水平封底止水在深厚承壓含水地層基坑中的應(yīng)用效果分析

劉新創(chuàng)（上海黃浦江大橋建設(shè)有限公司，上海 200090）

在深厚承壓含水地層深基坑中，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)往往不能將承壓水隔斷或隔斷承壓含水層不經(jīng)濟(jì)，這樣的基坑一般稱為懸掛式止水帷幕基坑。這樣的基坑止水帷幕插入承壓含水層有一定深度，但并未將其隔斷，受圍護(hù)結(jié)構(gòu)的阻攔，在承壓含水層上部基坑內(nèi)外無水力聯(lián)系，下部承壓含水層連通，降壓井布置在基坑內(nèi)，降承壓水對(duì)基坑周邊環(huán)境仍有較大影響。如果這樣的基坑鄰近城市重要的建構(gòu)筑物，如何將降承壓水對(duì)周邊環(huán)境的影響盡量減小是一個(gè)值得研究的課題。在坑內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)下部采取水平封底止水措施形成“人工隔水層”隔斷深厚承壓含水層是該課題的一種解決辦法。但有采用高壓旋噴樁施工水平封底止水的失敗案例，基坑開挖過程中發(fā)生突涌現(xiàn)象，后增加降壓井才完成基坑施工。本文結(jié)合上海市軌道交通 14 號(hào)線歇浦路站橋下基坑水平封底止水措施在深厚承壓含水地層深基坑中的實(shí)踐，分析“人工隔水層”實(shí)際達(dá)到的隔水效果，以及取得的基坑變形控制及周邊環(huán)境保護(hù)的成果。

1 工程背景

歇浦路站位于楊浦大橋浦東段引橋下方，與引橋約 80°斜交，車站基坑由兩道封堵墻分為東、中、西三個(gè)坑，其中東坑和西坑已先行結(jié)構(gòu)封頂。位于引橋正下方的中坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與楊浦大橋引橋承臺(tái)之間平面最小凈距僅 3.91 m，基坑平面尺寸 48.2 m×23.8 m。引橋下部結(jié)構(gòu)為 7.4 m×7.4 m承臺(tái)，每個(gè)承臺(tái)下采用 8 根長 43 mФ1 000 mm 鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，橋墩為上有蓋梁的雙柱式橋墩，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力簡支 T 梁，橋下凈空約 34 m。

基坑開挖深度 22.4 m，坑底位于 ⑤1-2 粉質(zhì)粘土層，地質(zhì)及水文勘察報(bào)告顯示，⑧ 層（隔水層）缺失，⑦ 層和 ⑨層承壓含水層（⑦ 層和 ⑨ 層分別為上海地區(qū)第一和第二承壓含水層）連通，如圖 2 所示，承壓含水層深厚，1∶1 左右經(jīng)濟(jì)插入比的地墻不能將深厚承壓水層隔斷。

中坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻，其中東西兩側(cè)封堵墻為東坑和西坑施工時(shí)已完成的十字鋼板接頭地下連續(xù)墻，基坑南北兩側(cè)為此次實(shí)施的套銑接頭地墻（地墻施工前有槽壁加固），地墻厚度均為 1 m，墻深均為 55 m，存在 4 個(gè)新老地墻接頭。為了保證地墻的止水效果，在坑外增加墻縫止水施工，新老地墻接頭為全圓 MJS 止水，深度與地墻同深；普通套銑接頭為半圓 MJS 止水，深度為地面至坑底以下 6 m。

坑內(nèi)設(shè)有兩排共 14 根立柱兼抗拔樁，采用坑底以下 35 m 長Ф850 mm 鉆孔灌注樁，內(nèi)插型鋼格構(gòu)柱?？觾?nèi)加固采用Ф850 mm @ 600 mm 三軸攪拌樁裙邊＋抽條形式，加固深度為第三道混凝土支撐底至坑底以下 2.2 m，裙邊寬度8 m?；釉O(shè)七道支撐，其中第一、三、五道為混凝土支撐，其余為鋼支撐，第六道為Ф800 mm（t = 20 mm）鋼管支撐，其余鋼支撐為Ф609 mm（t = 16 mm）鋼管支撐，鋼支撐與地墻間設(shè)型鋼圍檁，鋼圍檁與地墻間縫隙填高強(qiáng)無收縮灌漿料，且所有鋼支撐均采用軸力伺服系統(tǒng)。

2 水平封底止水

為了將坑內(nèi)降承壓水對(duì)楊浦大橋引橋的影響盡量降低，在中坑坑內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部采取水平封底止措施，以在深厚承壓含水層中形成人工隔水層，以期達(dá)到地墻隔斷承壓含水層的目的。水平封底止水的施工采用 N-Jet 工法，厚度 4 m，為了防止施工對(duì)墻趾造成擾動(dòng)，在墻趾以上 2 m至 6 m 的位置設(shè)置，樁徑Φ2 400 mm @ 1 400 mm，梅花形布置。N-Jet 工法適用于砂性土成樁，具有噴射壓力大，可成樁直徑大，可成樁深度大，噴漿流量大等特點(diǎn)，可以說是加強(qiáng)版的高壓旋噴樁。理論上來講水平封底止水的厚度越厚，止水效果越好。

水平封底止水帷幕施工時(shí)須保證每個(gè)樁位放樣準(zhǔn)確、保證單樁質(zhì)量、保證引孔的垂直度，只有這樣才能確保樁與樁之間有效搭接，水平封底止水帷幕才能形成一個(gè)整體，起到隔斷承壓水的效果。

