朱海軍 李繼承 張晉華 張曉輝

1. 中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司 武漢 430070；2. 湖北中建三局建筑工程技術(shù)有限責(zé)任公司 武漢 430070

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 天悅星辰項(xiàng)目基坑工程概況

武漢天悅星辰基坑工程周邊條件復(fù)雜，三邊為市政道路，基坑南側(cè)為規(guī)劃中的地鐵線(xiàn)路。

基坑開(kāi)挖面積8 714 m2，基坑周長(zhǎng)約423.70 m，基坑普遍挖深21.60 m，塔樓局部挖深28.10 m。

基坑總體支護(hù)方式為落底式超深地下連續(xù)墻（三墻合一）結(jié)合坑內(nèi)豎向4道混凝土支撐。基坑降水采用“周邊嵌巖落底地下連續(xù)墻隔水+坑內(nèi)深井降水與坑外備用中深井降水”相結(jié)合的地下水處理措施?；觾?nèi)共設(shè)置27口深井降水井，井深38 m，基坑外設(shè)置13口觀(guān)測(cè)井，基坑降水井平面布設(shè)如圖1所示。

圖1 天悅星辰基坑降水井平面布設(shè)

1.2 中國(guó)銀行項(xiàng)目基坑工程概況

武漢中國(guó)銀行基坑工程四周為市政道路，并且東側(cè)和北側(cè)為市內(nèi)湖泊，同時(shí)基坑北側(cè)緊鄰民生銀行超高辦公樓，基坑周邊環(huán)境非常復(fù)雜。基坑垂直開(kāi)挖面積約7 590 m2，東西長(zhǎng)約128 m，南北寬約68 m，周長(zhǎng)約367 m?；悠毡橥谏?1 m，局部坑中坑挖深23 m。

本基坑支護(hù)體系采用“三墻合一”地下連續(xù)墻作為圍護(hù)體，地下連續(xù)墻既是主體結(jié)構(gòu)的一部分，又作為支擋結(jié)構(gòu)，同時(shí)還作為基坑止水帷幕；采用3層臨時(shí)鋼筋混凝土支撐作為水平支撐結(jié)構(gòu)，采用臨時(shí)型鋼格構(gòu)柱及立柱樁支承鋼筋混凝土支撐。

基坑止降水采用“降隔結(jié)合”方式進(jìn)行地下承壓水處理設(shè)計(jì)，以確保基坑開(kāi)挖和地下室施工的順利進(jìn)行，防止由于坑壁流水（砂）、坑底突涌等地下水水患而造成的周邊地面和建（構(gòu)）筑物的變形過(guò)大，繼而引起城市次生地質(zhì)災(zāi)害?；觾?nèi)設(shè)置27口降水井、3口備用井同時(shí)兼觀(guān)測(cè)井，基坑外設(shè)置8口承壓水觀(guān)測(cè)井（圖2）。

圖2 中國(guó)銀行基坑降水井平面布設(shè)

1.3 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件概述

2個(gè)基坑同屬武漢漢口臨江地區(qū)，場(chǎng)地地貌單元屬長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地。地層為武漢典型的二元地質(zhì)結(jié)構(gòu)，均為第四系全新統(tǒng)沖積成因的一般黏性土和砂土、卵石層。場(chǎng)地地下水類(lèi)型可分為上下2層：上層為賦存于雜填土層和粉土層中的上層滯水，穩(wěn)定水位埋深0.50～3.50 m，下層水為賦存于下部粉細(xì)砂至卵石層中的承壓水，與長(zhǎng)江有密切的水力聯(lián)系，其水位受長(zhǎng)江水位變化影響，水量豐富。上下層地下水因黏性土隔離而無(wú)水力聯(lián)系。依據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，2個(gè)工程場(chǎng)地內(nèi)孔隙承壓水埋深在5.50 m左右。抽水試驗(yàn)測(cè)得2個(gè)工程場(chǎng)地內(nèi)承壓含水層的滲透系數(shù)為13.20 m/d和16.00 m/d，影響半徑為201.76 m和251.90 m[1,2]。

