn)足變形控制要求。地下連續(xù)墻剖面圖局部如圖2 所示。

圖2 止水帷幕斷面局部放大圖

圖3 旋噴樁止水及壁柱設(shè)置平面圖

3.2 止水帷幕深度

地下連續(xù)墻的受力段插入深度由基坑支護(hù)體的各項(xiàng)穩(wěn)定性計(jì)算綜合確定，其中基坑抗隆起是關(guān)鍵控制指標(biāo)。根據(jù)計(jì)算顯示，該工程地下連續(xù)墻隔水加深段進(jìn)入中風(fēng)化巖0.5 m，受力段插入普遍區(qū)域基底以下18.0 m（即相對(duì)標(biāo)高為-37.700 m 處），即可滿(mǎn)足圍護(hù)體坑底抗隆起的要求。

3.3 止水帷幕槽壁預(yù)加固

為防止地下連續(xù)墻在成槽施工中出現(xiàn)坍塌對(duì)鄰近的地鐵隧道造成影響，鄰近地鐵的西、北兩側(cè)區(qū)域的地下連續(xù)墻兩側(cè)設(shè)置單排Φ850@600 三軸水泥土攪拌樁作為槽壁加固體。且三軸水泥土攪拌樁先行施工，對(duì)槽壁進(jìn)行預(yù)加固，同時(shí)也增強(qiáng)了地下連續(xù)墻的止水性能。

4 降水計(jì)算

基坑普遍開(kāi)挖深度約為19.90 m。坑底土方開(kāi)挖已揭露承壓含水層，需要布置中深降水井進(jìn)行疏干降水，降水目標(biāo)水位為坑底下1.0 m。

4.1 基坑敞開(kāi)降水涌水量計(jì)算

根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件及基坑開(kāi)挖深度，對(duì)該工程影響較大的是淺層潛水及（3-1）、（3-2）、（3-3）層承壓水。根據(jù)地下水類(lèi)型、補(bǔ)給條件、降水井的完整性以及基坑面積、形狀、降水深度、布井方式等因素，基坑敞開(kāi)降水時(shí)基坑涌水量采用大井法估算相關(guān)公式如式（1）、（2），計(jì)算參數(shù)及結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 涌水量計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

4.2 地下連續(xù)墻嵌巖封閉后涌水量計(jì)算

地下連續(xù)墻全部嵌巖后，考慮地下連續(xù)墻施工過(guò)程中的種種不利因素，根據(jù)該基坑抽水試驗(yàn)，基坑涌水量按敞開(kāi)降水時(shí)的40%考慮。

4.3 降水井?dāng)?shù)量計(jì)算

抽水采用流量為30 m3/h 的泵，則一天的流量為24×30=720，取單井流量q=720 m3/d 計(jì)，布井?dāng)?shù)量n=1.2Q/q=39.3 口，共布置坑內(nèi)降水井40 口。降水井在基坑范圍內(nèi)分布圖見(jiàn)圖4。

圖4 降水井平面布置圖

4.4 降水井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

降水井鉆探孔徑650 mm，井（孔）深40.0 m。降水井過(guò)濾管及井壁管采用鋼質(zhì)焊管，管徑273 mm，壁厚大于4 mm。

此外，還需自孔底至孔深13.0 m 的承壓含水層深度段環(huán)填硅質(zhì)圓礫，以形成良好的人工反濾層，在孔口至孔深11.0 m 段環(huán)填高度粘土球以進(jìn)行管外封孔。封孔目的是將上層潛水與下部承壓水封隔，以避免潛水被疏干后排水固結(jié)引起地面過(guò)大沉降。

4.5 封井措施

深井降水完畢后，采取有效的措施封堵井孔，避免地下承壓水沿井孔和井壁上涌，其措施為：（1）承臺(tái)底板施工時(shí)，在管壁加焊兩層止水環(huán)；（2）降水工作完成后，采取“以砂還砂，以土還土”的原則，封堵井孔，并加焊封口板。

5 變形監(jiān)測(cè)

降水過(guò)程中對(duì)周邊地面的水平位移和沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)布置如圖5 所示。選取基坑西側(cè)臨近地鐵站位置處的地面為代表，根據(jù)觀測(cè)資料整理出了累計(jì)變形量，周邊地下管線沉降量-時(shí)間、水平位移-時(shí)間關(guān)系曲線圖如圖6、圖7 所示。

圖5 周邊環(huán)境觀測(cè)點(diǎn)平面布置圖

圖6 基坑西側(cè)累計(jì)沉降量S-時(shí)間T 關(guān)系曲線

圖7 基坑西側(cè)累計(jì)水平位移量S-時(shí)間T 關(guān)系曲線

可以看出：基坑西側(cè)臨近地鐵線路及車(chē)站監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大水平位移為15.5 mm，沉降最大為16.4 mm，均滿(mǎn)足位移小于20 mm的規(guī)范要求，按照本支護(hù)設(shè)計(jì)及降水方案，基坑西側(cè)的變形在整個(gè)降水開(kāi)挖過(guò)程中得到了控制。

6 結(jié)語(yǔ)

以分析深厚承壓水場(chǎng)地條件下某緊鄰既有地鐵車(chē)站的超大深基坑為例，詳細(xì)介紹了止水結(jié)構(gòu)選型和尺寸、降水井?dāng)?shù)量、降水井結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)過(guò)程，并結(jié)合基坑緊鄰地鐵一側(cè)地表水平和豎向變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：

1）基坑開(kāi)挖已進(jìn)入承壓含水層，該含水層范圍內(nèi)為滲透性較強(qiáng)的砂層，與長(zhǎng)江水呈互補(bǔ)關(guān)系，水量豐富，場(chǎng)地抽降承壓水的影響范圍和對(duì)周邊環(huán)境影響較大時(shí)，需對(duì)承壓含水層進(jìn)行隔斷?？梢圆捎寐涞资街顾∧磺度霂r層中，隔斷坑內(nèi)外的承壓含水層的水力聯(lián)系；

2）采用厚度為1 000 mm、“兩墻合一”的地下連續(xù)墻作為落底式帷幕進(jìn)行隔水，其受力段插入深度由基坑支護(hù)體的各項(xiàng)穩(wěn)定性計(jì)算要求確定，其中基坑抗隆起是關(guān)鍵控制指標(biāo)，隔水加深段進(jìn)入中風(fēng)化巖不得小于0.5 m；

3）臨近地鐵車(chē)站的變形控制要求嚴(yán)格，與地鐵車(chē)站最近距離約31.8 m，為控制施工對(duì)地鐵車(chē)站的影響，在地連墻兩側(cè)設(shè)置三軸水泥土攪拌樁槽壁加固，防止成槽施工期間坍槽；

4）根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件、基坑開(kāi)挖深度，布置40 口降水井以保障基坑開(kāi)挖的順利進(jìn)行。