悬挂式超深三轴止水帷幕在环境敏感条件下超深基坑中的应用

邬喜春

（中国建筑材料工业地质勘查中心江苏总队，江苏 南京211135）

0 引言

近年来，地下空间的发展迅速，出现了越来越多的大、深基坑工程，不仅出现了各种先进的基坑支护工法、工艺，同时也出现了一批先进的基坑止水工艺。

随着深基坑支护工程的发展，深度超过30 m的超深三轴水泥土搅拌桩止水帷幕成为了深层承压水控制的有效措施，得到了越来越广泛的应用。在深厚的透水性较好的地层条件下，可靠的止水体系是基坑施工的关键。据统计，约有70%以上的基坑工程事故是因为水直接或间接造成的。

本文结合具体工程实例，介绍了悬挂式超深三轴止水帷幕的应用情况，并验证了悬挂式超深三轴止水帷幕在地质条件复杂和周边环境敏感的条件下，用于挖深超过15 m的超深基坑工程中的可行性和可靠性。

1 工程概况

1.1 项目概况

基坑项目位于南京市某交叉口东南角，设有满堂3层地下室。基坑开挖面积约6 000 m2，支护周长约365 m。±0.00为7.15 m（吴淞高程），设计室外地坪标高6.5～6.7 m（吴淞高程），场地整平至相对标高-0.85 m，地下室底板结构顶标高为±0.00以下13.35 m，大部分承台高为1.8 m，基坑大部分挖深约为14.50 m，坑中坑部分最深挖深约为15.60 m。

1.2 基坑周边环境

北侧：基坑边距用地红线最近处约7.0 m，红线内有管道，最近处距基坑边约为6.6 m，红线外是南湖东路，路对面有5～6层的多层住宅，最近处距基坑边约为33 m。

南侧：基坑边距用地红线最近处约7.7 m，红线内有管道，最近处距基坑边约为9.4 m，红线外是4～5层的多层住宅（属危房，敏感性建筑），最近处距基坑边约为18 m。

西侧：基坑边距用地红线最近处约5.2 m，红线内有管道，最近处距基坑边约为3.8 m，红线外是文体西路，路对面有多层住宅，最近处距基坑边约为20.2 m。

东侧：基坑边距用地红线最近处约6.3m，红线外有管道，最近处距基坑边约为7.6 m，且红线外是文体路，路对面是南湖东路，最近处距基坑边约为37.0 m。

1.3 工程地质概况

场地内原为民宅和商业网点，拆迁整平后的场地地形较为平坦，场地地貌属长江漫滩地貌单元。

各土层特征详述自上而下描述如下：①-1层杂填土：松散，主要成分为建筑垃圾、碎石、碎砖等混粘性土，填龄小于10年，场地内普遍分布，厚度0.90～4.70 m。①-2层素填土：软塑，主要成分为粉质粘土混少量砖屑、植物根系等，填龄大于10年，场地内普遍分布，厚度0.40～2.10 m。②-1层淤泥质粉质粘土：流塑，土质均匀，场地内普遍分布，厚度5.70～11.30 m。②-2层粉质粘土～淤泥质粉质粘土：软塑～流塑，夹较多的薄层粉砂，局部与粉砂互层，具水平层理，场地内普遍分布，厚度3.90～22.90 m。②-3层粉砂与粉质粘土互层：饱和，稍密～中密，粉质粘土呈软塑～流塑状，具水平沉积层理，粉砂与薄层粉质粘土及淤泥质土千层饼状互层，场地内普遍分布，厚度6.60～21.20 m。②-4层粉细砂与粉质粘土互层：饱和，中密～密实，具水平沉积层理，粉质粘土呈软塑状，局部流塑，粉细砂与薄层粉质粘土呈千层饼状互层，场地内普遍分布，厚度5.30～16.70 m。③层粉质粘土：软塑，局部夹少量粉砂，场地内局部分布，厚度1.30～10.10 m。④层中粗砂混卵砾石：饱和，中密状，卵砾石主要为硅质岩，含量约10%～30%，粒径20～80 mm，次棱角状，场地内普遍分布，厚度2.60～9.80 m。⑤-1层强风化泥岩～粉砂质泥岩：泥质胶结，块状构造，岩石基本质量等级为Ⅴ级，厚度3.90～10.50 m。⑤-2层中风化泥岩～粉砂质泥岩：泥质胶结，块状构造，岩体较完整，岩石基本质量等级为Ⅴ级。该层未钻穿，层面埋深63.80～68.50 m。

