臨江深基坑止降水技術的探討

朱海軍 李繼承 張晉華 張曉輝

1. 中建三局集團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有限責任公司 武漢 430070

1 工程概況及工程地質條件

1.1 天悅星辰項目基坑工程概況

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

基坑開挖面積8 714 m2，基坑周長約423.70 m，基坑普遍挖深21.60 m，塔樓局部挖深28.10 m。

基坑總體支護方式為落底式超深地下連續(xù)墻（三墻合一）結合坑內豎向4道混凝土支撐?；咏邓捎谩爸苓吳稁r落底地下連續(xù)墻隔水+坑內深井降水與坑外備用中深井降水”相結合的地下水處理措施?；觾裙苍O置27口深井降水井，井深38 m，基坑外設置13口觀測井，基坑降水井平面布設如圖1所示。

圖1 天悅星辰基坑降水井平面布設

1.2 中國銀行項目基坑工程概況

武漢中國銀行基坑工程四周為市政道路，并且東側和北側為市內湖泊，同時基坑北側緊鄰民生銀行超高辦公樓，基坑周邊環(huán)境非常復雜?；哟怪遍_挖面積約7 590 m2，東西長約128 m，南北寬約68 m，周長約367 m?；悠毡橥谏?1 m，局部坑中坑挖深23 m。

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

基坑止降水采用“降隔結合”方式進行地下承壓水處理設計，以確保基坑開挖和地下室施工的順利進行，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）筑物的變形過大，繼而引起城市次生地質災害?；觾仍O置27口降水井、3口備用井同時兼觀測井，基坑外設置8口承壓水觀測井（圖2）。

圖2 中國銀行基坑降水井平面布設

1.3 場地工程地質條件概述

2個基坑同屬武漢漢口臨江地區(qū)，場地地貌單元屬長江Ⅰ級階地。地層為武漢典型的二元地質結構，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。場地地下水類型可分為上下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砂至卵石層中的承壓水，與長江有密切的水力聯(lián)系，其水位受長江水位變化影響，水量豐富。上下層地下水因黏性土隔離而無水力聯(lián)系。依據抽水試驗結果，2個工程場地內孔隙承壓水埋深在5.50 m左右。抽水試驗測得2個工程場地內承壓含水層的滲透系數為13.20 m/d和16.00 m/d，影響半徑為201.76 m和251.90 m[1,2]。

2 基坑工程對比分析

1）2個基坑開挖深度、開挖面積、基坑平面形式、基坑豎向支護體系和內支撐布設形式都基本相似，開挖面積都在8 000 m2左右，基坑都為長方形，基坑都采用嵌巖地下連續(xù)墻作為豎向支護，內支撐都采用對頂撐結合角撐、邊桁架的布設形式；

2）基坑所處地質環(huán)境相似，都處于臨江、臨湖的地質條件，所處地層都屬于武漢長江一級階地的二元地層結構，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，相當于隔水層。中間過渡相弱透水性承壓水，承壓水賦存于該層中，相對于下伏砂層，巖性為粉質黏土與粉土、粉砂互層。下層砂性土承壓含水，強孔隙承壓水賦存其中，該層的上部為粉砂與細砂，中底部為粗砂、卵礫石層，總體而言，該層以粉砂、粉細砂和細砂為主，其中粉砂的滲透系數為7～12 m/d，細砂的滲透系數為12～30 m/d，中底部粗砂、卵礫石層的滲透系數則更高；

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

3 臨江基坑降隔結合的降水設計研究

基坑采用落底式止水帷幕時，原則上不需要設置大量的坑內外降水井，只需要基坑內部設置少量疏干井，降低基坑內的地下水和從基坑底部強風化層滲透進入的少量地下水；但地下連續(xù)墻屬于地下隱蔽工程，在基坑施工過程中，可能存在施工薄弱滲漏點，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，同時嵌入深度等的不確定性都將導致止水帷幕不能完全形成豎向和坑底截水。所以基坑降水井設計時，主要為布設備用井形式，防止因地下連續(xù)墻施工問題和強風化巖面起伏較大引起的地下水滲漏及基巖裂隙滲水。