2 基坑工程對(duì)比分析

1）2個(gè)基坑開(kāi)挖深度、開(kāi)挖面積、基坑平面形式、基坑豎向支護(hù)體系和內(nèi)支撐布設(shè)形式都基本相似，開(kāi)挖面積都在8 000 m2左右，基坑都為長(zhǎng)方形，基坑都采用嵌巖地下連續(xù)墻作為豎向支護(hù)，內(nèi)支撐都采用對(duì)頂撐結(jié)合角撐、邊桁架的布設(shè)形式；

2）基坑所處地質(zhì)環(huán)境相似，都處于臨江、臨湖的地質(zhì)條件，所處地層都屬于武漢長(zhǎng)江一級(jí)階地的二元地層結(jié)構(gòu)，地下水分為3層：上層填土和黏性土中潛水含水層，表現(xiàn)為極弱的透水性，相當(dāng)于隔水層。中間過(guò)渡相弱透水性承壓水，承壓水賦存于該層中，相對(duì)于下伏砂層，巖性為粉質(zhì)黏土與粉土、粉砂互層。下層砂性土承壓含水，強(qiáng)孔隙承壓水賦存其中，該層的上部為粉砂與細(xì)砂，中底部為粗砂、卵礫石層，總體而言，該層以粉砂、粉細(xì)砂和細(xì)砂為主，其中粉砂的滲透系數(shù)為7～12 m/d，細(xì)砂的滲透系數(shù)為12～30 m/d，中底部粗砂、卵礫石層的滲透系數(shù)則更高；

3）基坑止降水采用“降隔結(jié)合”方式進(jìn)行地下水處理設(shè)計(jì)：基坑止降水設(shè)計(jì)都采用嵌巖地下連續(xù)墻結(jié)合三軸攪拌樁的止水帷幕形式，在地下連續(xù)墻存在施工滲漏點(diǎn)時(shí)，三軸攪拌樁可以起輔助止水作用；基坑內(nèi)外同時(shí)設(shè)置降水井，坑外降水井主要起備用井作用。

3 臨江基坑降隔結(jié)合的降水設(shè)計(jì)研究

基坑采用落底式止水帷幕時(shí)，原則上不需要設(shè)置大量的坑內(nèi)外降水井，只需要基坑內(nèi)部設(shè)置少量疏干井，降低基坑內(nèi)的地下水和從基坑底部強(qiáng)風(fēng)化層滲透進(jìn)入的少量地下水；但地下連續(xù)墻屬于地下隱蔽工程，在基坑施工過(guò)程中，可能存在施工薄弱滲漏點(diǎn)，地下連續(xù)墻各槽段連接之間也可能存在地下水的滲入通道，同時(shí)嵌入深度等的不確定性都將導(dǎo)致止水帷幕不能完全形成豎向和坑底截水。所以基坑降水井設(shè)計(jì)時(shí)，主要為布設(shè)備用井形式，防止因地下連續(xù)墻施工問(wèn)題和強(qiáng)風(fēng)化巖面起伏較大引起的地下水滲漏及基巖裂隙滲水。

在進(jìn)行基坑降水井布設(shè)時(shí)，主要采用深井減壓井，降低基坑內(nèi)地下水水位?；觾?nèi)外降水井布設(shè)數(shù)量和位置按敞開(kāi)式基坑布設(shè)，計(jì)算時(shí)不考慮基坑的止水帷幕深度，只考慮基坑周邊環(huán)境的地下水邊界條件和地層的水文地質(zhì)條件，如滲透系數(shù)和影響半徑等。在按敞開(kāi)式基坑布設(shè)出降水井?dāng)?shù)量和降水井位置后，采用經(jīng)驗(yàn)折減系數(shù)折減，一般取折減系數(shù)為0.50；即在敞開(kāi)式基坑降水井布設(shè)的基礎(chǔ)上，坑內(nèi)外折減一半降水井，但坑外折減數(shù)量較基坑內(nèi)部大，降水井布設(shè)主要考慮基坑內(nèi)部?；油饨邓鱾溆镁陀^(guān)測(cè)井用，在基坑內(nèi)部降水井全開(kāi)情況下仍不能滿(mǎn)足土方開(kāi)挖施工要求時(shí)才允許開(kāi)啟坑外降水井，因在臨江、臨湖地區(qū)，在基坑外大量抽取地下水將對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響，造成大面積地面沉降和差異沉降[3,4]。

