邻近黄浦江地区深基坑止水帷幕选型与设计讨论

阳吉宝，董林兵

（上海市建工设计研究院有限公司，上海 200050）

邻近黄浦江地区深基坑止水帷幕选型与设计讨论

阳吉宝，董林兵

（上海市建工设计研究院有限公司，上海 200050）

基于邻近黄浦江地区承压含水层埋藏深度和厚度的分布特点，地下三层或超过地下三层的深基坑工程中承压水问题较为复杂。本文结合邻近黄浦江的两个工程实例，重点讨论其止水帷幕选型及设计问题，通过设计方案经济与合理性讨论，并进行施工可行性评价以及施工质量控制难易度分析，推荐选用不同的设计方案，为类似深基坑工程的设计提供借鉴。

深基坑工程；基坑降水；止水帷幕；设计选型；承压含水层

随着城市基础设施的建设和地下空间的开发利用，上海等沿海城市大型地下综合体项目越来越多，深基坑工程广泛出现于各类建筑工程中。

深基坑工程中，基坑开挖使得坑底下部承压含水层顶板的上覆土层不能与承压水头顶托力平衡时，基坑底部就会发生突涌。由于突涌是瞬时发生的，故一旦发生，难以及时采取有效应对措施，容易造成基坑工程的安全事故并危及周边环境的安全[1]。

为了防止突涌的发生，通常在基坑开挖过程中需要降低承压水水头，以减小承压水头顶托力。而承压水水头的降低会引起基坑周边土的固结沉降，从而影响周边环境的安全。深基坑止水帷幕通过穿透影响基坑工程的承压含水层，进入相对不透水层一定深度，以达到隔断承压含水层在基坑内外的水力联系，以减少抽降承压水对周边环境的影响。

在上海地区，对基坑工程产生影响的承压含水层有第⑤2砂质粉土层（微承压含水层）、第⑦粉细砂层（第一承压含水层）和第⑨中粗砂层（第二承压含水层）[2]。对于地下室为地下一层，基坑开挖一般不涉及承压水问题；对于地下二层，基坑开挖可能涉及第⑤2砂质粉土层微承压水问题，而对于地下三层或超过三层，基坑开挖可能涉及第⑤2砂质粉土层微承压水及第⑦粉细砂层承压水问题；由于第⑨中粗砂层承压水埋深较深（一般在60m以上），浅于20m的基坑开挖一般不会涉及到。

基于邻近黄浦江地区承压含水层埋藏深度和厚度的分布特点，对于地下二层深基坑，通常采用常规三轴搅拌桩将承压含水层进行隔断；而对于地下三层或超过地下三层深基坑，由于各场地内第⑤2微承压含水层及第⑦承压含水层埋藏深度和厚度差异较大，相应地，隔断承压含水层的止水帷幕选型及设计相对复杂[3]。

邻近黄浦江地区，场地内的承压水由于距离较近，通常与黄浦江存在着一定的水力联系，一旦由于止水帷幕失效而造成基坑坑底发生突涌，坑底承压水会不断地从黄浦江得到补给，从而使得处理难度增大，甚至酿成重大工程事故，为此对承压水问题不得不认真、科学地进行研究和处理。

本文结合邻近黄浦江的两个工程实例，针对地下三层或超过地下三层深基坑工程中承压水问题的复杂性，重点讨论其止水帷幕选型及设计问题，为类似深基坑工程的设计提供借鉴。

1 前滩企业天地项目

拟建场地位于浦东新区济阳路以西、耀体路以北，邻近东方体育中心，距离黄浦江500m左右。本工程设有三层地下室，基坑开挖面积约1.6万m2，基坑开挖深度15.2m。基坑东侧毗邻城市交通主干道—济阳路高架，高架桥墩距离基坑开挖边线约51.2m，根据上海市市政行业标准《城市桥梁、隧道安全保护区域技术标准》（沪建交[2010] 511号），对于大桥，一级基坑桥梁安全保护区域为65m，此高架在安全保护区域内，需要重点保护。

1.1 地质条件

场地下存在第⑤2-1层和第⑤2-3层微承压含水层，有如下特点：（1）微承压水水头较高：根据抽水试验结果，第⑤2-1层水位平均埋深4.7m，第⑤2-3层水位平均埋深4.9m；（2）微承压水埋深较浅：第⑤2-1层顶板埋深约18.8m，距离基坑坑底仅3.6m；（3）微承压含水层较厚：第⑤2-1层层厚约4.7m，第⑤2-3层层厚约5.5m，且中间第⑤2-2层夹薄层粉性土，渗透性极强，实际上第⑤2-1层与第⑤2-3层中间大部分贯通，这样第⑤2-1层、第⑤2-2层、第⑤2-3层整体作为微承压含水层，层厚约为13m。场地地质条件如图1所示。