在進行基坑降水井布設時，主要采用深井減壓井，降低基坑內地下水水位?；觾韧饨邓荚O數量和位置按敞開式基坑布設，計算時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條件，如滲透系數和影響半徑等。在按敞開式基坑布設出降水井數量和降水井位置后，采用經驗折減系數折減，一般取折減系數為0.50；即在敞開式基坑降水井布設的基礎上，坑內外折減一半降水井，但坑外折減數量較基坑內部大，降水井布設主要考慮基坑內部?；油饨邓鱾溆镁陀^測井用，在基坑內部降水井全開情況下仍不能滿足土方開挖施工要求時才允許開啟坑外降水井，因在臨江、臨湖地區(qū)，在基坑外大量抽取地下水將對周邊環(huán)境產生較大影響，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，對基坑開挖降水過程的坑內外水位進行了持續(xù)的監(jiān)測?；觾韧馑蛔兓鐖D3～圖6所示。

圖3 天悅星辰基坑內降水井水位變化曲線

圖4 天悅星辰基坑外降水井 水位變化曲線

圖5 中國銀行基坑內降水井水位變化曲線

圖6 中國銀行基坑外降水井 水位變化曲線

天悅星辰和中國銀行項目為避汛期，都在下半年枯水期開挖，上半年汛期前封底。在基坑開挖過程中，主要開啟基坑內降水井，持續(xù)降水，確?；觾鹊叵滤辉陂_挖面以下1 m，隨基坑開挖深度的降低，降水深度不斷增加，開啟降水井數量不斷增多，在基坑開挖到最大深度時，2個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)墻施工質量較好，向坑內滲水不豐富的情況下，基坑內降水井設計有富余，基坑外降水井幾乎沒使用，只作了觀測井；但基坑外降水井又不得不布設，以備在地下連續(xù)墻存在較大、較多滲水點，坑內降水井全部開啟仍無法降低坑內水位時使用。因地下連續(xù)墻滲水點存在不確定性，建議基坑外降水井按一定距離均勻布設，同時坑外降水井數量可適當減少。由監(jiān)測曲線圖3～圖6可以看出：

1）在基坑開挖降水過程中，基坑內地下水水位不斷下降，且基坑內土方開挖過程中需要持續(xù)降水，并需開啟一定數量的降水井，由此可以說明嵌巖地下連續(xù)墻基坑內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水位；

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

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

5 嵌巖帷幕基坑外沉降評估分析

從基坑坡頂沉降監(jiān)測數據可以看出，2個基坑監(jiān)測坡頂沉降規(guī)律基本類似，沉降隨開挖時間基本呈線性變化，總體沉降量不大?；悠马斁o鄰地下連續(xù)墻支護體系，主要受支護體系水平位移影響，受基坑降水影響較小，總體沉降量也較小。

基坑周邊管線沉降隨基坑開挖持續(xù)增加，在基坑大體量開挖施工階段，沉降變化量較大，主要對應基坑在枯水期大量抽水土方開挖階段。因管線沉降中不僅包括基坑土方開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€沉降量相比武漢地區(qū)一般非落底式帷幕基坑外構筑物沉降要小，說明嵌巖地下連續(xù)墻止水帷幕在富水水文地質條件下對周邊環(huán)境起一定的保護作用。

基坑周邊建筑物沉降規(guī)律和周邊管線沉降基本相似，沉降量累計增加，并在基坑開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筑物沉降要小。

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

本文還統(tǒng)計了離基坑不同距離沉降監(jiān)測點的坑外沉降值，雖然嵌巖地下連續(xù)墻和一般敞開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 結語

本文對天悅星辰、中國銀行2個基坑工程止降水設計進行對比總結，結合基坑監(jiān)測分析得出以下一些可供臨江深基坑工程止降水設計參考的結論[7,8]：

1）在類似于武漢長江一級階地的臨江、臨湖富水水文地質條件下，嵌巖地下連續(xù)墻是有效的基坑止隔水體系，在基坑降水設計時，降水井布設可按敞開式無帷幕基坑計算，在確定降水井數量和位置布設后，按50%折減，基坑內外需同時布設，坑外降水井主要起備用井作用，且布設數量可較少；

2）由基坑地下水水位監(jiān)測可知，基坑內降水，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，嵌巖地下連續(xù)墻隔水效果良好，基坑內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，基坑內的持續(xù)抽水，對坑外周邊環(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條件下亦可有效保護基坑周邊環(huán)境，落底式帷幕結合坑內抽水、坑外備井的“降隔結合”止降水設計是類似地質條件下的有效止降水設計形式。