權(quán) 威，朱浦棟，谷喜權(quán)

(1.中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司,湖北 武漢 430082; 2.武漢路通市政工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司,湖北 武漢 430010)

0 引言

武漢地區(qū)地處江漢平原,被長(zhǎng)江與漢江交匯分割為三鎮(zhèn),地貌單元跨越長(zhǎng)江一級(jí)階地(湖積相、沖積相平原)、二級(jí)階地和三級(jí)階地(剝蝕垅崗)[1]。根據(jù)湖北省及武漢市河道及堤防管理規(guī)定,防洪控制區(qū)為長(zhǎng)江防汛墻后堤腳500 m,武漢防洪控制區(qū)基本位于長(zhǎng)江一級(jí)階地,屬于地面沉降重點(diǎn)防控區(qū)。而防洪控制區(qū)內(nèi)的長(zhǎng)江一級(jí)階地為全新世(Q4)土層,上部以黏性土、粉質(zhì)黏土為主,中下部為互層土(粉土、粉砂與粉質(zhì)黏土互層)、粉細(xì)砂及底部卵礫石層,含水層厚度為30 m～45 m,顆粒上細(xì)下粗的沉積規(guī)律,具有滲透系數(shù)沿深度方向呈規(guī)律性增大的特性[2-3]。承壓水含水層厚度大、水頭高、水力聯(lián)系緊密成為武漢地區(qū)地下室抗浮設(shè)計(jì)[4-5]和深基坑工程[6-8]的一大特點(diǎn)。

根據(jù)武漢市相關(guān)規(guī)定:一級(jí)階地防控區(qū)內(nèi)的建筑工程設(shè)置3層及以上地下室或基坑開挖深度不小于16.0 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[9-10]。上述規(guī)定中落底式止水帷幕的設(shè)計(jì)并未考慮場(chǎng)地地形標(biāo)高、場(chǎng)區(qū)歷史最低水位、周邊已完工項(xiàng)目影響、長(zhǎng)江水位變化引起兩岸承壓水水位變化、施工時(shí)間節(jié)點(diǎn)等影響因素,機(jī)械地套用不僅造成基坑工程投資過大,還會(huì)形成長(zhǎng)江與兩岸水力互換的障礙,不僅不符合建筑產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略,也不符合資源節(jié)約型的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,因此有必要結(jié)合工程實(shí)踐對(duì)長(zhǎng)江一級(jí)階地濱江基坑工程進(jìn)行探討。

本文以嘉里漢正街B1地塊基坑工程為研究對(duì)象,結(jié)合場(chǎng)地標(biāo)高、本場(chǎng)地歷史最低水位、周邊項(xiàng)目影響、歷史水位起伏等綜合因素,對(duì)濱江深基坑項(xiàng)目止水帷幕選型及基坑工程降本增效進(jìn)行綜合分析研究。

1 工程概況

嘉里漢正街B1地塊項(xiàng)目位于武漢市區(qū)江漢區(qū),地理位置屬于長(zhǎng)江與漢江交匯處,民權(quán)路與民族路交匯處,與長(zhǎng)江大堤距離370 m～600 m。項(xiàng)目北側(cè)為單行線的民權(quán)路,場(chǎng)地東北角區(qū)域?yàn)?層歷史保護(hù)建筑,距離基坑開口線8.5 m～11.8 m;東側(cè)為花樓街,主要分布2層—3層淺基礎(chǔ)民房,民房距離基坑開口線6.8 m～9.1 m;西側(cè)為統(tǒng)一街,施工期間暫為空地;南側(cè)為規(guī)劃二期用地及規(guī)劃地下環(huán)道空間?；又苓叚h(huán)境詳見圖1,施工過程如圖2所示。

本項(xiàng)目用地面積19 627 m2,基坑面積約18 800 m2,周長(zhǎng)563 m,地下室滿鋪2層—3層,基坑開挖深度7.4 m～16.3 m。

2 巖土工程條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)及場(chǎng)地地形地貌

本場(chǎng)區(qū)地貌單元屬長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地,場(chǎng)地地勢(shì)較平整,場(chǎng)地地面標(biāo)高在25.77 m～29.37 m之間,地面高差3.60 m,整平后地面標(biāo)高25.55 m。根據(jù)統(tǒng)計(jì),武漢地區(qū)長(zhǎng)江兩岸地面標(biāo)高整體位于21.00 m～24.00 m區(qū)間,該場(chǎng)區(qū)地形標(biāo)高遠(yuǎn)高于平均標(biāo)高,為本場(chǎng)區(qū)重要有利條件。

