武汉某项目基坑工程地下水控制设计实践

武汉某项目基坑工程地下水控制设计实践

陈慧斌

中冶置业武汉有限公司 430081

摘要：本文结合武汉某项目，分析总结了结合等厚水泥土搅拌墙控制地下水的设计要点。通过计算，采用悬挂式止水帷幕（约35m）+坑内深井降压的地下水控制措施，相比落底式止水帷幕方案节省等厚水泥土搅拌墙方量约12600m³，节约投资约800万元，缩短工期约35天，确保项目在汛期前顺利竣工。在项目实施中，同时采用渠式切割(TRD)、双轮铣(SMC)和抓斗注浆三种工艺成墙，现场监测数据表明项目实施效果良好。

关键词：深基坑；等厚水泥土墙；地下水；悬挂式止水帷幕

1 引言

因城市的发展、土地资源的紧缺，住宅容积率日益提高，车位配比越来越高，建设超大地下空间项目成为发展趋势。地下水控制一直是武汉地区地下空间开发建设过程中的重点难点，武汉位于长江中游，为典型二元结构地层^[1]，典型地质剖面见图1。地下水主要分为三层，上部的潜水含水层、中部的弱透水层、下部的承压含水层。该地区存在较多不良地质现象，对地下水控制的工艺选择、设计及施工等多方面提出了较大挑战。本文结合武汉某项目，分析总结了结合等厚水泥土搅拌墙控制地下水的设计要点。

2 项目概况

本项目基坑面积达到51940m²，设有2层地下室，普遍开挖深度为8.05m,基坑重要性等级为一级^[2]。项目位于武汉临江段，距离长江南线500m范围内，项目场址与长江的最近距离为260m，地下水控制是本工程的重中之重。

3 场地地质条件

（1）岩土地质条件

本项目地貌单元属长江右岸Ⅰ级阶地，地形较平坦，地面标高变化在22.92～25.18m之间(依孔口高程计)，典型地层剖面详见图1。

图1 项目场地典型地层剖面

（2） 水文地质条件

项目场地地下水类型分为上部滞水、承压水及基岩裂隙水三种。

(1) 上部滞水：上部滞水赋存于场地内人工填土层（地层代号：①）中，勘察期间测其稳定水位在21.48~23.88m之间，大气降水是其主要的补给来源，水量较小。该类型水受降雨影响较大，水位变化幅度一般在0.5～1.0m之间。

(2) 承压水：承压水赋存于Ⅰ级阶地的砂层（地层代号：⑤1、⑤2、⑤3、⑥）中，该类型水量大，具承压性，与长江水有密切的水力联系，丰水季节，江水补给地下水，枯水季节，地下水补给江水，二者互补性强。勘察钻孔中钻探至粉细砂层一定深度后，以PVC套管隔住上部填土并抽水后，观测承压水上升情况，经过24小时后，承压水水头稳定在地面以下5.80m，相当于标高15.08m，属于长江低水位。并通过现场抽水试验计算得出，场地内砂层渗透系数K为16.50 m/d，影响半径R为200m。

(3) 基岩裂隙水：基岩裂隙水赋存于场地基岩裂隙之中，水量较小，勘察未测得其水位。

4 地下水控制方案

深基坑的地下水控制手段可分为两大类，即隔渗和降水，合理使用这两种手段，才能达到地下水控制的目的。具体实施方案一般可以分为3类：①开放式降水；②悬挂式止水帷幕+降水；③落底式止水帷幕+降水。

本工程场地地貌单元属长江右岸Ⅰ级阶地，承压水赋存于Ⅰ级阶地的砂层中，渗透系数较大，项目场址与长江的最近距离为260m，场地地下水量较丰富且与长江水联系密切，降水影响范围很广。基坑开挖已经揭露了承压水含水层，坑底抗突涌稳定性不满足要求。根据防洪评价及专家意见，若汛期到来时本项目的地下部分尚未竣工，则需立即停工并且回填基坑，待汛期过后再重新开挖施工，这将严重影响项目推进及后续楼盘销售，造成巨大经济损失。因此，本项目的地下部分必须力争在汛期前竣工。

由于本项目场地的砂砾层承压水层较厚（达到34~42m），如果按照防洪评价及专家意见采用落底式止水帷幕隔断全部承压水层，则止水帷幕深度需达到48~50m，该方案虽能确保达到降水效果，但该方案施工难度较大，所需工期较长，而且造价过于昂贵。