4 基坑止降水效果研究

為研究在武漢一級(jí)階地臨江水文地下條件下，嵌巖落底式地下連續(xù)墻止水帷幕止水效果，對(duì)基坑開(kāi)挖降水過(guò)程的坑內(nèi)外水位進(jìn)行了持續(xù)的監(jiān)測(cè)。基坑內(nèi)外水位變化如圖3～圖6所示。

圖3 天悅星辰基坑內(nèi)降水井水位變化曲線(xiàn)

圖4 天悅星辰基坑外降水井 水位變化曲線(xiàn)

圖5 中國(guó)銀行基坑內(nèi)降水井水位變化曲線(xiàn)

圖6 中國(guó)銀行基坑外降水井 水位變化曲線(xiàn)

天悅星辰和中國(guó)銀行項(xiàng)目為避汛期，都在下半年枯水期開(kāi)挖，上半年汛期前封底。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，主要開(kāi)啟基坑內(nèi)降水井，持續(xù)降水，確?；觾?nèi)地下水水位在開(kāi)挖面以下1 m，隨基坑開(kāi)挖深度的降低，降水深度不斷增加，開(kāi)啟降水井?dāng)?shù)量不斷增多，在基坑開(kāi)挖到最大深度時(shí)，2個(gè)基坑工程降水井使用情況如表1所示。

表1 基坑降水井使用率

在地下連續(xù)墻施工質(zhì)量較好，向坑內(nèi)滲水不豐富的情況下，基坑內(nèi)降水井設(shè)計(jì)有富余，基坑外降水井幾乎沒(méi)使用，只作了觀(guān)測(cè)井；但基坑外降水井又不得不布設(shè)，以備在地下連續(xù)墻存在較大、較多滲水點(diǎn)，坑內(nèi)降水井全部開(kāi)啟仍無(wú)法降低坑內(nèi)水位時(shí)使用。因地下連續(xù)墻滲水點(diǎn)存在不確定性，建議基坑外降水井按一定距離均勻布設(shè)，同時(shí)坑外降水井?dāng)?shù)量可適當(dāng)減少。由監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)圖3～圖6可以看出：

1）在基坑開(kāi)挖降水過(guò)程中，基坑內(nèi)地下水水位不斷下降，且基坑內(nèi)土方開(kāi)挖過(guò)程中需要持續(xù)降水，并需開(kāi)啟一定數(shù)量的降水井，由此可以說(shuō)明嵌巖地下連續(xù)墻基坑內(nèi)外仍存在微弱的水力聯(lián)系，并非理想的少許疏干井就可以疏干坑內(nèi)水位；

2）基坑外地下水水位只在基坑開(kāi)挖初期的枯水期才有所下降，在3～5月，隨著汛期的來(lái)臨，長(zhǎng)江水位的不斷上升，基坑外地下水水位還有上升的趨勢(shì)，說(shuō)明以嵌巖地下連續(xù)墻為帷幕的臨江基坑，基坑內(nèi)降水對(duì)坑外水位影響較小，只有在枯水期基坑降水時(shí)，坑外水位才有所降低，也只有在該階段才產(chǎn)生降水引起的周邊環(huán)境沉降；

3）類(lèi)似于臨江富水水文地質(zhì)條件下的基坑工程，嵌巖地下連續(xù)墻止水帷幕是有效的止降水設(shè)計(jì)形式[5,6]。

5 嵌巖帷幕基坑外沉降評(píng)估分析

從基坑坡頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，2個(gè)基坑監(jiān)測(cè)坡頂沉降規(guī)律基本類(lèi)似，沉降隨開(kāi)挖時(shí)間基本呈線(xiàn)性變化，總體沉降量不大?；悠马斁o鄰地下連續(xù)墻支護(hù)體系，主要受支護(hù)體系水平位移影響，受基坑降水影響較小，總體沉降量也較小。

