張 軍

（中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，浙江杭州 310004）

在基坑工程中，當(dāng)承壓水層的水頭頂托力大于基坑底部到承壓含水層頂板的殘留土層土重時(shí)，基坑底部就會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)爆發(fā)的突涌。突涌一旦發(fā)生，很容易造成基坑工程的破壞性事故，甚至給周邊的建筑物帶來(lái)危害。隨著杭州地區(qū)地鐵工程的不斷建設(shè)，工程界逐漸認(rèn)識(shí)到了基坑工程中妥善解決承壓水問題的重要性，尤其是在錢塘江邊含水量豐富的砂性粉質(zhì)土地區(qū)，處理好承壓水的影響是基坑設(shè)計(jì)與施工的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。本文通過選取杭州地區(qū)3個(gè)典型的面臨承壓水問題的基坑，分析了工程地質(zhì)和水文條件，總結(jié)出杭州地區(qū)承壓水處理方法并給出了優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，然后討論了施工過程中可能出現(xiàn)的滲水問題及處理辦法。

1 杭州地區(qū)承壓含水層特性

杭州地區(qū)承壓水以古河道形態(tài)呈寬帶狀展布，北部為茗溪古河道，南部為錢塘江古河道，中間與城區(qū)的“杭州古河道”相連接。承壓水類型以濱海平原海陸交互相砂層承壓水為主，局部為碎屑巖裂隙承壓水以及巖溶丘陵溶洞裂隙水。承壓含水層頂板為淤泥質(zhì)亞黏土，厚度一般為8～15 m；承壓水賦存于砂、卵、礫石層中，埋深為23.4～58.5 m，一般為35～45 m，含水層厚度為0.4～24.5 m，一般為5～15 m，承壓水位埋深為5～10 m。中心地帶單井涌水量（以降深10 m計(jì)）茗溪古河道為1 000～3 000 m3/天，錢塘江古河道為3 000～5 000 m3/天，從古河道中心向兩側(cè)富水性逐漸減弱。

目前杭州地鐵基坑承壓水處理技術(shù)研究采取降水處理、止水處理或降水、止水相結(jié)合的技術(shù)思路，主要采用懸掛式地下連續(xù)墻+降低坑內(nèi)外承壓水位、落底式地下連續(xù)墻隔斷承壓水的技術(shù)方案，圖1為懸掛式地下連續(xù)墻，圖2為落底式地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻既可以承受基坑開挖卸荷而產(chǎn)生的水土壓力，又起到了止水的作用。

圖1 懸掛式地下連續(xù)墻

圖2 落底式地下連續(xù)墻

2 基坑承壓水處理技術(shù)

本文選取杭州地鐵3個(gè)典型的面臨高承壓水問題的地鐵基坑工程項(xiàng)目，結(jié)合工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，探討承壓水處理技術(shù)。

2.1 三堡站

杭州地鐵6號(hào)線三堡站為地下4層車站，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約30.85 m，端頭井底板埋深約32.41 m。

鉆探揭露、原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，場(chǎng)地附近無(wú)地表水體分布，最近城市內(nèi)河為二號(hào)港河，距離約280 m。根據(jù)鉆探揭露：勘探深度范圍內(nèi)地下水類型主要可分為松散巖類孔隙潛水、松散巖類孔隙承壓水和基巖裂隙水。其中，承壓水主要分布于深部的 121層粉砂、122層含礫中砂、124層圓礫、141層粉砂、142層含礫中砂、143層圓礫層中，水量較豐富，隔水層為上部的淤泥質(zhì)土和黏性土層。承壓水主要接受古河槽側(cè)向徑流補(bǔ)給，側(cè)向徑流排泄，受大氣降水垂直滲入等的影響較小。

根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，該工程基底下部存在承壓水（粉砂、圓礫），當(dāng)基底之下某深處有承壓含水層時(shí)，基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性可按GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄式（1）進(jìn)行進(jìn)行承壓水頭突涌估算：

式（1）中 ，γm為透水層以上土的飽和重度，kN/m3；（t +Δt）為透水層頂面距基坑底面的深度，m；Pw為含水層水壓力，kPa；Fs為安全系數(shù)，本工程取1.1。

