半落底半懸掛式地連墻在某緊鄰地鐵深基坑中的應(yīng)用

劉秀珍 閤 超

（1. 中機(jī)三勘巖土工程有限公司，湖北武漢 430000；2. 武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北武漢 430000）

0 引言

根據(jù)武漢市建委規(guī)定，一級(jí)階地防控區(qū)內(nèi)或鄰近一級(jí)階地防控區(qū)的建筑工程設(shè)置三層及以上地下室或基坑開(kāi)挖深度大于等于16 m，且需進(jìn)行疏干降水時(shí)，應(yīng)采用落底式止水帷幕或落底式地下連續(xù)墻[1]。落底是要求止水帷幕應(yīng)穿過(guò)含水層進(jìn)入下臥完整的隔水層2～3 m，并配合一定數(shù)量的抽水井，抽排封閉基坑內(nèi)及滲入帷幕內(nèi)側(cè)的地下水流[2]。武漢長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地的水文地質(zhì)特點(diǎn)是：地層組合具有典型的二元結(jié)構(gòu)，即上部以黏性土為主，下部為砂類土及卵礫石層，下部砂、礫卵石層具有顆粒上細(xì)下粗的沉積韻律，其透水性由上至下呈規(guī)律性增大；地下水類型分布，淺部有潛水或上層滯水，下部為承壓水。承壓水具有強(qiáng)滲透、高壓水頭且與長(zhǎng)江同步漲落的直接水力聯(lián)系。一旦進(jìn)行基坑降排水，形成局部滲流場(chǎng)，必然呈現(xiàn)承壓水向上滲流為主、水平滲流為輔的狀態(tài)[3]。

實(shí)踐中，基坑地下水控制措施往往因具體工程條件而異[4-8]。究竟是“以降疏為主，封堵為輔”還是“以封堵為主，降疏為輔”，范士凱認(rèn)為全封閉帷幕是一把雙刃劍，基坑重大事故大多屬于滲透破壞（流砂、管涌、突涌），其后果遠(yuǎn)比固結(jié)沉降嚴(yán)重。所以，地下水控制首要目標(biāo)是防止?jié)B透破壞，其次才是固結(jié)沉降[3]。此外，關(guān)于止水帷幕插入深度、懸掛或落底帷幕條件下基坑涌水量的計(jì)算方法以及隔滲效果等問(wèn)題，也有相關(guān)研究[9-15]。

筆者對(duì)文獻(xiàn)[3]的觀點(diǎn)深以為然。對(duì)于下臥隔水層埋藏很深的基坑，采用落底式帷幕造價(jià)過(guò)于高昂。受限于設(shè)備能力，對(duì)于需要穿越深厚砂卵石含水層的帷幕，施工上往往難以實(shí)現(xiàn)，即便帷幕深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量上卻難以達(dá)到隔滲要求，往往事倍功半，甚至徒勞無(wú)益。

本文結(jié)合武漢市某深基坑工程地下水控制實(shí)例，提出了半落底、半懸掛式隔滲帷幕的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步印證了方案的合理性，節(jié)約了工期及造價(jià)，可為類似工程提供參考。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于武漢市江漢區(qū)青年路，范湖地鐵站西側(cè)，該項(xiàng)目設(shè)三層地下室，基坑深度14.6 m，基坑豎向投影面積約12465 m2，周長(zhǎng)約456 m。

基坑北側(cè)距離用地紅線約3.9～17.6 m，紅線外是待建工地；東側(cè)紅線外15 m 范圍內(nèi)是市政排水走廊，紅線外20 m 是青年路（城市主干道），地下室外墻線距離武漢地鐵2 號(hào)線軌道交通安全保護(hù)線約9.5～15.8 m；南側(cè)紅線外為范湖路（城市次干道）；西側(cè)距離用地紅線約12.4～15.0 m，紅線外是在建三層地下室基坑，樁撐支護(hù)結(jié)構(gòu)?；又苓叚h(huán)境見(jiàn)圖1，基坑支護(hù)全景見(jiàn)圖2。