典型斷面示意如圖3所示,土層物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

2.2 水文地質(zhì)條件

影響本項(xiàng)目的水文因素主要為上層滯水、孔隙承壓水及基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于①層雜填土層中,無統(tǒng)一自由水面,其動(dòng)態(tài)變化受大氣降水、地表水下滲及人類生產(chǎn)、生活用水排放影響。孔隙承壓水主要賦存于③層、④層組、⑤層中,與長(zhǎng)江水體具備密切的水力聯(lián)系,其水位變化受長(zhǎng)江水位變化影響,水量較豐富,擬建場(chǎng)地的承壓水水頭標(biāo)高約為16.45 m。區(qū)域水文資料表明,本場(chǎng)區(qū)承壓水水頭高度年變化幅度在3.0 m～4.0 m之間。孔隙承壓水歷史最高水位標(biāo)高約為21.0 m?；鶐r裂隙水主要賦存于場(chǎng)地基巖裂隙中,總體水量較小且不均勻。影響本項(xiàng)目的孔隙承壓水層基本參數(shù)為K=18.60 m/d,影響半徑R=164.32 m。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

3.1 項(xiàng)目重難點(diǎn)分析

施工條件緊張及地下結(jié)構(gòu)標(biāo)高的多樣性是本項(xiàng)目基坑工程的重難點(diǎn)問題。因本項(xiàng)目南側(cè)為規(guī)劃地下環(huán)道,地下環(huán)道用地紅線與本項(xiàng)目緊貼,同時(shí)本項(xiàng)目因建筑及結(jié)構(gòu)要求,導(dǎo)致支護(hù)樁與止水帷幕空間僅有1.2 m左右,無法分期施工支護(hù)樁與止水帷幕。本項(xiàng)目局部2層,局部3層,北側(cè)主樓為2層—3層交界處,導(dǎo)致基坑北側(cè)主樓區(qū)電梯井坑中深度達(dá)到9.0 m。本項(xiàng)目西側(cè)為統(tǒng)一街借用地下空間,-1層未鋪設(shè)地下室,主要為規(guī)劃道路下埋設(shè)管線空間,-2層/-3層為臨時(shí)借用空間;2層地下室區(qū)域普挖深度8.7 m,3層地下室區(qū)域普挖11.3 m～13.6 m。整個(gè)地下室埋置深度多樣化,高差交界面過多,導(dǎo)致采用統(tǒng)一內(nèi)支撐標(biāo)高時(shí)必定顧此失彼。

3.2 總體方案

本項(xiàng)目采用鉆孔灌注樁+1道混凝土內(nèi)支撐+850 mm三軸攪拌樁止水帷幕方案。內(nèi)支撐布設(shè)滿足分區(qū)、分塊、快速、獨(dú)立、后期互不影響的施工要求;止水帷幕的設(shè)置同步考慮滿足基坑降水引起周邊環(huán)境要求及堤防管理部門的要求,設(shè)計(jì)基本參數(shù)如表2所示,典型斷面如圖4所示。

3.3 降水設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目降水設(shè)計(jì)理念為兼顧場(chǎng)地歷史最高水位及最低水位的變幅,考慮長(zhǎng)江水位變幅引起的周邊歷史沉降。經(jīng)查詢,武漢地區(qū)長(zhǎng)江最高洪水水位29.73 m(吳淞高程),最低枯水位8.87 m(吳淞高程)。2021年1月份現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)承壓水水頭為黃海高程12.00 m,該數(shù)據(jù)同兩江四岸相同距離項(xiàng)目觀測(cè)水位一致,同時(shí)結(jié)合本項(xiàng)目臨江區(qū)域已完工漢正一號(hào)項(xiàng)目,該項(xiàng)目降水后水位標(biāo)高低于本項(xiàng)目目標(biāo)降水標(biāo)高,且與本項(xiàng)目直線距離僅有200 m;綜合考慮上述因素,根據(jù)規(guī)范要求,設(shè)置降水井50口,井深31.0 m,實(shí)管長(zhǎng)度14.0 m,濾管+沉淀管總長(zhǎng)度17 m。經(jīng)計(jì)算,本項(xiàng)目基坑降水引起周邊沉降為不大于4 mm,基坑降水引起的地面沉降對(duì)周邊環(huán)境影響可忽略不計(jì);對(duì)長(zhǎng)江大堤無影響。因此本項(xiàng)目止水帷幕選型為懸掛式止水帷幕,長(zhǎng)度為坑底區(qū)域下3.0 m。經(jīng)測(cè)算,止水帷幕選型的調(diào)整,可節(jié)約成本造價(jià)2 000萬元。

3.4 電梯井坑中坑設(shè)計(jì)