根據(jù)實(shí)測(cè)承壓水觀測(cè)孔的承壓水頭高度進(jìn)行承壓水頭突涌估算，三堡站附近124層承壓水水頭埋深在地面下約8～9.85 m，相對(duì)于85國(guó)家高程為-2.11～-1.23 m左右。按式（1）進(jìn)行承壓水頭突涌估算結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，承壓水對(duì)基坑底板會(huì)產(chǎn)生突涌，基坑開挖前應(yīng)將承壓水水頭降至安全水頭。

表1 三堡站主體結(jié)構(gòu)承壓水頭突涌估算結(jié)果

降水工程需要做到技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，因此主要從方案設(shè)計(jì)、施工與管理3個(gè)方面出發(fā)并結(jié)合本工程的特點(diǎn)與地質(zhì)條件，采用地下連續(xù)墻完全切斷承壓含水層結(jié)合降水的技術(shù)方案。由于地下連續(xù)墻入土深度按嵌入中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖不小于1.5 m設(shè)計(jì)，已能隔斷承壓水層，因此，坑內(nèi)設(shè)置部分承壓水井，在地下連續(xù)墻施工完成后，進(jìn)行承壓水降水試驗(yàn)確定隔斷效果，坑外設(shè)置一定數(shù)量的承壓水觀測(cè)井兼應(yīng)急備用井。地下連續(xù)墻嵌入巖層和降水井布置如圖3所示。

圖3 三堡站地下連續(xù)墻和降水井布置示意圖（單位：m）

2.2 雙浦站

杭州地鐵6號(hào)線雙浦站為地下2層島式車站，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約16.31 m，端頭井底板埋深約17.96 m。

根據(jù)詳勘承壓水觀測(cè)資料，雙浦站場(chǎng)地承壓水主要分布于124圓礫中，承壓水水頭埋深在地面下1.45 m，相對(duì)于85國(guó)家高程為5.45 m。僅從車站場(chǎng)地范圍看，隔水層完整，承壓水受側(cè)向徑流補(bǔ)給。但根據(jù)雙浦站—河山路站區(qū)間勘察結(jié)果，在北端頭井以北500 m即為承壓水的潛水補(bǔ)給“天窗”，該“天窗”的存在決定了本車站場(chǎng)地承壓水的水位與潛水水位基本一致。根據(jù)式（1），按透水層頂面距基坑底面最小深度的位置進(jìn)行突涌估算，估算結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明，雙浦站承壓水會(huì)頂破坑底而發(fā)生突涌破壞，造成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。此外，因124層圓礫勘察揭示層厚為18.1～26.4 m，地下連續(xù)墻較難切穿124圓礫，嵌入底部基巖層。原圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用800 mm厚（南端頭井為1 000 mm厚）、41.1 m深地下連續(xù)墻只進(jìn)入124圓礫層一定深度，未將基坑內(nèi)外承壓水含水層完全阻斷。為此，在施工過程中進(jìn)行了地質(zhì)補(bǔ)勘、承壓水抽水試驗(yàn)和地下連續(xù)墻成槽試驗(yàn)以復(fù)核地層情況以便指導(dǎo)接下來(lái)的施工。經(jīng)過地質(zhì)補(bǔ)勘、抽水試驗(yàn)、成槽試驗(yàn)，在后續(xù)的施工中做出以下改進(jìn)。

表2 雙浦站主體結(jié)構(gòu)承壓水頭突涌估算結(jié)果

（1）本工程承壓水水頭較高，為地表以下1.45 m，且現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)及地勘報(bào)告揭示，承壓水層滲透系數(shù)較大，且各向同性，承壓水水頭通過抽水降壓困難。為確保基坑安全，防止承壓水突涌，后續(xù)施工采取地下連續(xù)墻嵌入承壓水層下部的弱透水巖層的方法來(lái)隔斷承壓水，減少坑內(nèi)降壓井?dāng)?shù)量并取消坑外降壓井。