圖1 基坑周邊環(huán)境圖

圖2 基坑支護(hù)全景實(shí)拍圖

2 工程地質(zhì)情況

工程場(chǎng)地位于武漢市漢口城市中心，地貌上屬長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地。基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)的巖土層分布及物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。本場(chǎng)地地下水類型分為二類：一類為賦存于（1）填土層中的上層滯水，一般受大氣降水、地表排水滲透補(bǔ)給；另一類為賦存于（3）-（4）層砂類土中的孔隙承壓水，與長(zhǎng)江具有水力聯(lián)系，受長(zhǎng)江水位影響較大，勘察期間，測(cè)得承壓水位埋深3.70 m，對(duì)應(yīng)標(biāo)高16.97 m。

3 基坑支護(hù)難點(diǎn)及設(shè)計(jì)對(duì)策

3.1 基坑支護(hù)難點(diǎn)

本項(xiàng)目基坑工程呈現(xiàn)以下特點(diǎn)及難點(diǎn)。

（1）周邊環(huán)境嚴(yán)峻：一倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)有地鐵保護(hù)線、重要排水走廊、市政管網(wǎng)等。需確?；娱_(kāi)挖和存續(xù)期間地鐵等市政設(shè)施變形滿足相關(guān)要求。

（2）地層條件復(fù)雜：項(xiàng)目位于長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地，基坑側(cè)壁分布淤泥質(zhì)土，成樁成墻過(guò)程中極易塌孔。

（3）地下水豐富：基坑涉水且下臥含水層深厚，降排水問(wèn)題需要考慮充分。

3.2 設(shè)計(jì)方案

從計(jì)算角度出發(fā)，本基坑可采用地連墻（三墻合一）+內(nèi)支撐支護(hù)體系，輔以基坑降水；或采用支護(hù)樁+止水帷幕+內(nèi)支撐支護(hù)體系，輔以基坑降水。但圖審以及地鐵評(píng)價(jià)都對(duì)本基坑提出了更高要求，要求設(shè)置落底式止水帷幕，輔以坑內(nèi)降水，控制降水量以減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。通過(guò)調(diào)查周邊工地的降水、出水量情況，采取以下方案：

（1）臨近車站及區(qū)間隧道一側(cè)加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度，設(shè)計(jì)中采用地連墻支護(hù)；

（2）臨近車站及區(qū)間隧道一側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用落底式地下連續(xù)墻，且進(jìn)入中等風(fēng)化巖層不小于1 m，以確保隔水的效果，并盡量減小基坑降水對(duì)外環(huán)境的影響；

（3）采取措施確保地連墻施工過(guò)程中不發(fā)生塌孔事故，加強(qiáng)地下連續(xù)墻墻身止水，確保該側(cè)不發(fā)生涌水漏砂事故。

針對(duì)以上意見(jiàn)，形成方案如下：臨地鐵側(cè)（東側(cè)）采用落底式地下連續(xù)墻，進(jìn)入（6-2）中等風(fēng)化砂巖不小于1 m，墻體豎向長(zhǎng)度約44 m，且平面布置上落底連續(xù)墻向南北兩側(cè)各延伸15 m；其余側(cè)采用懸掛式地下連續(xù)墻（根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算要求墻底僅進(jìn)入（3-4）細(xì)砂層，墻體豎向長(zhǎng)約23 m）支護(hù)；為確保地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，墻兩側(cè)采用三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行槽壁加固預(yù)處理，亦可作為地連墻槽段接頭處防滲措施。水平支護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)基坑形狀設(shè)置2 層圓環(huán)支撐。支護(hù)剖面見(jiàn)圖3、圖4。

圖4 其余側(cè)支護(hù)剖面圖（單位：mm）

由于不是全封閉式降水，依然按規(guī)范[2]推薦的大井法理論計(jì)算基坑涌水量，故降水井?dāng)?shù)量按常規(guī)設(shè)計(jì)，未進(jìn)行折減。本項(xiàng)目一共設(shè)計(jì)19 口降水井，6 口觀測(cè)井兼?zhèn)溆镁?/p>

