鄰近黃浦江地區(qū)深基坑止水帷幕選型與設(shè)計(jì)討論

陽吉寶，董林兵

（上海市建工設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200050）

鄰近黃浦江地區(qū)深基坑止水帷幕選型與設(shè)計(jì)討論

陽吉寶，董林兵

（上海市建工設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200050）

基于鄰近黃浦江地區(qū)承壓含水層埋藏深度和厚度的分布特點(diǎn)，地下三層或超過地下三層的深基坑工程中承壓水問題較為復(fù)雜。本文結(jié)合鄰近黃浦江的兩個(gè)工程實(shí)例，重點(diǎn)討論其止水帷幕選型及設(shè)計(jì)問題，通過設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)與合理性討論，并進(jìn)行施工可行性評價(jià)以及施工質(zhì)量控制難易度分析，推薦選用不同的設(shè)計(jì)方案，為類似深基坑工程的設(shè)計(jì)提供借鑒。

深基坑工程；基坑降水；止水帷幕；設(shè)計(jì)選型；承壓含水層

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和地下空間的開發(fā)利用，上海等沿海城市大型地下綜合體項(xiàng)目越來越多，深基坑工程廣泛出現(xiàn)于各類建筑工程中。

深基坑工程中，基坑開挖使得坑底下部承壓含水層頂板的上覆土層不能與承壓水頭頂托力平衡時(shí)，基坑底部就會發(fā)生突涌。由于突涌是瞬時(shí)發(fā)生的，故一旦發(fā)生，難以及時(shí)采取有效應(yīng)對措施，容易造成基坑工程的安全事故并危及周邊環(huán)境的安全[1]。

為了防止突涌的發(fā)生，通常在基坑開挖過程中需要降低承壓水水頭，以減小承壓水頭頂托力。而承壓水水頭的降低會引起基坑周邊土的固結(jié)沉降，從而影響周邊環(huán)境的安全。深基坑止水帷幕通過穿透影響基坑工程的承壓含水層，進(jìn)入相對不透水層一定深度，以達(dá)到隔斷承壓含水層在基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，以減少抽降承壓水對周邊環(huán)境的影響。

在上海地區(qū)，對基坑工程產(chǎn)生影響的承壓含水層有第⑤2砂質(zhì)粉土層（微承壓含水層）、第⑦粉細(xì)砂層（第一承壓含水層）和第⑨中粗砂層（第二承壓含水層）[2]。對于地下室為地下一層，基坑開挖一般不涉及承壓水問題；對于地下二層，基坑開挖可能涉及第⑤2砂質(zhì)粉土層微承壓水問題，而對于地下三層或超過三層，基坑開挖可能涉及第⑤2砂質(zhì)粉土層微承壓水及第⑦粉細(xì)砂層承壓水問題；由于第⑨中粗砂層承壓水埋深較深（一般在60m以上），淺于20m的基坑開挖一般不會涉及到。

基于鄰近黃浦江地區(qū)承壓含水層埋藏深度和厚度的分布特點(diǎn)，對于地下二層深基坑，通常采用常規(guī)三軸攪拌樁將承壓含水層進(jìn)行隔斷；而對于地下三層或超過地下三層深基坑，由于各場地內(nèi)第⑤2微承壓含水層及第⑦承壓含水層埋藏深度和厚度差異較大，相應(yīng)地，隔斷承壓含水層的止水帷幕選型及設(shè)計(jì)相對復(fù)雜[3]。

鄰近黃浦江地區(qū)，場地內(nèi)的承壓水由于距離較近，通常與黃浦江存在著一定的水力聯(lián)系，一旦由于止水帷幕失效而造成基坑坑底發(fā)生突涌，坑底承壓水會不斷地從黃浦江得到補(bǔ)給，從而使得處理難度增大，甚至釀成重大工程事故，為此對承壓水問題不得不認(rèn)真、科學(xué)地進(jìn)行研究和處理。

本文結(jié)合鄰近黃浦江的兩個(gè)工程實(shí)例，針對地下三層或超過地下三層深基坑工程中承壓水問題的復(fù)雜性，重點(diǎn)討論其止水帷幕選型及設(shè)計(jì)問題，為類似深基坑工程的設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 前灘企業(yè)天地項(xiàng)目

