半落底半悬挂式地连墙在某紧邻地铁深基坑中的应用

刘秀珍 閤 超

（1. 中机三勘岩土工程有限公司，湖北武汉 430000；
2. 武汉地质勘察基础工程有限公司，湖北武汉 430000）

根据武汉市建委规定，一级阶地防控区内或邻近一级阶地防控区的建筑工程设置三层及以上地下室或基坑开挖深度大于等于16 m，且需进行疏干降水时，应采用落底式止水帷幕或落底式地下连续墙[1]。落底是要求止水帷幕应穿过含水层进入下卧完整的隔水层2～3 m，并配合一定数量的抽水井，抽排封闭基坑内及渗入帷幕内侧的地下水流[2]。武汉长江Ⅰ级阶地的水文地质特点是：地层组合具有典型的二元结构，即上部以黏性土为主，下部为砂类土及卵砾石层，下部砂、砾卵石层具有颗粒上细下粗的沉积韵律，其透水性由上至下呈规律性增大；
地下水类型分布，浅部有潜水或上层滞水，下部为承压水。承压水具有强渗透、高压水头且与长江同步涨落的直接水力联系。一旦进行基坑降排水，形成局部渗流场，必然呈现承压水向上渗流为主、水平渗流为辅的状态[3]。

实践中，基坑地下水控制措施往往因具体工程条件而异[4-8]。究竟是“以降疏为主，封堵为辅”还是“以封堵为主，降疏为辅”，范士凯认为全封闭帷幕是一把双刃剑，基坑重大事故大多属于渗透破坏（流砂、管涌、突涌），其后果远比固结沉降严重。所以，地下水控制首要目标是防止渗透破坏，其次才是固结沉降[3]。此外，关于止水帷幕插入深度、悬挂或落底帷幕条件下基坑涌水量的计算方法以及隔渗效果等问题，也有相关研究[9-15]。

笔者对文献[3]的观点深以为然。对于下卧隔水层埋藏很深的基坑，采用落底式帷幕造价过于高昂。受限于设备能力，对于需要穿越深厚砂卵石含水层的帷幕，施工上往往难以实现，即便帷幕深度达到设计要求，质量上却难以达到隔渗要求，往往事倍功半，甚至徒劳无益。

本文结合武汉市某深基坑工程地下水控制实例，提出了半落底、半悬挂式隔渗帷幕的设计方案，结合监测数据进一步印证了方案的合理性，节约了工期及造价，可为类似工程提供参考。

项目位于武汉市江汉区青年路，范湖地铁站西侧，该项目设三层地下室，基坑深度14.6 m，基坑竖向投影面积约12465 m2，周长约456 m。

基坑北侧距离用地红线约3.9～17.6 m，红线外是待建工地；
东侧红线外15 m 范围内是市政排水走廊，红线外20 m 是青年路（城市主干道），地下室外墙线距离武汉地铁2 号线轨道交通安全保护线约9.5～15.8 m；
南侧红线外为范湖路（城市次干道）；
西侧距离用地红线约12.4～15.0 m，红线外是在建三层地下室基坑，桩撑支护结构。基坑周边环境见图1，基坑支护全景见图2。

图1 基坑周边环境图

图2 基坑支护全景实拍图

工程场地位于武汉市汉口城市中心，地貌上属长江Ⅰ级阶地。基坑开挖范围内的岩土层分布及物理力学参数见表1。本场地地下水类型分为二类：一类为赋存于（1）填土层中的上层滞水，一般受大气降水、地表排水渗透补给；
另一类为赋存于（3）-（4）层砂类土中的孔隙承压水，与长江具有水力联系，受长江水位影响较大，勘察期间，测得承压水位埋深3.70 m，对应标高16.97 m。

3.1 基坑支护难点

本项目基坑工程呈现以下特点及难点。

（1）周边环境严峻：一倍开挖深度范围内有地铁保护线、重要排水走廊、市政管网等。需确保基坑开挖和存续期间地铁等市政设施变形满足相关要求。

（2）地层条件复杂：项目位于长江Ⅰ级阶地，基坑侧壁分布淤泥质土，成桩成墙过程中极易塌孔。

（3）地下水丰富：基坑涉水且下卧含水层深厚，降排水问题需要考虑充分。

3.2 设计方案

从计算角度出发，本基坑可采用地连墙（三墙合一）+内支撑支护体系，辅以基坑降水；
或采用支护桩+止水帷幕+内支撑支护体系，辅以基坑降水。但图审以及地铁评价都对本基坑提出了更高要求，要求设置落底式止水帷幕，辅以坑内降水，控制降水量以减少对周边环境的影响。通过调查周边工地的降水、出水量情况，采取以下方案：

