地下连续墙在卵砾石基坑支护及止水工程中的应用

于永生

(中煤地质集团有限公司，北京 100040)

0 引言

随着国民经济的快速发展，城市建设越来越密集，建筑物越来越高且大面积利用地下空间，相应基坑开挖也越来越深，因此，对基坑支护的要求也越来越高；城市地下水的过度抽降导致大面积地下水位越来越低，因地下水水位降低导致的次生灾害时有发生，所以保护地下水过度抽降也刻不容缓。地下连续墙在深基坑工程中有支护和止水双重作用的优点。本文结合工程实例，充分论证了地下连续墙技术在含卵砾石的深基坑支护和止水应用中可靠性、经济性和可行性，也为类似工程的设计和施工提供借鉴与参考。

目前，常用的主要支护方式有排桩+锚杆(内支撑)和土钉墙(复合土钉墙)；截排水主要方式有抽降水和止水帷幕(搅拌桩，旋喷桩)。随着水资源保护意识的提高，降、排水方案被严格控制，北京市针对地下水的保护和开采出台了针对性的政策文件：一方面通过严格的管理和审批避免基坑降排水；另一方面，对允许抽排水的工程，以水资源税的形式征收费用，使得排水成本很高，从而实现保护地下水资源和环境的目的。在此背景下下，北京市开始推广各种截水措施，应用最多的是止水帷幕(搅拌桩、旋喷桩)，但该方案在粘性土层、粉土层中下效果还可以，且局部也需抽降地下水进行补救；在砂层及卵砾石层中帷幕质量难以保证，导致截水效果很差，失败案例很多。地下连续墙工艺有其独特的优点，不仅能克服止水帷幕成桩质量差的问题，在卵砾石、砂层中有很好的止水效果，且支护效果好，在周边环境日益复杂的北京地区，保证了基坑的稳定，减少了对周边环境的影响。该工艺虽直接成本稍高，但其社会效益好，能很好的保护地下水资源，且基坑稳定性和环保效果好(如不产生粉尘)，在周边环境复杂、地下水位较高、砂卵石地层中拥有明显优势。

1 地层及水文地质条件

北京地区某工程地上1～21层，主要功能为住宅及配套，地下功能为地下车库。地下室均为4层。住宅楼采用框剪力墙结构，裙房及地下室采用框剪结构，筏板基础。±0.000相当于绝对标高53.00m。该工程基坑深度13.9m，基坑开挖周长约1 400m，面积约28 000m2。

根据岩土工程勘察报告，基坑开挖影响范围内地层分布自上而下依次为：①粘质粉土素填土，①1杂填土；②粉质粘土、重粉质粘土；③卵石；④粉质粘土、重粉质粘土；⑤含粘性土卵石；⑥砾岩。

场区地下水类型为潜水，含水岩性为③卵石、③1细砂、④1粉质粘土、重粉质粘土、④2中粗砂、⑤含粘性土卵石、⑤1细砂层。稳定水位埋深为4.80～6.30m，标高为45.04～45.92m。

场地东侧为九子河及某大街，西侧为正常使用的京广铁路，施工时需作重点考虑。

2 初步设计及施工中存在的问题分析

2017年6月某甲级勘察设计院受建设单位委托，对该基坑支护和止水工程进行了设计并经过专家论证通过，采用上部3m土钉墙(坡度1:04)，3m以下护坡桩(桩径800mm，桩长16m，间距1300mm)+3道锚杆的支护结构形式，止水采用在两护坡桩之间布设一根桩径900mm旋喷桩，长度16m(图1)。基坑周边布设应急降水井90口，井深20m。

图1 初步支护剖面Figure 1 Initial support section

图2 调整后的支护剖面Figure 2 Adjusted support section

之后建设单位开始进行支护及止水施工单位招标，同时指令土方单位进场土方开挖并对上部3m土钉墙进行支护。2017年8月底完成招投标工作并确定施工单位，同时上部3m土方挖运完成。2017年9月初施工单位进场在地面以下3m处施工护坡桩。护坡桩采用旋挖钻机成孔工艺。由于施工作业面以下1m多就遇见卵石，且地下水丰富，导致护筒安放极其困难，并且在灌注完混凝土拔出护筒后桩顶位置塌方极其严重，导致桩顶扩径，从而影响隔壁桩的施工，进而影响两护坡桩之间旋喷桩的施工效果，并对未来锚杆施工和腰梁设置也带来困难。由于地层分布大部分是卵石，地下水丰富，再加上流动性较好，导致施工速度极慢，24h每台最多3根，混凝土充盈系数高达1.3。针对该复杂和特殊地层，经过各种工艺调整并请专家到现场指导，效果都不明显，在4台钻机施工7d成桩56根后暂停施工。