擬建場地位于浦東新區(qū)濟(jì)陽路以西、耀體路以北，鄰近東方體育中心，距離黃浦江500m左右。本工程設(shè)有三層地下室，基坑開挖面積約1.6萬m2，基坑開挖深度15.2m?；?xùn)|側(cè)毗鄰城市交通主干道—濟(jì)陽路高架，高架橋墩距離基坑開挖邊線約51.2m，根據(jù)上海市市政行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市橋梁、隧道安全保護(hù)區(qū)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（滬建交[2010] 511號），對于大橋，一級基坑橋梁安全保護(hù)區(qū)域?yàn)?5m，此高架在安全保護(hù)區(qū)域內(nèi)，需要重點(diǎn)保護(hù)。

1.1 地質(zhì)條件

場地下存在第⑤2-1層和第⑤2-3層微承壓含水層，有如下特點(diǎn)：（1）微承壓水水頭較高：根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，第⑤2-1層水位平均埋深4.7m，第⑤2-3層水位平均埋深4.9m；（2）微承壓水埋深較淺：第⑤2-1層頂板埋深約18.8m，距離基坑坑底僅3.6m；（3）微承壓含水層較厚：第⑤2-1層層厚約4.7m，第⑤2-3層層厚約5.5m，且中間第⑤2-2層夾薄層粉性土，滲透性極強(qiáng)，實(shí)際上第⑤2-1層與第⑤2-3層中間大部分貫通，這樣第⑤2-1層、第⑤2-2層、第⑤2-3層整體作為微承壓含水層，層厚約為13m。場地地質(zhì)條件如圖1所示。

圖1 場地地質(zhì)條件（案例1）Fig.1 The geologic condition of case No.1

1.2 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

采用灌注樁排樁+止水帷幕的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式，水平支撐體系為三道鋼筋混凝土支撐。

經(jīng)過抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算[4]，第⑤2-1層和第⑤2-3層微承壓含水層均存在突涌的可能，基坑開挖過程中需要降低微承壓含水層水位。

而基坑?xùn)|側(cè)有高架需要重點(diǎn)保護(hù)，為減少抽降承壓水對周邊環(huán)境的影響，勘察報(bào)告建議止水帷幕插入第⑤3-1層粉質(zhì)黏土中。

為了完全隔斷微承壓含水層，止水帷幕需插入第⑤3-1層中一定深度。根據(jù)場地內(nèi)微承壓含水層埋深及層厚，止水帷幕的長度需要達(dá)到35m左右。

1.3 止水帷幕方案比選

根據(jù)所需止水帷幕的長度要求，目前有超深三軸攪拌樁、TRD工法和地下連續(xù)墻等幾種止水帷幕型式，三種止水帷幕型式造價(jià)對比如表1所示。

根據(jù)三種止水帷幕型式造價(jià)對比分析，采用灌注樁排樁+超深三軸攪拌樁造價(jià)較低，但受目前施工機(jī)械等條件方面的限制，往往止水帷幕深部樁體施工質(zhì)量不穩(wěn)定，止水效果不易保證。

地下連續(xù)墻抗側(cè)剛度大，可有效控制基坑變形，止水效果較好，可以大大減少地下水滲漏問題，但造價(jià)較高。

表1 止水帷幕型式造價(jià)對比（案例1）Table 1 The comparison of engineering cost budget of waterproof curtain of case No.1

與地下連續(xù)墻相比，灌注樁排樁+TRD工法造價(jià)較低，可以減少基坑圍護(hù)造價(jià)；同時(shí)基坑變形控制效果和止水效果均較好。

經(jīng)過綜合比較，本項(xiàng)目采用灌注樁排樁+TRD工法的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式。

目前本項(xiàng)目地下主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成?；颖O(jiān)測結(jié)果表明，從基坑開挖到地下室回填，附近高架橋墩的累計(jì)沉降量約為4mm，圍護(hù)墻及周邊環(huán)境各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)均在合理、可控的范圍以內(nèi)。

2 中國海運(yùn)大廈項(xiàng)目

擬建場地位于浦東新區(qū)微山路以南、浦明路以西，距離黃浦江70m左右。本工程設(shè)有四層地下室，基坑開挖面積約7500m2，基坑開挖深度為17.75m?；游鱾?cè)為黃浦江，防汛墻距離基坑開挖邊線約63.5m；基坑南側(cè)為居民小區(qū)微山三村，居民樓距離基坑開挖邊線最近約50.3m。

