“五面围封”原理在临江深基坑地下水控制实施与监测中的应用

“五面围封”原理在临江深基坑地下水控制实施与监测中的应用

江荣威  ,聂明明

中国一冶集团有限公司  湖北武汉  430000

摘要：本文结合武汉市武昌滨江地下空间环路工程实例，详细阐述了止水帷幕与管井降水相结合，加之合理设置的内支撑能够有效提高基坑安全性和有效控制基坑变形等内容，提出了“五面围封+管井按需减压”的地下水控制方法，希望给相关工程提供一些借鉴。

关键词：临江深基坑  地下水控制  五面围封  实施与监测

一、引言

随着城市化的飞速发展，基于地理优势及环境规划，沿江城市在临江区域开发力度较为广泛，涌现出越来越多的深基坑工程项目。临江深基坑区域独特的地质水文情况造就基坑水位与江河水力变化联系密切，此外施工过程受到潮汛影响，这对临江深基坑工程的安全性提出了更严格的要求。基坑工程发生问题的原因多与降水措施不当或重视不够有关，为充分确保深基坑安全稳定，提供安全的施工作业环境，研究临江深基坑工程的地下水控制方式有重要的实际意义。

二、工程概况

2.1基本情况

武汉市武昌滨江地下空间环路工程位于武汉市武昌区滨江商务区，环路主线沿市政道路下方布置，标准断面采用单向三车道规模，逆时针交通组织，首位闭合形成环路，结构整体标高位于地下2层。

以工程实例中主线ZXK2+465.000～ZXK2+638.000段基坑作研究对象，该基坑东临秦园路延经二路向西，南北两侧分别为华夏幸福在建地块。基坑沿纵向坡度开挖深度为11.00m～15.70m（±0.00=24.00m），基坑全长173.6m，宽度13.1～28.1m，总开挖面积3500㎡。基坑距武昌长江干堤边约250m，本深基坑的重要性等级为一级。

2.2工程地质条件

根据岩土工程详细勘察报告，该场地地貌上属长江Ⅰ级阶地。在勘探深度范围内所分布的地层如下：表层分布杂镇土(Qml)，其下地层主要为第四系全新统冲积成因(Q4al)粘性土、粘性土夹粉土、砂土层，下伏基岩主要有白垩-下第三系(K- E)的砾岩，志留系(S)的泥岩、细砂岩。

“五面围封”原理在临江深基坑地下水控制实施与监测中的应用

图1 基坑地质勘察剖面图

2.3水文条件

本工程基坑位于禁脚地线至堤身线300米范围内。地下水类型主要有上层滞水、承压水和基岩裂隙水，与长江水力联系非常紧密，每年5月~10月为长江汛期，基坑水位变化受长江的水位变化影响较大。其中，上层滞水主要赋存于部分地段的杂填土中，水位、水量随季节变化，一般可疏干，水位标高为19.21~25.47米；承压水主要赋存于下部互层土和砂土层中，水位变化受长江的水位变化影响较大，变化幅度为4~8m，水量较大；基岩裂隙水主要赋存于深部的基岩裂隙中，其透水性及富水性具有各向异性和不均匀性等特征，基岩裂隙水与第四系砂性土层承压水有一定联系。

本项目与长江堤防关系图如下所示：（红色填充区域为本段基坑）。

图2 长江堤防关系图

三、地下水控制设计方案

3.1设计思路

根据工程地质、水文条件及现场实际情况，考虑工程安全、环境与水资源保护和经济效益，贯彻“按需降水，动态控制”的原则，地下水控制设计方思路如下：

基坑在开挖工程中，为了形成一个稳定、无水的施工环境，保证基坑的安全性与稳定性，不发生管涌、坑底突涌等破坏情况，需采取符合工程实施要求的地下水控制措施。目前地下水控制的主流方法主要有三种：止水帷幕隔水、管井降水与其组合形式。经地质勘察及设计验算，本工程采取“五面围封+按需减压”的地下水控制方案，即基坑两侧三轴搅拌桩止水帷幕，基底三轴搅拌桩封底加固，管井疏干、减压。

具体设计参数：

1、三轴搅拌桩止水帷幕采用φ850@600 ，桩间设计咬合量为 250mm，桩长30m，套接一孔法施工。

2、三轴搅拌桩基底加固采用φ850@600 ，桩间设计咬合量不小于 250mm，相邻错开。封底厚度根据《基坑工程技术规程》（DB42T159）进行抗承压水突涌验算，取6.5m。

3、基坑设置降水井的目的是降低下部承压水水头，基坑不发生突涌。根据计算所得，设计11口井。降水井沿主线设计轴线错位对称布置，有利于降低基坑降水对围护结构的影响，保证围护结构强度，观测井布置在基坑外侧两边。降水井单节总长度35m，自下而上分别为1m沉淀管段、21m花管段、13m实管段，流量50~80T/h。

图3 止水帷幕、支护桩与封底加固咬合示意图

3.2方案模拟验证

通过有限元分析软件进行模拟基坑降水以及开挖、架撑的过程，分析基坑在降水后，基坑施工所带来的基坑变形，水头变化等情况，从而得出五面围封体系在临江深基坑施工中运用的可行性。基坑工程考虑以下3种施工工况，即：

