懸掛式超深三軸止水帷幕在環(huán)境敏感條件下超深基坑中的應(yīng)用

鄔喜春

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心江蘇總隊(duì)，江蘇 南京211135）

0 引言

近年來，地下空間的發(fā)展迅速，出現(xiàn)了越來越多的大、深基坑工程，不僅出現(xiàn)了各種先進(jìn)的基坑支護(hù)工法、工藝，同時(shí)也出現(xiàn)了一批先進(jìn)的基坑止水工藝。

隨著深基坑支護(hù)工程的發(fā)展，深度超過30 m的超深三軸水泥土攪拌樁止水帷幕成為了深層承壓水控制的有效措施，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在深厚的透水性較好的地層條件下，可靠的止水體系是基坑施工的關(guān)鍵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有70%以上的基坑工程事故是因?yàn)樗苯踊蜷g接造成的。

本文結(jié)合具體工程實(shí)例，介紹了懸掛式超深三軸止水帷幕的應(yīng)用情況，并驗(yàn)證了懸掛式超深三軸止水帷幕在地質(zhì)條件復(fù)雜和周邊環(huán)境敏感的條件下，用于挖深超過15 m的超深基坑工程中的可行性和可靠性。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

基坑項(xiàng)目位于南京市某交叉口東南角，設(shè)有滿堂3層地下室?；娱_挖面積約6 000 m2，支護(hù)周長(zhǎng)約365 m?！?.00為7.15 m（吳淞高程），設(shè)計(jì)室外地坪標(biāo)高6.5～6.7 m（吳淞高程），場(chǎng)地整平至相對(duì)標(biāo)高-0.85 m，地下室底板結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高為±0.00以下13.35 m，大部分承臺(tái)高為1.8 m，基坑大部分挖深約為14.50 m，坑中坑部分最深挖深約為15.60 m。

1.2 基坑周邊環(huán)境

北側(cè)：基坑邊距用地紅線最近處約7.0 m，紅線內(nèi)有管道，最近處距基坑邊約為6.6 m，紅線外是南湖東路，路對(duì)面有5～6層的多層住宅，最近處距基坑邊約為33 m。

南側(cè)：基坑邊距用地紅線最近處約7.7 m，紅線內(nèi)有管道，最近處距基坑邊約為9.4 m，紅線外是4～5層的多層住宅（屬危房，敏感性建筑），最近處距基坑邊約為18 m。

西側(cè)：基坑邊距用地紅線最近處約5.2 m，紅線內(nèi)有管道，最近處距基坑邊約為3.8 m，紅線外是文體西路，路對(duì)面有多層住宅，最近處距基坑邊約為20.2 m。

東側(cè)：基坑邊距用地紅線最近處約6.3m，紅線外有管道，最近處距基坑邊約為7.6 m，且紅線外是文體路，路對(duì)面是南湖東路，最近處距基坑邊約為37.0 m。

1.3 工程地質(zhì)概況

場(chǎng)地內(nèi)原為民宅和商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，拆遷整平后的場(chǎng)地地形較為平坦，場(chǎng)地地貌屬長(zhǎng)江漫灘地貌單元。

各土層特征詳述自上而下描述如下：①-1層雜填土：松散，主要成分為建筑垃圾、碎石、碎磚等混粘性土，填齡小于10年，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度0.90～4.70 m。①-2層素填土：軟塑，主要成分為粉質(zhì)粘土混少量磚屑、植物根系等，填齡大于10年，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度0.40～2.10 m。②-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：流塑，土質(zhì)均勻，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度5.70～11.30 m。②-2層粉質(zhì)粘土～淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：軟塑～流塑，夾較多的薄層粉砂，局部與粉砂互層，具水平層理，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度3.90～22.90 m。②-3層粉砂與粉質(zhì)粘土互層：飽和，稍密～中密，粉質(zhì)粘土呈軟塑～流塑狀，具水平沉積層理，粉砂與薄層粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)土千層餅狀互層，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度6.60～21.20 m。②-4層粉細(xì)砂與粉質(zhì)粘土互層：飽和，中密～密實(shí)，具水平沉積層理，粉質(zhì)粘土呈軟塑狀，局部流塑，粉細(xì)砂與薄層粉質(zhì)粘土呈千層餅狀互層，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度5.30～16.70 m。③層粉質(zhì)粘土：軟塑，局部夾少量粉砂，場(chǎng)地內(nèi)局部分布，厚度1.30～10.10 m。④層中粗砂混卵礫石：飽和，中密狀，卵礫石主要為硅質(zhì)巖，含量約10%～30%，粒徑20～80 mm，次棱角狀，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度2.60～9.80 m。⑤-1層強(qiáng)風(fēng)化泥巖～粉砂質(zhì)泥巖：泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，厚度3.90～10.50 m。⑤-2層中風(fēng)化泥巖～粉砂質(zhì)泥巖：泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造，巖體較完整，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。該層未鉆穿，層面埋深63.80～68.50 m。

1.4 水文地質(zhì)概況

本場(chǎng)區(qū)對(duì)本工程有影響的地下水類型為松散巖類孔隙水（包括潛水、微承壓水）和基巖裂隙水，承壓水水位埋深為3.0 m，相應(yīng)水位標(biāo)高為3.60 m（表 1）。

表1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

由于本工程基坑開挖深度較大，場(chǎng)地承壓水水位較高，一旦控制不好，將對(duì)基坑產(chǎn)生不容忽視的影響，屬于重大風(fēng)險(xiǎn)源，要特別重視。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