为了加快工期、节约工程成本，通过降水计算结合工程经验，本工程最终采用悬挂式止水帷幕+坑内深井降压的地下水控制方案，止水帷幕深度35m（图2），坑内一共布置47口疏干降压井和6口观测井兼备用井，所有真空深井深度均为30m，降水井平面布置详见图4。该方案相比落底式止水帷幕方案可以节省等厚水泥土搅拌墙方量约12600m³，节约投资约800万元，缩短工期约35天，确保项目在汛期前顺利竣工，保证楼盘按时销售，经济效果显著。

采用悬挂式止水帷幕方案既可确保坑内水位全部降至坑底以下（图3），又不引起周边道路显著沉降。本项目路面沉降自2017年1月10日开始到2017年07月05日共监测80次，在施工过程中，路面最大累积沉降量为12mm（D1测点）。本项目路面最大沉降速率及累积沉降量均未达到监测报警值。

图2 基坑支护结构剖面图

图3 水位降幅等值线图

5 止水帷幕施工工艺选型分析

传统搅拌桩、旋喷桩以及地连墙等常规止水帷幕运用已经非常广泛。当止水帷幕深度超过30m时，由于上述传统工艺存在着搅拌不均匀、不连续、接缝处漏水的缺陷，很容易发生涌水冒砂事故。近几年来，长江三角洲、江汉平原的多个城市开始尝试使用等厚水泥土搅拌墙，包括渠式切割(TRD^[3])、双轮铣(SMC^[4])和抓斗注浆^[5]等新工艺和新技术，取得了初步的成效。

等厚水泥土搅拌墙技术的主要优势有：①设备成墙深度深（最深可达到80m）；②适用地层范围广，适用于砂土、黏土、碎石及软岩；③接头处理方式可靠、垂直度高、均匀性好；④机械振动小，适用于敏感环境；⑤设备自动化程度高，成墙质量可靠。

本项目等厚水泥土搅拌墙原设计拟采用SMC工艺成墙，墙厚800mm，墙底埋深35m，水泥掺量18%~20%。由于本项目体量大、工期紧、双轮铣成槽机数量有限，为了保证工程进度，施工期间现场根据机械配备情况同时采用了TRD、SMC和抓斗注浆三种工艺分段施工墙幅。

目前本项目基坑部分已经顺利施工完毕，等厚水泥土搅拌墙实施效果良好，无渗透破坏事件发生，对周边环境未产生显著影响。

从本项目实施结果来看，三种工艺在止水效果上没有显著差别；抓斗注浆工艺施工速度最快，但综合单价比其他两种工艺略高；TRD在转角处施工较慢，但水泥土搅拌更均匀，成墙效果最优，在平直段施工速度优于SMC。

6. 结语

本文结合武汉实际项目，分析总结了结合等厚水泥土搅拌墙控制地下水的设计要点，主要结论如下：

（1）武汉地区长江Ⅰ级阶地因其巨厚的砂砾、卵石层及丰富的承压含水层，与长江密切的水力联系，地下水问题较为突出。

（2）武汉地区与本项目同等规模、条件相当的基坑采用悬挂式止水帷幕+坑内深井降压的地下水控制措施，可以在确保良好降水效果的同时控制对基坑周边环境的影响。悬挂式止水方案相比落底式止水方案可以节约造价、缩短工期，确保项目顺利进行。

（3）TRD、SMC、抓斗注浆等多种等厚水泥土搅拌墙工艺在砂砾、卵石层巨厚的复杂地质条件中，可发挥其成墙深度大、地层适应性强、连续性及均匀性好等优势，止水效果好，建议推广采用。其中，抓斗注浆工艺施工速度最快，TRD在转角处施工较慢，在平直段施工速度优于SMC。

参考文献

1. 范士凯, 杨育文. 长江一级阶地基坑地下水控制方法和实践[J]. 岩土工程学报, 2010, 32增1: 63-68.

2. 湖北省建设厅, 湖北省质量技术监督局. 深基坑工程技术规程(DB42-159-2004)[S].

3. 刘涛, 褚立强, 王建军, 等. TRD工法在复杂地层中的应用[J], 建筑施工, V36(8): 903-909.

4. 吴海艳, 林森斌. CSM工法在深基坑支护工程中的应用[J]. 路基工程, V2,2013: 168-173.

5. 林尚月, 张伟, 梁尔斌, 等. 高含水量超软土等厚度水泥土墙施工技术研究[J]. 施工技术, 2016, V45增: 60-65.