3 降水試驗(yàn)情況

中坑內(nèi)共布置 4 口降壓井，分別為 N 1～N 4，井深 42 m；坑外布置 4 口觀測井，編號(hào)W 1～W 4，井深 46 m。

中坑開挖前降水試驗(yàn)時(shí)，以 N1、N2 和 N3 作為抽水井，期間抽水井單井流量由初期 12 m3/h 逐步減少到 2 m3/h，甚至出現(xiàn)斷流，坑外水位觀測井最大降深為 0.3 m，而西坑和東坑降水試驗(yàn)時(shí)坑外水位觀測井最大降深分別為 1.18 m和1.9 m，中坑的坑外水位最大降深遠(yuǎn)小于東坑和西坑的坑外水位最大降深。

東中西坑降水試驗(yàn)停抽后，坑內(nèi)觀測井 10 min、30 min和 60 min 的恢復(fù)比率對(duì)比如表 1 所示。從降水試驗(yàn)坑外水位最大降深及停抽后坑內(nèi)水位恢復(fù)比率對(duì)比可知，有水平封底止水帷幕的中坑有明顯的阻斷承壓水垂直補(bǔ)給的效果。

表1 東中西坑坑內(nèi)觀測井恢復(fù)比率對(duì)比表

4 降壓井運(yùn)行情況及止水效果分析

中坑開挖期間降壓井的抽水高峰期會(huì)出現(xiàn)斷流，期間對(duì)坑外水位觀測井進(jìn)行同步觀測，水位降深最大 0.18 m，而西坑和東坑開挖期間坑外水位觀測井的最大水位降深為 1.44 m和 1.6 m，可知開挖期間中坑的坑外水位最大降深遠(yuǎn)小于開挖期間東、西坑坑外水位最大降深。

從中坑降水試驗(yàn)及降壓井運(yùn)行情況可知，水平封底止水帷幕起到了很好的阻斷承壓水的效果，但基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和水平封底止水帷幕并未將承壓水完全隔斷，仍然存在坑外承壓水向坑內(nèi)補(bǔ)給的通道，在坑內(nèi)降壓井內(nèi)僅僅疏干尚不能保證基坑的安全，需要通過坑內(nèi)降壓井內(nèi)持續(xù)不斷的降水，保證基坑的安全。可能的補(bǔ)給通道有兩個(gè)，一個(gè)是水平封底止水帷幕本身存在薄弱環(huán)節(jié)，形成補(bǔ)給通道；另一個(gè)是圍護(hù)結(jié)構(gòu)存在薄弱環(huán)節(jié)，可能在墻身（可能性較?。部赡茉趬p（因墻縫 MJS 止水未覆蓋整個(gè)墻深）。

5 基坑施工對(duì)大橋的影響分析

基坑開挖過程中遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則，開挖時(shí)快挖快撐，限時(shí)完成混凝土支撐，按需抽降承壓水。

因坑內(nèi)加固疊加了 N-Jet 翻漿可能對(duì)坑內(nèi)土體的加固，開挖面土體的含水率不大，基本呈粉土狀。

截至基坑底板澆筑完成，地墻測斜最大累計(jì)值為22.57 mm，位于基坑長邊中部，僅略大于 1‰ H（H 為基坑開挖深度）對(duì)應(yīng)的 22.4 mm，遠(yuǎn)小于 1.4‰ H 對(duì)應(yīng)的31.36 mm。截至基坑結(jié)構(gòu)封頂，地墻測斜最大累計(jì)值略有減小，約為 21 mm。基坑北側(cè)橋墩最大沉降量為 5.33 mm，基坑南側(cè)橋墩最大沉降量為 4.33 mm，均遠(yuǎn)＜ 20 mm 的報(bào)警值；橋墩橫縱向水平位移均＜ 5 mm 的報(bào)警值，橋墩傾斜均＜ 2.5‰ 的報(bào)警值。截至基坑結(jié)構(gòu)封頂，基坑兩側(cè)橋墩最大沉降量穩(wěn)定在 7.5 mm 左右，橋墩水平位移和傾斜均未超過報(bào)警值。基坑施工對(duì)大橋的影響小。

6 結(jié) 語

可以說水平封底止水帷幕在上海軌道交通 14 號(hào)線歇浦路站取得了成功，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和水平封底止水帷幕很好地阻斷了深厚承壓含水層，基坑變形較小，將坑內(nèi)降承壓水對(duì)楊浦大橋浦東段引橋的影響控制在較小的范圍內(nèi)。水平封底止水帷幕成功的經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)化建議總結(jié)如下，以期為今后類似工程借鑒。

（1）基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和水平封底止水帷幕的質(zhì)量，關(guān)系到隔斷或阻斷深厚承壓含水層的效果，在保證每個(gè)樁位放樣精度、單樁質(zhì)量及樁位引孔精度的前提下，現(xiàn)有施工工藝完成的水平封底止水帷幕可以達(dá)到較好的阻斷承壓水的效果；

（2）柔性接頭地墻的整體性及墻縫本身的阻水效果不如剛性接頭地墻，建議采用剛性接頭地墻，一方面剛性接頭墻縫本身的止水效果好，另一方面剛性接頭地墻在鋼支撐施工時(shí)可省去鋼圍檁及充填高強(qiáng)灌漿料，可縮短架設(shè)鋼支撐的時(shí)間，有利于基坑變形控制及周邊環(huán)境的保護(hù)。若采用柔性接頭地墻，墻縫止水措施要至少覆蓋至水平封底止水帷幕的底。

（3）不能單純依靠水平封底止水，仍需在坑內(nèi)布置降壓井，但降壓井底需在水平封底止水帷幕之上。