（1）临近车站及区间隧道一侧加强围护结构刚度，设计中采用地连墙支护；

（2）临近车站及区间隧道一侧围护结构采用落底式地下连续墙，且进入中等风化岩层不小于1 m，以确保隔水的效果，并尽量减小基坑降水对外环境的影响；

（3）采取措施确保地连墙施工过程中不发生塌孔事故，加强地下连续墙墙身止水，确保该侧不发生涌水漏砂事故。

针对以上意见，形成方案如下：临地铁侧（东侧）采用落底式地下连续墙，进入（6-2）中等风化砂岩不小于1 m，墙体竖向长度约44 m，且平面布置上落底连续墙向南北两侧各延伸15 m；
其余侧采用悬挂式地下连续墙（根据结构计算要求墙底仅进入（3-4）细砂层，墙体竖向长约23 m）支护；
为确保地下连续墙施工质量，墙两侧采用三轴水泥土搅拌桩进行槽壁加固预处理，亦可作为地连墙槽段接头处防渗措施。水平支护结构根据基坑形状设置2 层圆环支撑。支护剖面见图3、图4。

图4 其余侧支护剖面图（单位：mm）

由于不是全封闭式降水，依然按规范[2]推荐的大井法理论计算基坑涌水量，故降水井数量按常规设计，未进行折减。本项目一共设计19 口降水井，6 口观测井兼备用井。

4.1 地下水控制情况

本项目跨汛期施工，降水高峰期一共开启12 口井即可确保坑底干作业施工，开启井数只用到了设计数量的64%。分析原因有二：周边多基坑在同时施工，实际涌水量没有设计值大；
部分落底式帷幕减少了地下水侧向补给。

4.2 基坑监测成果

基坑施工期间设置了多项监测内容，其中地下连续墙深层水平位移最大值为15.18 mm，出现在基坑南侧，而靠近地铁侧（东侧）地连墙的深层水平位移最大值为12.54 mm；
边坡竖向沉降最大值为14.97 mm，出现于基坑西侧，而靠近地铁侧（东侧）竖向最大沉降为12.95 mm；
周边道路沉降最大值为10.93 mm，出现在基坑东南角市政次干道上，靠近地铁侧道路最大沉降为10.91 mm；
靠近地铁侧基坑土体分层沉降最大值为5 mm；
地铁区间收敛位移监测最大值为2.2 mm；
地铁道床沉降监测最大值为2.41 mm，道床水平位移监测最大为2.7 mm。以上所有监测点的累计变形量及变形速率均满足要求，基坑在施工期间未产生异常变形，支护效果良好。部分监测项目时程曲线图见图5-图9。

图5 地下连续墙水平位移时程曲线图

图6 基坑周边道路沉降时程曲线图

图9 地铁道床水平位移时程曲线图

值得关注的是，分析了落底式和悬挂式止水帷幕（地连墙）基坑区域两部分的地面沉降、墙顶水平、竖向位移数据及周边道路沉降等，并未发现止水帷幕形式的不同引起基坑变形规律存在区域性较显著差异。相对于悬挂式止水帷幕区域，落底式止水帷幕基坑区域的地面最大沉降仅减少15%左右（且数据较为离散），而周边道路沉降最大值基本相近。上述变形均在本基坑沉降允许范围内（靠地铁侧30 mm，其余侧40 mm）。

图7 地铁区间收敛时程曲线图

图8 地铁道床沉降时程曲线图

本案例采用半落底半悬挂式帷幕（地下连续墙），结合坑内降水，成功解决了地下水抽降对周边环境的影响问题。主要结论如下：

（1）落底式和悬挂式止水帷幕（地连墙）区域的基坑变形差异性并不显著。相对于悬挂式止水帷幕区域，落底式止水帷幕基坑区域的地面沉降减少15%左右，但整体沉降量均较小，均在地铁和周边环境对沉降及变形的控制范围内。

（2）在三层地下室深基坑中帷幕采用部分落底（满足地铁相关要求），部分不落底，“以降疏为主，封堵为辅”的地下水治理理念，在确保安全的前提下，与全落底式帷幕相比可取得更大的经济收益。