2.1 支護(hù)形式

整個(gè)基坑采用混凝土排樁加三層混凝土支撐作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。臨路的東側(cè)、西側(cè)和北側(cè)采用Φ 1 000@1 200的灌注樁，南側(cè)臨近危房側(cè)采用Φ 1 100@1 300的灌注樁。冠梁頂標(biāo)高-1.85 m，第一層支撐軸心標(biāo)高-2.35 m，第二層支撐軸心標(biāo)高-6.55 m，第三層支撐軸心標(biāo)高-10.70 m，樁頂標(biāo)高-2.80 m?；觾?nèi)電梯井等深坑部位采用三軸攪拌樁進(jìn)行處理，承臺(tái)處放坡開挖。

2.2 地下水處理

基坑底以下主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土～粉質(zhì)粘土為主，該層滲透系數(shù)一般，為中透水層；該層以下為②-3粉砂與粉質(zhì)粘土互層，透水性較好，承壓水頭埋深為3.60 m?？觾?nèi)必須采取降水措施，否則坑底會(huì)發(fā)生突涌現(xiàn)象。

由于承壓含水層太厚，基坑挖深又深，普通的止水帷幕難以穿透承壓含水層形成有效的截水，目前較好的截水方法是采用TRD工法，但該工法費(fèi)用很高，工期較長(zhǎng)。經(jīng)過調(diào)查分析，雖然基坑周邊房屋較多，但多為6層左右，附近場(chǎng)地地質(zhì)條件比較均勻，差異沉降應(yīng)該較小，影響范圍內(nèi)多為粉土和砂土，降水半徑較大，但降水影響主要為均勻沉降。因此考慮采用懸掛式止水帷幕方案。

傳統(tǒng)的止水帷幕一般采用雙軸深攪樁和三軸深攪樁，根據(jù)國(guó)內(nèi)施工情況，雙軸深攪樁形成的止水帷幕不宜超過20 m，三軸深攪樁形成的止水帷幕不宜超過30 m，無法滿足設(shè)計(jì)45 m的止水帷幕深度要求。因此，選擇采用超深三軸深攪樁形成止水帷幕（圖 1）。

圖1 止水帷幕及降水井平面布置

綜上所述，本工程地下水控制設(shè)計(jì)采用超深懸掛式止水帷幕方案，既解決了基坑降水對(duì)周邊影響過大的難題，又不影響支護(hù)結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)減少了工程投資，節(jié)省了工期，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

施工中，沿基坑外圍單孔套打施工一圈Φ850@1 200的超深三軸深攪樁，坑內(nèi)采用管井進(jìn)行降水減壓，并在基坑外布置一圈回灌兼觀測(cè)井。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果

3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

本工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范和規(guī)程進(jìn)行，設(shè)計(jì)充分考慮到各巖土層的透水性或不透水性以及場(chǎng)地的其它巖土工程條件，并根據(jù)實(shí)際施工工況計(jì)算，按照最不利情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證基坑的安全。

計(jì)算基本條件：基坑最大挖深為15.60 m，②-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土透水性較差，屬弱透水地層，微承壓水含水層主要為②-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土～粉質(zhì)粘土，②-3層粉砂與粉質(zhì)粘土互層和②-4層粉細(xì)砂與粉質(zhì)粘土互層及④層中粗砂混卵礫石，②-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土～粉質(zhì)粘土頂標(biāo)高為-4.04 m（吳淞高程），底標(biāo)高為-30.90 m，承壓水水位標(biāo)高為 3.60 m（吳淞高程），±0.00為 7.15 m。

通過地勘資料，發(fā)現(xiàn)基坑底位于②-1與②-2層中，由此判斷基坑需進(jìn)行坑內(nèi)降水。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》按承壓水非完整井計(jì)算。

求得需要內(nèi)徑300 mm的井?dāng)?shù)17口，實(shí)取27口，降水井間距15 m左右，降水井井深為35 m與32 m兩種，坑中坑等較深部分布置深井，基坑開挖深度為2 m時(shí)開始減壓降水，并嚴(yán)格控制坑內(nèi)降水水位至每層開挖面下0.5～1.0 m，不得超降。

再根據(jù)下列公式進(jìn)行突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算，得到抗突涌安全穩(wěn)定系數(shù)為1.13，滿足規(guī)范要求。

3.2 實(shí)測(cè)結(jié)果

根據(jù)最終的基坑監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)顯示，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，支護(hù)樁樁頂最大水平位移為4.4 mm，最大沉降為7.0 mm，最大深層土體水平位移為30.48 mm。而基坑周邊沉降變形均較大，基坑周邊道路最大沉降超過10 cm，沉降影響范圍150 m以上，沉降較為均勻，路面基本沒有新增沉降裂縫；基坑周邊房屋最大沉降超過8 cm，房屋無新增裂縫，房屋沉降差約1‰，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

（1）懸掛式超深三軸可應(yīng)用于類似地質(zhì)的超深基坑中，當(dāng)周邊環(huán)境對(duì)變形控制不嚴(yán)格時(shí)，該法可有效控制地下水，減少投資，節(jié)省工期，提高工程效率。

（2）由于該法對(duì)周邊環(huán)境存在一定影響，采用該法前，應(yīng)對(duì)基坑周邊的地勘進(jìn)行了解，得到相關(guān)的變形控制要求。

（3）基坑南側(cè)的危房在降水引起的均勻沉降下，并未發(fā)生明顯變化，沒有產(chǎn)生對(duì)工程不利的影響。

（4）坑外回灌井的布置及回灌措施對(duì)保護(hù)周邊環(huán)境、減小周邊沉降有一定的作用，但在回灌時(shí)要做好及時(shí)監(jiān)測(cè)，避免回灌量過大而導(dǎo)致的反向不均勻沉降。

（5）為了減少坑內(nèi)降水對(duì)周邊環(huán)境的影響，施工時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的水位降深進(jìn)行降水，以避免超降引起的過大沉降或少降導(dǎo)致的施工困難等問題。