2.1 地質(zhì)條件

場地下存在第⑦1層、第⑦2層承壓含水層，有如下特點(diǎn)：（1）承壓水水頭較高：根據(jù)詳勘期間承壓水觀測結(jié)果，承壓水最高水位埋深為4.65m；（2）承壓水埋深較深：第⑦1層頂板埋深約為29m，距離基坑坑底約11m；（3）承壓含水層較厚：第⑦1層層厚約7.7m，第⑦2層層厚約25m，且第⑧層土缺失，第⑦2層直接與第⑨層承壓含水層連通，這樣第⑦1層、第⑦2層、第⑨層整體作為承壓含水層，層厚超過45m。場地地質(zhì)條件如圖2所示。

2.2 深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

采用“兩墻合一”地下連續(xù)墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式，地下連續(xù)墻兼擋土和止水雙重作用；水平支撐體系為四道鋼筋混凝土支撐。

經(jīng)過抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算，第⑦層承壓含水層存在突涌的可能，基坑開挖過程中需要降低承壓含水層水位。

而基坑西側(cè)和南側(cè)都有建（構(gòu)）筑物需要保護(hù)，且鄰近黃浦江，為減少抽降承壓水對周邊環(huán)境的影響，止水帷幕宜完全隔斷第⑦層承壓含水層。

由于場地內(nèi)承壓水埋深較深，且承壓含水層較厚，如果隔斷第⑦層和第⑨層承壓含水層，止水帷幕長度超過75m，顯然隔斷承壓水對于本項(xiàng)目很不現(xiàn)實(shí)。但是可以通過適當(dāng)加長止水帷幕在承壓含水層中的插入深度，延長滲流路徑，來減少抽降承壓水對周邊環(huán)境的影響。

圖2 場地地質(zhì)條件（案例2）Fig.2 The geologic condition of case No.2

2.3 止水帷幕方案比選

結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況及上海地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，止水帷幕可在地下連續(xù)墻、超深三軸攪拌樁及TRD工法中進(jìn)行比選。

地下連續(xù)墻：計(jì)算表明，地墻插入比為1:0.85，即地墻插入深度為15m左右，即可滿足各項(xiàng)穩(wěn)定性要求。根據(jù)計(jì)算分析，地墻插入第⑦層承壓含水層中約4.0m左右，地下水抗?jié)B流穩(wěn)定性即可滿足要求。

由于地墻沒有隔斷基坑內(nèi)外的承壓水，坑內(nèi)降水會對周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)基坑降水?dāng)?shù)值模擬計(jì)算，坑內(nèi)降水引起的地墻墻頂沉降約7mm，引起的基坑周邊50m范圍內(nèi)的地表沉降約4mm，滿足周邊環(huán)境的變形要求。

超深三軸攪拌樁：上海地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)表明，成樁深度較深時(shí)，垂直度不易控制，樁體底部容易出現(xiàn)開叉現(xiàn)象，止水效果不易保證。

TRD工法：結(jié)合本項(xiàng)目基坑平面形狀，基坑西北角為光滑的圓弧段，但此工法對于弧形段和轉(zhuǎn)彎段施工較為困難，且其工程造價(jià)高于地下連續(xù)墻。

三種止水帷幕工期和造價(jià)對比，如表2所示。

經(jīng)過綜合比選分析，無論從工期和造價(jià)方面，還是從基坑工程安全和周邊環(huán)境保護(hù)方面，地下連續(xù)墻方案均優(yōu)于其他方案。

表2 止水帷幕工期和造價(jià)對比（案例2）Table 2 The comparison of engineering cost budget and construction duration of waterproof curtain of case No.2

3 討論

通過對兩個(gè)鄰近黃浦江的深基坑工程止水帷幕選型及設(shè)計(jì)問題的研究，可以看出，對于地下三層或超過地下三層，基坑開挖可能涉及第⑤2砂質(zhì)粉土層微承壓水及第⑦粉細(xì)砂層承壓水問題。

根據(jù)微承壓含水層及承壓含水層埋藏深度及厚度的不同，通常采用落底式或懸掛式止水帷幕，來控制降低承壓水對基坑周邊環(huán)境的影響[5]。

當(dāng)微承壓含水層及承壓含水層埋藏深度較淺、且厚度不大時(shí)，宜采用落底式止水帷幕，來隔斷基坑內(nèi)外的承壓水，消除降低承壓水對周邊環(huán)境的影響。