根據(jù)地方經(jīng)驗(yàn)采用高壓旋噴樁五面封措施,概算價(jià)約1 800萬元,其中空樁約1 000萬元,實(shí)樁800萬元,主要原因?yàn)殡娞菥又锌泳幱谥鳂且韵?空孔部分較多,且施工為地面施工,施工質(zhì)量難以把控。參考相鄰項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),高壓旋噴樁在互層土及粉細(xì)砂層中容易產(chǎn)生“冰糖葫蘆”型的效果,從而無法解決側(cè)壁及坑底漏水問題。因此本項(xiàng)目結(jié)合止水帷幕選型計(jì)算及地面沉降計(jì)算結(jié)果,將五面封措施調(diào)整為深井降水+側(cè)壁止水帷幕+放坡卸載方案,深井降水解決承壓水突涌問題,側(cè)壁止水帷幕防止互層土或砂層流失垮塌,放坡卸載不僅加快工期,還可降本增效。經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化后,坑中坑概算價(jià)僅為300萬元,直接節(jié)約成本1 500萬元。施工過程圖如圖5所示。

3.5 支護(hù)樁與止水帷幕共中心線

本項(xiàng)目南側(cè)為規(guī)劃地下環(huán)道,根據(jù)相關(guān)建設(shè)單位要求,B1地塊地下室外墻與地下環(huán)道距離不得小于3.0 m,且地下環(huán)道需提供0.8 m施工肥槽。本項(xiàng)目無法實(shí)現(xiàn)支護(hù)樁與剪力墻合并設(shè)計(jì),考慮將支護(hù)樁與止水帷幕合并設(shè)計(jì),止水帷幕與支護(hù)樁共中心線,詳見圖6。其中止水帷幕先行施工,后施工支護(hù)樁,節(jié)約部分空間。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋

基坑監(jiān)測(cè)周期自2020年11月份—2022年2月份,監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括周邊道路、建筑物、支護(hù)樁樁身測(cè)斜、冠梁水平/豎向位移、立柱樁豎向位移、內(nèi)支撐軸力、基坑內(nèi)地下水位監(jiān)測(cè)等內(nèi)容進(jìn)行檢測(cè),共設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)56個(gè),監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖7所示,結(jié)果如表3所示。

表3 基坑監(jiān)測(cè)成果匯總表

隨著基坑的開挖,地面沉降基本滿足樁身測(cè)斜與地面沉降0.8倍～1.0倍關(guān)系,另外基坑?xùn)|側(cè)建構(gòu)筑物總體變形不大于12 mm,滿足要求,基坑監(jiān)測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)均在規(guī)范要求范圍內(nèi),周邊環(huán)境及建筑物未受到影響,土方開挖及地下結(jié)構(gòu)施工過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)無異?，F(xiàn)象,沒有出現(xiàn)異常變形,整個(gè)實(shí)施過程中沒有出現(xiàn)險(xiǎn)情,圓滿完成了基坑支護(hù)和地下水控制任務(wù)。樁身測(cè)斜結(jié)果及東側(cè)冠梁水平位移結(jié)果如圖8,圖9所示。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目結(jié)合場(chǎng)地歷史水文,考慮武漢近30年發(fā)展引起的地下水水位下降,綜合考慮本項(xiàng)目周邊類似深度項(xiàng)目降水影響,以信息化、實(shí)時(shí)化的方法解決了長(zhǎng)江一級(jí)階地深厚軟土沉降嚴(yán)控區(qū)3層地下室的開挖采用懸掛式止水帷幕,僅基坑工程中止水帷幕設(shè)計(jì)及電梯井坑中坑方案實(shí)施,為建設(shè)單位節(jié)約直接成本3 600萬元。基本結(jié)論如下:

1)武漢都市發(fā)展區(qū)長(zhǎng)江一級(jí)階地沉降防控區(qū)基坑方案,不可機(jī)械照搬3層地下室或基坑深度超過16.0 m必須設(shè)置落底式止水帷幕或落底式地下連續(xù)墻方案的規(guī)定,而是應(yīng)綜合考慮地面標(biāo)高、長(zhǎng)江歷史水位起伏、本場(chǎng)區(qū)內(nèi)歷史最高、最低承壓水水位,周邊已施工項(xiàng)目對(duì)本場(chǎng)區(qū)影響等因素綜合評(píng)估基坑開挖引起地面沉降對(duì)周邊環(huán)境的影響后進(jìn)行確認(rèn)止水方案。

2)長(zhǎng)江一級(jí)階地電梯井坑中坑設(shè)計(jì)采用五面封的設(shè)計(jì)方案過于浪費(fèi),且施工效果難以保證。結(jié)合本項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,在確定降水對(duì)周邊環(huán)境影響可控的前提下,可采用深井降水防止坑中坑突涌,側(cè)壁止水防止互層土或砂層流失垮塌,放坡卸載提高施工效率的方式,大幅度降低坑中坑支護(hù)成本并提高工期。

3)支護(hù)空間狹窄時(shí),可采用同軸施工的方法,先期施工止水帷幕,后期施工支護(hù)樁,在保證樁位及垂直度的前提下,可直接解決施工空間不足的難題。