长江一级阶地基坑与地下水处理浅析

孙磊

（中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300133）

0 引言

长江由武汉市区穿城而过，长江两岸分布了大量的富含承压水的长江一级阶地地层，武汉市轨道交通地下线二零零六年开始建设，至今已有十多年的建设时间，目前已有9 条线路建成通车，其中处在长江一级阶地上的已经建成运营的地铁车站有五十多座，本文通过论述两个具有代表性的地下两层车站和地下三层车站基坑的主体围护结构的支护方案和地下水控制方案，对武汉长江一级阶地深基坑工程十多年来的设计经验进行总结，并形成了相对成熟的标准设计模式，以利于在类似工程的中推广、借鉴。

1 长江一级阶地的地质、水文特征

1.1 地质特点

长江一级阶地工程场地，地质普遍具备以下特点：

（1）地面普片较平坦、开阔，地形略有起伏，工程场地地层自上而下可分为以下几个单元层，上部人工杂、填土层，中部为第四系全新统冲积、洪积层（Q4）的粘土层、淤泥质粉质粘土层、粉质粘土夹粉土层、粉质粘土夹粉砂粉土互层、粉砂、细砂、中粗砂、含砾卵石砂层，下部为基岩。

（2）上部人工杂、填土成份较杂，一般厚度总体不大，较为松散且疏密不均，建筑性能差，下面的粘土层一般层厚较薄，强度较低，呈中等压缩性，建筑性能一般，淤泥质粉土层、粉质粘土夹粉土层、粉质粘土夹粉砂粉土层，一般竖向叠加厚度大，为软～流塑状态，高压缩性，强度低建筑性能差，下面的砂层一般厚度巨大，中密、密实状态，强度高，建筑性能好。

（3）上部的粘土、淤泥质粉质粘土层和粉土层渗透系数较小为相对隔水层。中部的粉土粉砂互层、砂层为强透水层，其中粉土粉砂互层水平渗透系数大于竖直渗透系数，该特点对基坑降水影响较大，易引起基坑风险。砂层下部的基岩为相对隔水层。

1.2 水文特征

长江一级阶地地下主要有上层滞水、空隙层压水和基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于人工杂填土层中，接受大气降水及地表散水的渗透补给，水量有限而很不稳定，对普遍对工程影响不大。孔隙承压水赋存于粉土粉砂互层和其下的砂土层中，水量丰富，具承压性，与长江有着紧密的水力联系，水位亦随着长江、汉水水位的变化而变化，该承压水对基坑安全影响极大，需高度重视[1]。基岩裂隙水对工程影响不大，这里不再详述。

2 地下二层车站深基坑支护设计与地下水处理措施分析

2.1 地下二层站基坑支护设计地下水处理措施

地下二层车站基坑深度一般在16m 多，基坑底一般均为粉细砂或细沙层，长江一级阶地地下水丰富，含水层上方粉质粘土相对较弱，武汉地铁地下二层车站支护结构均采用刚度大、止水效果好的地下连续墙加内支撑的支护体系，地下连续墙插入基坑的砂层，并满足被动区最小抗力安全系数[2]大于1.05，因地下连续墙底未进入相对隔水层，这里地称之为地下连续墙“悬挂式”设置，见图1。

基坑开挖前需降水，承压水一般采用深管井降水，以降承压水头为主，将承压水头将到基坑底以下。可满足基坑开发及安全要求。

图1 地下二层车站基坑支护设计剖面

2.2 基坑风险与地下水作用机理分析

由于“悬挂式”地下连续墙止水帷幕，在管井降水过程止水帷幕未隔断基坑外地下水对基坑内的补给，随着基坑内地下水位的降低，基坑外地下水位也相应降低，见图2。

图2 “悬挂式”帷幕基坑管井降水水位降幅等值线

随着坑外水位下降，地下连续墙承受的基坑内外水头出差减小，坑外地下水对联系连续墙的压力减小，见图3，基坑壁渗透破坏[3]发生涌水涌沙的风险大大降低，因此对于地下二层车站基坑，降水是成功的关键。