（2）地層深部的強(qiáng)風(fēng)化巖層性質(zhì)較為松散，透水性較好，無(wú)法滿足承壓水隔斷要求，故地下連續(xù)墻進(jìn)入中風(fēng)化巖層0.5 m以徹底隔斷承壓水層，封閉強(qiáng)風(fēng)化巖層的透水通道。

（3）地下連續(xù)墻加深后最大深度達(dá)58 m，鎖口管接頭拔出困難，故加深后地下連續(xù)墻接頭形式采用剛性接頭，接頭長(zhǎng)度同地下連續(xù)墻深度，接頭外側(cè)旋噴樁接縫止水加固取消。

2.3 河山路站

杭州地鐵6號(hào)線河山路站為地下2層車站，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深約16.11 m，端頭井底板埋深約18.03 m。

場(chǎng)區(qū)地表水主要為距河山路站主體基坑18 m處的西側(cè)三號(hào)浦河，水深度1.9～2.8 m；根據(jù)鉆探揭露，勘探深度范圍內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙潛水、松散巖類孔隙承壓水和基巖裂隙水。潛水主要賦存于上部①填土層、②層、③層、⑤粉砂性土中，靜止水位一般埋深0.85～2.80 m，相對(duì)于85國(guó)家高程4.75～6.51 m，水位年變幅為1～2 m。根據(jù)式（1），按透水層頂面距基坑底面最小深度的位置進(jìn)行突涌估算，估算結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明，承壓水對(duì)基坑底板會(huì)產(chǎn)生突涌，但由于潛水流速緩慢，對(duì)工程建設(shè)影響小，承壓水主要賦存于下部121粉砂和124圓礫（以下簡(jiǎn)稱為 12 層砂礫石），基巖裂隙水賦存于底部的30風(fēng)化石英砂巖土，水量貧乏，不作專門研究。

表3 河山路站主體結(jié)構(gòu)承壓水頭突涌估算結(jié)果

相比整個(gè)地鐵6號(hào)線工程的其他車站，因本車站位于“天窗”范圍，地層條件具有特殊性和唯一性。車站基坑開挖及影響范圍內(nèi)以粉土和砂土為主，下部為強(qiáng)透水層的圓礫層，總體上土層的綜合滲透性和富水性好；坑底以下無(wú)任何隔水層，致使無(wú)法采用常規(guī)的坑底加固措施，滲漏一旦發(fā)生將可能導(dǎo)致潛水迅速地涌入坑內(nèi)，并同時(shí)形成流土和流砂，導(dǎo)致坑底失穩(wěn)。為此，河山路站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻入巖深度1 m。附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用600 mm地下連續(xù)墻。根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工情況和站位所處的地質(zhì)情況確定降水方案，采用“坑內(nèi)強(qiáng)降水，坑外不降水”方案，配合設(shè)置19口疏干井，9口承壓井，降壓井及地下連續(xù)墻嵌入巖層布置如圖4所示。

圖4 河山路站地下連續(xù)墻和降水井布置示意圖

3 結(jié)論與建議

（1）目前杭州地鐵針對(duì)需進(jìn)行承壓水處理的基坑工程，主要采取懸掛式地下連續(xù)墻+降低坑內(nèi)外承壓水位、落底式地下連續(xù)墻隔斷坑內(nèi)外承壓水的處理措施。

（2）針對(duì)需對(duì)承壓水進(jìn)行謹(jǐn)慎處理的基坑工程，在施工結(jié)束前，應(yīng)進(jìn)行全面的施工監(jiān)測(cè)，如適時(shí)進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘、承壓水抽水試驗(yàn)和地下連續(xù)墻成槽試驗(yàn)等，分析承壓水處理效果和施工效果，并及時(shí)采取針對(duì)性技術(shù)措施。

（3）杭州地鐵三堡站、雙浦站、河山路站3個(gè)臨近錢塘江、高承壓水地區(qū)的地鐵基坑工程承壓水處理技術(shù)實(shí)踐表明，在類似的工程水文條件區(qū)域進(jìn)行地鐵基坑工程施工時(shí)，可優(yōu)先考慮將豎向地下連續(xù)墻落在相對(duì)不透水層上，并結(jié)合坑內(nèi)降水處理基坑承壓水問題。