基坑周邊管線(xiàn)沉降隨基坑開(kāi)挖持續(xù)增加，在基坑大體量開(kāi)挖施工階段，沉降變化量較大，主要對(duì)應(yīng)基坑在枯水期大量抽水土方開(kāi)挖階段。因管線(xiàn)沉降中不僅包括基坑土方開(kāi)挖水平位移引起的坑外沉降，還包括部分枯水期抽水坑外水位下降引起的沉降，所以較基坑坡頂沉降稍大?；又苓吂芫€(xiàn)沉降量相比武漢地區(qū)一般非落底式帷幕基坑外構(gòu)筑物沉降要小，說(shuō)明嵌巖地下連續(xù)墻止水帷幕在富水水文地質(zhì)條件下對(duì)周邊環(huán)境起一定的保護(hù)作用。

基坑周邊建筑物沉降規(guī)律和周邊管線(xiàn)沉降基本相似，沉降量累計(jì)增加，并在基坑開(kāi)挖階段變化速率較快；總體沉降量較小，相比武漢地區(qū)一般非落底式帷幕基坑外構(gòu)筑物沉降要小。

本文統(tǒng)計(jì)了2個(gè)基坑工程坑外各監(jiān)測(cè)類(lèi)型的最大沉降值，其在各監(jiān)測(cè)部位的最大沉降量基本相似，并且沉降量都不大，都在構(gòu)筑物沉降控制范圍之內(nèi)，嵌巖地下連續(xù)墻止水帷幕在富水水文地質(zhì)條件下總體止水隔水效果較好，在基坑坑內(nèi)降水時(shí)，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，是臨江、臨湖富水水文地質(zhì)條件下的有效帷幕體系。

本文還統(tǒng)計(jì)了離基坑不同距離沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坑外沉降值，雖然嵌巖地下連續(xù)墻和一般敞開(kāi)式止水帷幕在止降水原理上存在很大差異，但基坑外沉降規(guī)律基本相似，即：隨離基坑距離的增加，沉降值先增大到峰值，隨后漸漸減小，但基坑外總體沉降值不大，沉降變化及沉降差異也很小。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)天悅星辰、中國(guó)銀行2個(gè)基坑工程止降水設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比總結(jié)，結(jié)合基坑監(jiān)測(cè)分析得出以下一些可供臨江深基坑工程止降水設(shè)計(jì)參考的結(jié)論[7,8]：

1）在類(lèi)似于武漢長(zhǎng)江一級(jí)階地的臨江、臨湖富水水文地質(zhì)條件下，嵌巖地下連續(xù)墻是有效的基坑止隔水體系，在基坑降水設(shè)計(jì)時(shí)，降水井布設(shè)可按敞開(kāi)式無(wú)帷幕基坑計(jì)算，在確定降水井?dāng)?shù)量和位置布設(shè)后，按50%折減，基坑內(nèi)外需同時(shí)布設(shè)，坑外降水井主要起備用井作用，且布設(shè)數(shù)量可較少；

2）由基坑地下水水位監(jiān)測(cè)可知，基坑內(nèi)降水，基坑外水位只在枯水期有較小的水位降低，在汛期坑外水位有上升趨勢(shì)，嵌巖地下連續(xù)墻隔水效果良好，基坑內(nèi)外只存在微弱的水力聯(lián)系；

3）在嵌巖地下連續(xù)墻存在條件下，基坑內(nèi)的持續(xù)抽水，對(duì)坑外周邊環(huán)境沉降影響較小，嵌巖地下連續(xù)墻即便在富水水文地質(zhì)條件下亦可有效保護(hù)基坑周邊環(huán)境，落底式帷幕結(jié)合坑內(nèi)抽水、坑外備井的“降隔結(jié)合”止降水設(shè)計(jì)是類(lèi)似地質(zhì)條件下的有效止降水設(shè)計(jì)形式。