图3 “悬挂式”帷幕基坑管井降水剖面

3 地下三层以上车站深基坑支护设计与地下水处理措施分析

3.1 地下三层以上车站超深基坑的特点以及对地下水处理措施

地下三层以上车站基坑深度普遍都大于25m，武汉最深车站基坑达35m 多，基坑底一般均为细沙层，由于细沙层承压水头高，水力梯度大，渗透系数大，“悬挂式”帷幕下降水过程地下水补给较快，将地下水位降到地面下25m 以下将变得极其困难，从武汉地区超深基坑施工经验来看，还没有在深度大于20m 的基坑中，采用“悬挂式”帷幕降水成功的先例。

因此，武汉长江一级阶地地下三层以上地忒车站超深基坑，均采用地下连续墙底嵌入相对隔水层岩层（这里称之为“落底式”帷幕），将含水层封闭，以阻断基坑外地下水的补给，之后再将基坑内地下水疏干，见图4。

图4 地下三层车站基坑支护设计剖面

3.2 “落底式”地下连续墙止水帷幕的两面性

由于“落底式”地下连续墙止水帷幕，进入基岩层，彻底阻断了基坑外地下水对基坑内的补给，基坑开始时在坑内设置少量抽水管井，可以迅速将基坑的水疏干，对基坑开挖有利，同时坑内抽水对基坑外侧的地下水基本无影响，对基坑周边环境[4]的影响也最小。但是由于基坑内地下水的疏干，基坑外的地下水位基本保持不变，造成成了基坑内外存在巨大的水头差，地下连续墙将承受巨大的水头压力，存在施工缺陷或薄弱环节的地下联系墙很容易在高水头压力作用下发生渗透压穿破坏，造成涌水涌沙的管涌事故，从而引起基坑周边地面塌陷、建构筑物沉降等巨大的环境风险。在武汉地铁建设过程中，大部分的涌水涌沙的管涌事故都是该原因引起的，且发生的频率很高。发生管涌时基坑壁的涌水点基本都是相对薄弱的地下连续墙幅段接头处。

3.3 地下连续墙幅段接头处易成为薄弱点的根本原因

目前地下连续墙的施工工艺中先期浇筑的地下连续墙幅段两侧填沙袋、下接头箱等措施，对地下连续墙的幅段混凝土灌注时的“绕流”问题，还没有彻底有效解决，从而造成局部地下连续墙槽段接头处薄弱环节，给基坑安全带来隐患，见图5、图6。

3.4 “落底式”地下连续墙止水帷幕的加强措施

为避免“落底式”地下连续墙止水帷幕，在基坑开挖过程侧壁管涌，可从加强地下连续墙接缝和降低基坑内外水头差两方面考虑。

图5 正常的地下连续墙幅段接头

图6 有缺陷的地下连续墙幅段接头

（1）“落底式”地下连续墙墙幅接头的外侧采取加固止水措施，一般在地下连续墙墙施工完成后再接头处采用注浆、高压旋喷桩[5]、MJS 等工艺进行加固止水。

（2）在基坑开挖过程中，可以在地下连续墙墙幅接头处内贴钢板，钢板与地下连续墙身之间的缝隙用堵漏材料填充密实，可有效放置涌水涌沙。

（3）基坑挖过程在基坑外侧设置少量减压井，降低坑外水头，从而减小坑外地下水对地下连续墙的水头压力，降低管涌的风险。

4 一般性结论

综上所述以及实际的实施效果，长江一级阶地深度15～20m 的深基坑，采用“‘悬挂式’地下连续墙+基坑内管井降水”方案，可有效控制基坑及环境的安全，该方案降水使成功的关键，在施工完顶板前，不应轻易关闭降水井。深度在20m 以上的深基坑，采用“‘落底式’地下连续墙+坑内疏干+连续墙幅段加强+坑外减压降水”的方案，“悬挂式”地下连续墙加基坑内管井降水。

以上结论为武汉长江一级阶地地铁深基坑工程设计的原则性经验总结，在实际设计中可以灵活运用，比如引进一些新工艺、新技术配合实施，会收获更好的效果。