3 方案调整及其施工

经过现场一段时间抽水试验及结合现场实际地质地层及水文地质条件，并经多次专家讨论，最终确定采取800mm厚地下连续墙+2道预应力锚杆支护结构形式(图2)。基坑周边布设应急井兼做观测井使用，共布设90口，井深20m。

3.1 技术措施

地连墙墙顶标高位于47.30m，高于地下水水位1.4～2.3m，有利于导墙施工，墙底进入⑥砾岩层保证封水效果，地连墙接头采用防水效果更好的工字钢接头。锚杆施工采用跟进套管钻机成孔,管内出土和注浆，减少锚杆施工对土体的扰动。地连墙兼作止水帷幕，满足抗突涌和抗渗流破坏要求。采用信息化施工，严格按照监测规范对基坑及周边环境进行监测，并根据监测数据复核各施工工况的设计方案与实际情况是否相符合。地下连续墙施工完全封闭后，疏干基坑内地下水，同时观测基坑外观测井内的水位变化情况。

施工过程中，由于卵砾石较厚，粒径又大，导致成槽速度较慢，根据实际地层情况通过调整抓斗的结构，必要地段利用旋挖钻机引孔，最终得以解决。在第二层锚杆施工中，由于处在含水层以下，导致注浆困难，返浆严重，通过外部应急井局部抽降及调整注浆工序，保证了锚索注浆质量。

3.2 对周边环境影响分析

该工程采用的隔水帷幕深度进入隔水地层达2～3m。根据工程地质勘察报告判断，基坑内外的水力联系已被全部截断；局部可能由于两幅墙接缝不理想有可能渗入基坑，当这种情况发生时，在坑外地下水补给量和坑内抽排量实现动态平衡时，坑外地下水位降低很少，可以忽略不计，对周边环境的影响不予考虑。基坑开挖后及时对漏点进行堵漏处理即可。采取以上措施，使降水对周边环境的影响完全可以得到有效的控制。

3.3 施工效果评价

根据地层及场地特点，该工程地下连续墙采用抓槽机成槽、泥浆护壁、水下灌注混凝土工艺。施工速度比较理想，每天每台平均施工3副，4台抓斗机经30d完成全部地连墙施工。地下连续墙完全封闭后，对基坑内进行疏干抽降，观测基坑外水位变化情况，水位几乎没变化，土方开挖后也验证了封水效果达到了预期效果。

第一道锚杆几乎不受地下水的影响；第二道锚杆端部处于地下水以下，起初注浆工序不合理，导致返浆比较严重，通过调整注浆方式及外侧应急井局部抽降的措施，得到很好的解决，锚杆拉拔力均满足设计要求。在预埋钢垫板与后加钢垫板之间布设2层橡胶垫，锁片与锚头孔之间设2～3个橡胶环，很好地解决锚杆端部漏水的问题。

自2018年4月土方开挖至2019年4月肥槽回填完毕，基坑外侧应急井除第二道锚杆施工时局部抽降外，其余时间从未启动，

完全达到预期目标。基坑变形也远远小于设计要求变形控制量。

3.4 经济效果评价

本工程初步方案(护坡桩+旋喷桩+3道锚杆方案)施工造价约3 300万元，地下连续墙+2道锚杆方案施工造价约4 400万元，后者较前者施工成本虽增加1 100万元，但前者方案可能直接增加抽降水电费500万元(按一年算)和增加多抽降2 000多万m3地下水(按一年算)水资源税，且过度抽降地下水可能会引起次生灾害。相比而言，后者经济效果非常显著，尤其是考虑对水资源和周边环境的保护，且节省水资源税超过8 000万元。

4 结语

随着建筑行业的发展和城市对地下空间的开发利用，基础埋深也相应加深，周边环境也越来越复杂，同时国家对地下水资源的保护也更加重视，传统的放坡等支护技术已满足不了建筑本身发展的需求，地下连续墙支护技术具有支护和止水双重功能，且其止水效果更加显著，特别在地下水位较高、砂卵石较厚或较复杂的地层中，该支护形式的施工效果和经济效果更加显著，值得在北京地区进行推广。