謝昭宇，常曉菲，范衛(wèi)琴，劉楠

（1 中國地質(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)大面積分布的是長江Ⅰ級階地，在這類場地中進(jìn)行基坑施工時，常常會面臨由地下水引發(fā)的各類工程災(zāi)害[1-2]。尤其是超大面積深基坑開挖時，必須對地下水進(jìn)行有效處理，保證施工過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單而有效的方法[3]。但是這種方法在降低基坑水位的同時也會降低周邊場地的水位，從而拉裂周圍的管線和既有建筑。尤其在緊鄰地鐵線路的基坑進(jìn)行降水設(shè)計時，對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，成為工程界亟待解決的問題[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)計方案，并分析降水對支護結(jié)構(gòu)的有利影響?？蔀榻窈笪錆h地區(qū)類似工程的降水設(shè)計積累經(jīng)驗，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)有既有地鐵車站及較多的市政管線，該地鐵車站地下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)墻作為車站圍護結(jié)構(gòu)，車站標(biāo)準(zhǔn)段地下連續(xù)墻有效深度25.8 m，工程與該車站最近距離約12 m。

基坑北接城市道路，其下方同樣有地鐵車站。該地鐵站為地下3 層車站，站前區(qū)間從西側(cè)地鐵站下方穿過，導(dǎo)致車站軌面埋深較大，站后設(shè)單渡線，外包總長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)墻作為車站圍護結(jié)構(gòu)。

該項目設(shè)地下4 層，地面以上包含兩棟塔樓，基礎(chǔ)開挖深度詳見表1。

表1 各分區(qū)開挖信息表

1.2 工程地質(zhì)條件

場地地貌單元屬長江Ⅰ級階地，地勢較平坦，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)合地層的沉積時代、成因和靜力觸探曲線特征，將場地土劃分為4 個大層11 個亞層，各巖土層的分布及其特征詳見表2。

表2 基坑支護區(qū)段土層信息一覽表

1.3 水文地質(zhì)條件

場區(qū)內(nèi)地下水類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。勘察期間實測上層滯水水位埋深2.30～4.55 m，相對絕對標(biāo)高18.50～20.22 m，孔隙承壓水水位埋深在8.15～8.20 m 之間，相對絕對標(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，開挖時如若揭露承壓含水層，便會發(fā)生突涌，危及整個基坑支護結(jié)構(gòu)的安全。為避免承壓水的影響，需要降低承壓水水位，若敞開降水，則對周邊環(huán)境影響較大，且本基坑工程面積和開挖深度都非常大，需要降水的時間較長，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)各與地鐵既有車站緊鄰，相距約12～31 m，參照國內(nèi)類似相關(guān)工程對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。且基坑支護設(shè)計和施工中須做好對輕軌線路的保護工作，將沉降控制在允許范圍之內(nèi)。

3 止水帷幕設(shè)計

3.1 止水帷幕選型

根據(jù)相關(guān)規(guī)則[1]，Ⅰ級階地防控區(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、或基坑開挖深度≥16 m，且需進(jìn)行疏干降水時，應(yīng)采用落底式止水帷幕或落底式地下連續(xù)墻。

根據(jù)勘察報告，場地抽降承壓水的影響范圍達(dá)166 m，抽降承壓水對周邊環(huán)境影響較大，也需對承壓含水層進(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)合以往大量工程實踐[6-7]，并通過計算分析結(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，均可滿足周邊普遍區(qū)域及塔樓區(qū)域支護變形控制要求。

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)計算，均可滿足變形控制要求。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體的各項穩(wěn)定性計算綜合確定，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（即相對標(biāo)高為-37.700 m 處），即可滿足圍護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，對槽壁進(jìn)行預(yù)加固，同時也增強了地下連續(xù)墻的止水性能。

4 降水計算

基坑普遍開挖深度約為19.90 m?？拥淄练介_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 基坑敞開降水涌水量計算

根據(jù)場地水文地質(zhì)條件及基坑開挖深度，對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)地下水類型、補給條件、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，基坑敞開降水時基坑涌水量采用大井法估算相關(guān)公式如式（1）、（2），計算參數(shù)及結(jié)果見表3。

表3 涌水量計算參數(shù)及結(jié)果

4.2 地下連續(xù)墻嵌巖封閉后涌水量計算

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

4.3 降水井?dāng)?shù)量計算

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，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)分布圖見圖4。

圖4 降水井平面布置圖

4.4 降水井結(jié)構(gòu)設(shè)計

降水井鉆探孔徑650 mm，井（孔）深40.0 m。降水井過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）承臺底板施工時，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

降水過程中對周邊地面的水平位移和沉降進(jìn)行監(jiān)測，觀測點布置如圖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)觀測資料整理出了累計變形量，周邊地下管線沉降量-時間、水平位移-時間關(guān)系曲線圖如圖6、圖7 所示。

圖5 周邊環(huán)境觀測點平面布置圖

圖6 基坑西側(cè)累計沉降量S-時間T 關(guān)系曲線

圖7 基坑西側(cè)累計水平位移量S-時間T 關(guān)系曲線

可以看出：基坑西側(cè)臨近地鐵線路及車站監(jiān)測點最大水平位移為15.5 mm，沉降最大為16.4 mm，均滿足位移小于20 mm的規(guī)范要求，按照本支護設(shè)計及降水方案，基坑西側(cè)的變形在整個降水開挖過程中得到了控制。

6 結(jié)語

以分析深厚承壓水場地條件下某緊鄰既有地鐵車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)計過程，并結(jié)合基坑緊鄰地鐵一側(cè)地表水平和豎向變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：

1）基坑開挖已進(jìn)入承壓含水層，該含水層范圍內(nèi)為滲透性較強的砂層，與長江水呈互補關(guān)系，水量豐富，場地抽降承壓水的影響范圍和對周邊環(huán)境影響較大時，需對承壓含水層進(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體的各項穩(wěn)定性計算要求確定，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）臨近地鐵車站的變形控制要求嚴(yán)格，與地鐵車站最近距離約31.8 m，為控制施工對地鐵車站的影響，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)場地水文地質(zhì)條件、基坑開挖深度，布置40 口降水井以保障基坑開挖的順利進(jìn)行。