图1 场地地质条件（案例1）Fig.1 The geologic condition of case No.1

1.2 深基坑支护设计

采用灌注桩排桩+止水帷幕的围护结构型式，水平支撑体系为三道钢筋混凝土支撑。

经过抗突涌稳定性验算[4]，第⑤2-1层和第⑤2-3层微承压含水层均存在突涌的可能，基坑开挖过程中需要降低微承压含水层水位。

而基坑东侧有高架需要重点保护，为减少抽降承压水对周边环境的影响，勘察报告建议止水帷幕插入第⑤3-1层粉质黏土中。

为了完全隔断微承压含水层，止水帷幕需插入第⑤3-1层中一定深度。根据场地内微承压含水层埋深及层厚，止水帷幕的长度需要达到35m左右。

1.3 止水帷幕方案比选

根据所需止水帷幕的长度要求，目前有超深三轴搅拌桩、TRD工法和地下连续墙等几种止水帷幕型式，三种止水帷幕型式造价对比如表1所示。

根据三种止水帷幕型式造价对比分析，采用灌注桩排桩+超深三轴搅拌桩造价较低，但受目前施工机械等条件方面的限制，往往止水帷幕深部桩体施工质量不稳定，止水效果不易保证。

地下连续墙抗侧刚度大，可有效控制基坑变形，止水效果较好，可以大大减少地下水渗漏问题，但造价较高。

表1 止水帷幕型式造价对比（案例1）Table 1 The comparison of engineering cost budget of waterproof curtain of case No.1

与地下连续墙相比，灌注桩排桩+TRD工法造价较低，可以减少基坑围护造价；同时基坑变形控制效果和止水效果均较好。

经过综合比较，本项目采用灌注桩排桩+TRD工法的围护结构型式。

目前本项目地下主体结构已经施工完成。基坑监测结果表明，从基坑开挖到地下室回填，附近高架桥墩的累计沉降量约为4mm，围护墙及周边环境各项监测数据均在合理、可控的范围以内。

2 中国海运大厦项目

拟建场地位于浦东新区微山路以南、浦明路以西，距离黄浦江70m左右。本工程设有四层地下室，基坑开挖面积约7500m2，基坑开挖深度为17.75m。基坑西侧为黄浦江，防汛墙距离基坑开挖边线约63.5m；基坑南侧为居民小区微山三村，居民楼距离基坑开挖边线最近约50.3m。

2.1 地质条件

场地下存在第⑦1层、第⑦2层承压含水层，有如下特点：（1）承压水水头较高：根据详勘期间承压水观测结果，承压水最高水位埋深为4.65m；（2）承压水埋深较深：第⑦1层顶板埋深约为29m，距离基坑坑底约11m；（3）承压含水层较厚：第⑦1层层厚约7.7m，第⑦2层层厚约25m，且第⑧层土缺失，第⑦2层直接与第⑨层承压含水层连通，这样第⑦1层、第⑦2层、第⑨层整体作为承压含水层，层厚超过45m。场地地质条件如图2所示。

2.2 深基坑支护设计

采用“两墙合一”地下连续墙的围护结构型式，地下连续墙兼挡土和止水双重作用；水平支撑体系为四道钢筋混凝土支撑。

经过抗突涌稳定性验算，第⑦层承压含水层存在突涌的可能，基坑开挖过程中需要降低承压含水层水位。

而基坑西侧和南侧都有建（构）筑物需要保护，且邻近黄浦江，为减少抽降承压水对周边环境的影响，止水帷幕宜完全隔断第⑦层承压含水层。

由于场地内承压水埋深较深，且承压含水层较厚，如果隔断第⑦层和第⑨层承压含水层，止水帷幕长度超过75m，显然隔断承压水对于本项目很不现实。但是可以通过适当加长止水帷幕在承压含水层中的插入深度，延长渗流路径，来减少抽降承压水对周边环境的影响。

图2 场地地质条件（案例2）Fig.2 The geologic condition of case No.2

2.3 止水帷幕方案比选

结合本项目实际情况及上海地区施工经验，止水帷幕可在地下连续墙、超深三轴搅拌桩及TRD工法中进行比选。

地下连续墙：计算表明，地墙插入比为1:0.85，即地墙插入深度为15m左右，即可满足各项稳定性要求。根据计算分析，地墙插入第⑦层承压含水层中约4.0m左右，地下水抗渗流稳定性即可满足要求。

由于地墙没有隔断基坑内外的承压水，坑内降水会对周边环境产生一定的影响。根据基坑降水数值模拟计算，坑内降水引起的地墙墙顶沉降约7mm，引起的基坑周边50m范围内的地表沉降约4mm，满足周边环境的变形要求。