①第一道内支撑施工完成后，基坑土方开挖至第二道内支撑底部；

②第二道内支撑施工完成后，基坑土方开挖至环路主线基底；

③局部泵房等部位开挖至基底。

表2 通过有限元分析各工况位移统计表

由表2可知开挖过程中，基坑沉降与基坑位移均满足规范《建筑基坑工程监测技术规范》要求。水平支撑采用钢支撑、混凝土支撑能够很好地控制基坑水平向的位移，从而避免基坑两侧的土向基坑内产生过大的变形，同时基坑封底也能有效控制基坑底部的沉降量。另外，通过总水头图可以分析出止水帷幕与封底在隔渗方面有突出作用，结合坑内管井降水措施，能使基坑处于干燥、稳定的施工环境中，同时能保证基坑在汛期可以进行无水施工作业，也能有效控制基坑变形。

3.3设计结论

综合防水方法由“围护结构防水体系＋主体结构防水体系”组成。围护结构防水体系提供短期防水功能，通过“三轴搅拌桩悬挂式止水帷幕＋钻孔灌注桩支护桩＋基坑底部三轴搅拌桩满堂加固＋桩间挂网喷锚”等组合工艺，为地下主体结构施工提供一种“上部开放，其余五面闭合密封”的立体作业空间，基坑内采用管井减压、疏干，同时地面设置截水墙、排水沟，基坑明水利用排水沟+集水井进行抽排。

四、施工工艺

4.1基坑围护施工

基坑围护结构包含钻孔灌注桩支护桩、格构柱等竖向支撑结构及混凝土支撑、钢支撑等水平支撑结构，钻孔灌注桩桩径φ800/1000，格构柱采用L200*20mm角钢拼装焊接，水平支撑为混凝土支撑与钢支撑。其中，三轴搅拌桩采用套接一孔法的施工方式，依靠重复套钻来保证墙体的连续性和接头的施工质量，以达到止水的目的。工艺流程见下图：

图4 三轴搅拌桩施工工艺流程图

图5 套接一孔法施工顺序

4.2降水系统施工

降水井施工工艺流程：井点放样→钻进成孔→破壁换浆→下滤管→洗井→成井验收。施工流程如图5：

图6 降水井施工流程图

五、基坑监测

基坑工程施工开始前应进行周边环境的调查及鉴定工作；基坑工程施工和使用期内，每天均应由专人对支护结构、地下水位、施工情况、周边环境、监测设施等进行巡视检查，并做好记录。基坑监测工作应持续至主体结构全部施工完毕且覆土回填完成后方可结束。基坑边缘以外2倍基坑开挖深度范围（在管井降承压水的情况下，应将范围扩大到降水影响范围之外）内需要保护的周边环境（建构筑物、地下管线、城市道路、公铁隧道、轨道交通）应作为重点监测对象。

本工程主要监测对象包括：支护结构内力及变形；基坑内外地下水状况；基坑底部与周围土体；地下管线及邻近设施；临坑边城市主要道路。

表3 各监测项目预警值表

注：当同一监测项目按照上面规定取值不同时，取较小值（即从严控制）。

5.1基坑水位监测

结合长江水位，记录并分析基坑工程地下降水的状况与发展的趋势，来判断是否需要调整后续降水措施。预测可能出现的不良地质影响，及时建议与指导采取合适的防护措施。图6是对经二路ZXK2+465~ZXK2+638段基坑连续35天的基坑水位监测与长江水文网汉口长江水位的变化分析（相应高程系已转换）。

图7 基坑水位变化监测

5.2基坑变形监测

当土方挖至设计标高后，根据最新的第三方监测成果评价报表显示：

①基坑各向桩顶水平位移累计最大变化量为5.9mm，满足设计要求。

②基坑各向桩顶竖向位移累计最大变化量为8.89mm，满足设计要求。

③在基坑便道、周边建筑物附近布点观测沉降量的变化，结果表明地表沉降的累计最大变化量为7.62mm，满足设计要求。

图8 基坑变形监测

六、结论

论文以武昌滨江核心区地下空间环路经二路临江深基坑为研究对象，通过有限元分析软件模拟基坑降水过程，证实“五面围封体系”为主，井管疏干、减压为辅的地下水控制方案能够起到有效止水的作用，结合坑内降水的措施，可以保障基坑进行无水施工作业，有效控制变形与破坏，从而提高了基坑施工过程的安全性与稳定性。本临江深基坑工程面积和深度均较大，地质条件和周边环境复杂，工程实践证明本地下水控制方案的设计与施工是成功的，希望对同类或相似工程建设有一定参考价值。

参考文献：

【1】赵志缙、应惠清主编．简明深基坑工程设计施工手册．北京：中国建筑工业出版社，2000.

【2】刘建杭、侯学渊主编．基坑工程手册．北京：中国建筑工业出版社，1997.

【3】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（S1):63-68.

【4】陶宏亮，武汉地区长江Ⅰ级阶地深基坑工程地下水控制方法研究[D].武汉：中国地质大学,2021.

【5】颜敬，王树峰，等。武汉滨江核心区地下空间环路工程设计与施工技术［J］.施工技术（中英文），2022，51（7）44-48.