4 工程實(shí)效

4.1 地下水控制情況

本項(xiàng)目跨汛期施工，降水高峰期一共開(kāi)啟12 口井即可確保坑底干作業(yè)施工，開(kāi)啟井?dāng)?shù)只用到了設(shè)計(jì)數(shù)量的64%。分析原因有二：周邊多基坑在同時(shí)施工，實(shí)際涌水量沒(méi)有設(shè)計(jì)值大；部分落底式帷幕減少了地下水側(cè)向補(bǔ)給。

4.2 基坑監(jiān)測(cè)成果

基坑施工期間設(shè)置了多項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容，其中地下連續(xù)墻深層水平位移最大值為15.18 mm，出現(xiàn)在基坑南側(cè)，而靠近地鐵側(cè)（東側(cè)）地連墻的深層水平位移最大值為12.54 mm；邊坡豎向沉降最大值為14.97 mm，出現(xiàn)于基坑西側(cè)，而靠近地鐵側(cè)（東側(cè)）豎向最大沉降為12.95 mm；周邊道路沉降最大值為10.93 mm，出現(xiàn)在基坑?xùn)|南角市政次干道上，靠近地鐵側(cè)道路最大沉降為10.91 mm；靠近地鐵側(cè)基坑土體分層沉降最大值為5 mm；地鐵區(qū)間收斂位移監(jiān)測(cè)最大值為2.2 mm；地鐵道床沉降監(jiān)測(cè)最大值為2.41 mm，道床水平位移監(jiān)測(cè)最大為2.7 mm。以上所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變形量及變形速率均滿足要求，基坑在施工期間未產(chǎn)生異常變形，支護(hù)效果良好。部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目時(shí)程曲線圖見(jiàn)圖5-圖9。

圖5 地下連續(xù)墻水平位移時(shí)程曲線圖

圖6 基坑周邊道路沉降時(shí)程曲線圖

圖9 地鐵道床水平位移時(shí)程曲線圖

值得關(guān)注的是，分析了落底式和懸掛式止水帷幕（地連墻）基坑區(qū)域兩部分的地面沉降、墻頂水平、豎向位移數(shù)據(jù)及周邊道路沉降等，并未發(fā)現(xiàn)止水帷幕形式的不同引起基坑變形規(guī)律存在區(qū)域性較顯著差異。相對(duì)于懸掛式止水帷幕區(qū)域，落底式止水帷幕基坑區(qū)域的地面最大沉降僅減少15%左右（且數(shù)據(jù)較為離散），而周邊道路沉降最大值基本相近。上述變形均在本基坑沉降允許范圍內(nèi)（靠地鐵側(cè)30 mm，其余側(cè)40 mm）。

圖7 地鐵區(qū)間收斂時(shí)程曲線圖

圖8 地鐵道床沉降時(shí)程曲線圖

5 結(jié)論

本案例采用半落底半懸掛式帷幕（地下連續(xù)墻），結(jié)合坑內(nèi)降水，成功解決了地下水抽降對(duì)周邊環(huán)境的影響問(wèn)題。主要結(jié)論如下：

（1）落底式和懸掛式止水帷幕（地連墻）區(qū)域的基坑變形差異性并不顯著。相對(duì)于懸掛式止水帷幕區(qū)域，落底式止水帷幕基坑區(qū)域的地面沉降減少15%左右，但整體沉降量均較小，均在地鐵和周邊環(huán)境對(duì)沉降及變形的控制范圍內(nèi)。

（2）在三層地下室深基坑中帷幕采用部分落底（滿足地鐵相關(guān)要求），部分不落底，“以降疏為主，封堵為輔”的地下水治理理念，在確保安全的前提下，與全落底式帷幕相比可取得更大的經(jīng)濟(jì)收益。