1.4 水文地质概况

本场区对本工程有影响的地下水类型为松散岩类孔隙水（包括潜水、微承压水）和基岩裂隙水，承压水水位埋深为3.0 m，相应水位标高为3.60 m（表 1）。

表1 基坑支护设计参数

由于本工程基坑开挖深度较大，场地承压水水位较高，一旦控制不好，将对基坑产生不容忽视的影响，属于重大风险源，要特别重视。

2 基坑支护设计方案

2.1 支护形式

整个基坑采用混凝土排桩加三层混凝土支撑作为支护结构。临路的东侧、西侧和北侧采用Φ 1 000@1 200的灌注桩，南侧临近危房侧采用Φ 1 100@1 300的灌注桩。冠梁顶标高-1.85 m，第一层支撑轴心标高-2.35 m，第二层支撑轴心标高-6.55 m，第三层支撑轴心标高-10.70 m，桩顶标高-2.80 m。基坑内电梯井等深坑部位采用三轴搅拌桩进行处理，承台处放坡开挖。

2.2 地下水处理

基坑底以下主要为淤泥质粉质粘土～粉质粘土为主，该层渗透系数一般，为中透水层；该层以下为②-3粉砂与粉质粘土互层，透水性较好，承压水头埋深为3.60 m。坑内必须采取降水措施，否则坑底会发生突涌现象。

由于承压含水层太厚，基坑挖深又深，普通的止水帷幕难以穿透承压含水层形成有效的截水，目前较好的截水方法是采用TRD工法，但该工法费用很高，工期较长。经过调查分析，虽然基坑周边房屋较多，但多为6层左右，附近场地地质条件比较均匀，差异沉降应该较小，影响范围内多为粉土和砂土，降水半径较大，但降水影响主要为均匀沉降。因此考虑采用悬挂式止水帷幕方案。

传统的止水帷幕一般采用双轴深搅桩和三轴深搅桩，根据国内施工情况，双轴深搅桩形成的止水帷幕不宜超过20 m，三轴深搅桩形成的止水帷幕不宜超过30 m，无法满足设计45 m的止水帷幕深度要求。因此，选择采用超深三轴深搅桩形成止水帷幕（图 1）。

图1 止水帷幕及降水井平面布置

综上所述，本工程地下水控制设计采用超深悬挂式止水帷幕方案，既解决了基坑降水对周边影响过大的难题，又不影响支护结构安全，同时减少了工程投资，节省了工期，取得了较好的经济效益。

施工中，沿基坑外围单孔套打施工一圈Φ850@1 200的超深三轴深搅桩，坑内采用管井进行降水减压，并在基坑外布置一圈回灌兼观测井。

3 设计计算与实测结果

3.1 设计计算

本工程基坑支护结构计算严格按照国家有关规范和规程进行，设计充分考虑到各岩土层的透水性或不透水性以及场地的其它岩土工程条件，并根据实际施工工况计算，按照最不利情况进行设计，保证基坑的安全。

计算基本条件：基坑最大挖深为15.60 m，②-1层淤泥质粉质粘土透水性较差，属弱透水地层，微承压水含水层主要为②-2层淤泥质粉质粘土～粉质粘土，②-3层粉砂与粉质粘土互层和②-4层粉细砂与粉质粘土互层及④层中粗砂混卵砾石，②-2层淤泥质粉质粘土～粉质粘土顶标高为-4.04 m（吴淞高程），底标高为-30.90 m，承压水水位标高为 3.60 m（吴淞高程），±0.00为 7.15 m。

通过地勘资料，发现基坑底位于②-1与②-2层中，由此判断基坑需进行坑内降水。根据《建筑基坑支护技术规程》按承压水非完整井计算。

求得需要内径300 mm的井数17口，实取27口，降水井间距15 m左右，降水井井深为35 m与32 m两种，坑中坑等较深部分布置深井，基坑开挖深度为2 m时开始减压降水，并严格控制坑内降水水位至每层开挖面下0.5～1.0 m，不得超降。

再根据下列公式进行突涌稳定性验算，得到抗突涌安全稳定系数为1.13，满足规范要求。

3.2 实测结果

根据最终的基坑监测结构显示，基坑支护结构变形均满足规范和设计要求，支护桩桩顶最大水平位移为4.4 mm，最大沉降为7.0 mm，最大深层土体水平位移为30.48 mm。而基坑周边沉降变形均较大，基坑周边道路最大沉降超过10 cm，沉降影响范围150 m以上，沉降较为均匀，路面基本没有新增沉降裂缝；基坑周边房屋最大沉降超过8 cm，房屋无新增裂缝，房屋沉降差约1‰，满足规范要求。

4 结论

（1）悬挂式超深三轴可应用于类似地质的超深基坑中，当周边环境对变形控制不严格时，该法可有效控制地下水，减少投资，节省工期，提高工程效率。

（2）由于该法对周边环境存在一定影响，采用该法前，应对基坑周边的地勘进行了解，得到相关的变形控制要求。

（3）基坑南侧的危房在降水引起的均匀沉降下，并未发生明显变化，没有产生对工程不利的影响。

（4）坑外回灌井的布置及回灌措施对保护周边环境、减小周边沉降有一定的作用，但在回灌时要做好及时监测，避免回灌量过大而导致的反向不均匀沉降。

（5）为了减少坑内降水对周边环境的影响，施工时应该严格按照设计要求的水位降深进行降水，以避免超降引起的过大沉降或少降导致的施工困难等问题。