超深三轴搅拌桩：上海地区施工经验表明，成桩深度较深时，垂直度不易控制，桩体底部容易出现开叉现象，止水效果不易保证。

TRD工法：结合本项目基坑平面形状，基坑西北角为光滑的圆弧段，但此工法对于弧形段和转弯段施工较为困难，且其工程造价高于地下连续墙。

三种止水帷幕工期和造价对比，如表2所示。

经过综合比选分析，无论从工期和造价方面，还是从基坑工程安全和周边环境保护方面，地下连续墙方案均优于其他方案。

表2 止水帷幕工期和造价对比（案例2）Table 2 The comparison of engineering cost budget and construction duration of waterproof curtain of case No.2

3 讨论

通过对两个邻近黄浦江的深基坑工程止水帷幕选型及设计问题的研究，可以看出，对于地下三层或超过地下三层，基坑开挖可能涉及第⑤2砂质粉土层微承压水及第⑦粉细砂层承压水问题。

根据微承压含水层及承压含水层埋藏深度及厚度的不同，通常采用落底式或悬挂式止水帷幕，来控制降低承压水对基坑周边环境的影响[5]。

当微承压含水层及承压含水层埋藏深度较浅、且厚度不大时，宜采用落底式止水帷幕，来隔断基坑内外的承压水，消除降低承压水对周边环境的影响。

当微承压含水层及承压含水层埋藏深度较深或厚度较大时，考虑到工程的经济性要求，宜采用悬挂式止水帷幕，并保证止水帷幕插入承压含水层一定深度，以减小降低承压水对周边环境的不利影响。

对于地下三层或超过地下三层，深基坑止水帷幕通常可在超深三轴搅拌桩、TRD工法及地下连续墙中进行比选。针对实际工程，应根据工程的地质条件和周边环境情况，经过技术经济性综合比较来确定止水帷幕的具体型式。

4 结语

本文基于邻近黄浦江地区承压含水层埋藏深度和厚度的分布特点，针对地下三层或超过地下三层深基坑工程中承压水问题的复杂性，通过两个工程实例，总结了深基坑工程中承压水问题的处理方法及止水帷幕的选型问题，对于地下三层或超过地下三层地下室基坑止水帷幕，因施工深度较大，TRD工法及地下连续墙是较好的选择，本研究结论可为类似深基坑工程的设计提供借鉴。

References)

[1] 翁其平,王卫东. 深基坑承压水控制的设计方法与工程应用[J].岩土工程学报,2008,30(S1):343-348.

Weng Q P, Wang W D. Design and application of control of confined groundwater in deep foundation pits[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2008,30(S1):343-348.

[2] 戴斌,王卫东. 受承压水影响深基坑工程的若干技术措施探讨[J].岩土工程学报,2006,28(S1):1659-1663.

Dai B, Wang W D. Discussions on technologies of deep foundation pit projects affected by confined water[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2006,28(S1):1659-1663.

[3] 刘国彬,王卫东. 基坑工程手册(第2版)[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2009.

Liu G B, Wang W D. Foundation pit engineering handbook (secondedition)[M]. Beijing：China Architecture & Building Press, 2009.

[4] 阳吉宝,张春波,谷远朋,等. 基于蒙特卡洛方法的基坑抗突涌稳定性分析[J]. 上海国土资源,2014,35(3):78-81.

Yang J B, Zhang C B, Gu Y P, et al. Analysis of the heave-piping stability of foundation pits based on a Monte-Carlo method[J]. Shanghai Land & Resources, 2014,35(3):78-81.

[5] 黄鑫磊,何晔,占光辉. 深基坑减压降水设计优化与止水帷幕隔水效应分析[J]. 上海国土资源,2014,35(2):25-27,61.

Huang X L, He Y, Zhan G H. Analysis of the optimization of deepfoundation pit dewatering design and the effect of a waterproof curtain[J]. Shanghai Land & Resources, 2014,35(2):25-27,61.

Selection and design of a waterproof barrier for a deep foundation pit in the Huangpu River

YANG Ji-Bao, DONG Lin-Bing
(Shanghai Construction Design and Research Institute Co. Ltd., Shanghai 200050, China)

The characteristics of a buried confined aquifer (depth and thickness) in the Huangpu River area, located near Shanghai, must be determined, as the aquifer must be isolated from deep foundation pits extending to a depth of three or more floors. Based on two engineering examples in the Huangpu River area, this study addressed the selection and design of a waterproof barrier. Different design criteria are recommended, and accompanied by a discussion of economic factors, feasibility of construction, and analysis of the complexities of quality control, to provide a reference for engineering of similar deep foundation pits in the future.

deep-foundation pit engineering; foundation pit dewatering; waterproof curtain; design and type-selection; confined aquifer

P641.2；TU46+3

A

2095-1329(2015)03-0071-04

10.3969/j.issn.2095-1329.2015.03.016

2015-07-15

2015-08-08

阳吉宝(1965-),男,博士,教授级高级工程师,主要从事岩土工程勘察与设计研究.

电子邮箱: yjbao2005@163.com

联系电话: 021-62135931

上海建工集团科研项目