當(dāng)微承壓含水層及承壓含水層埋藏深度較深或厚度較大時(shí)，考慮到工程的經(jīng)濟(jì)性要求，宜采用懸掛式止水帷幕，并保證止水帷幕插入承壓含水層一定深度，以減小降低承壓水對周邊環(huán)境的不利影響。

對于地下三層或超過地下三層，深基坑止水帷幕通?？稍诔钊S攪拌樁、TRD工法及地下連續(xù)墻中進(jìn)行比選。針對實(shí)際工程，應(yīng)根據(jù)工程的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境情況，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)性綜合比較來確定止水帷幕的具體型式。

4 結(jié)語

本文基于鄰近黃浦江地區(qū)承壓含水層埋藏深度和厚度的分布特點(diǎn)，針對地下三層或超過地下三層深基坑工程中承壓水問題的復(fù)雜性，通過兩個(gè)工程實(shí)例，總結(jié)了深基坑工程中承壓水問題的處理方法及止水帷幕的選型問題，對于地下三層或超過地下三層地下室基坑止水帷幕，因施工深度較大，TRD工法及地下連續(xù)墻是較好的選擇，本研究結(jié)論可為類似深基坑工程的設(shè)計(jì)提供借鑒。

References)

[1] 翁其平,王衛(wèi)東. 深基坑承壓水控制的設(shè)計(jì)方法與工程應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào),2008,30(S1):343-348.

Weng Q P, Wang W D. Design and application of control of confined groundwater in deep foundation pits[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2008,30(S1):343-348.

[2] 戴斌,王衛(wèi)東. 受承壓水影響深基坑工程的若干技術(shù)措施探討[J].巖土工程學(xué)報(bào),2006,28(S1):1659-1663.

Dai B, Wang W D. Discussions on technologies of deep foundation pit projects affected by confined water[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2006,28(S1):1659-1663.

[3] 劉國彬,王衛(wèi)東. 基坑工程手冊(第2版)[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

Liu G B, Wang W D. Foundation pit engineering handbook (secondedition)[M]. Beijing：China Architecture & Building Press, 2009.

[4] 陽吉寶,張春波,谷遠(yuǎn)朋,等. 基于蒙特卡洛方法的基坑抗突涌穩(wěn)定性分析[J]. 上海國土資源,2014,35(3):78-81.

Yang J B, Zhang C B, Gu Y P, et al. Analysis of the heave-piping stability of foundation pits based on a Monte-Carlo method[J]. Shanghai Land & Resources, 2014,35(3):78-81.

[5] 黃鑫磊,何曄,占光輝. 深基坑減壓降水設(shè)計(jì)優(yōu)化與止水帷幕隔水效應(yīng)分析[J]. 上海國土資源,2014,35(2):25-27,61.

Huang X L, He Y, Zhan G H. Analysis of the optimization of deepfoundation pit dewatering design and the effect of a waterproof curtain[J]. Shanghai Land & Resources, 2014,35(2):25-27,61.

Selection and design of a waterproof barrier for a deep foundation pit in the Huangpu River

YANG Ji-Bao, DONG Lin-Bing
(Shanghai Construction Design and Research Institute Co. Ltd., Shanghai 200050, China)

The characteristics of a buried confined aquifer (depth and thickness) in the Huangpu River area, located near Shanghai, must be determined, as the aquifer must be isolated from deep foundation pits extending to a depth of three or more floors. Based on two engineering examples in the Huangpu River area, this study addressed the selection and design of a waterproof barrier. Different design criteria are recommended, and accompanied by a discussion of economic factors, feasibility of construction, and analysis of the complexities of quality control, to provide a reference for engineering of similar deep foundation pits in the future.

deep-foundation pit engineering; foundation pit dewatering; waterproof curtain; design and type-selection; confined aquifer

P641.2；TU46+3

A

2095-1329(2015)03-0071-04

10.3969/j.issn.2095-1329.2015.03.016

2015-07-15

2015-08-08

陽吉寶(1965-),男,博士,教授級高級工程師,主要從事巖土工程勘察與設(shè)計(jì)研究.

電子郵箱: yjbao2005@163.com

聯(lián)系電話: 021-62135931

上海建工集團(tuán)科研項(xiàng)目