水平封底止水在深厚承压含水地层基坑中的应用效果分析

刘新创（上海黄浦江大桥建设有限公司，上海 200090）

在深厚承压含水地层深基坑中，基坑围护结构往往不能将承压水隔断或隔断承压含水层不经济，这样的基坑一般称为悬挂式止水帷幕基坑。这样的基坑止水帷幕插入承压含水层有一定深度，但并未将其隔断，受围护结构的阻拦，在承压含水层上部基坑内外无水力联系，下部承压含水层连通，降压井布置在基坑内，降承压水对基坑周边环境仍有较大影响。如果这样的基坑邻近城市重要的建构筑物，如何将降承压水对周边环境的影响尽量减小是一个值得研究的课题。在坑内围护结构下部采取水平封底止水措施形成“人工隔水层”隔断深厚承压含水层是该课题的一种解决办法。但有采用高压旋喷桩施工水平封底止水的失败案例，基坑开挖过程中发生突涌现象，后增加降压井才完成基坑施工。本文结合上海市轨道交通 14 号线歇浦路站桥下基坑水平封底止水措施在深厚承压含水地层深基坑中的实践，分析“人工隔水层”实际达到的隔水效果，以及取得的基坑变形控制及周边环境保护的成果。

1 工程背景

歇浦路站位于杨浦大桥浦东段引桥下方，与引桥约 80°斜交，车站基坑由两道封堵墙分为东、中、西三个坑，其中东坑和西坑已先行结构封顶。位于引桥正下方的中坑围护结构与杨浦大桥引桥承台之间平面最小净距仅 3.91 m，基坑平面尺寸 48.2 m×23.8 m。引桥下部结构为 7.4 m×7.4 m承台，每个承台下采用 8 根长 43 mФ1 000 mm 钻孔灌注桩群桩基础，桥墩为上有盖梁的双柱式桥墩，上部结构为预应力简支 T 梁，桥下净空约 34 m。

基坑开挖深度 22.4 m，坑底位于 ⑤1-2 粉质粘土层，地质及水文勘察报告显示，⑧ 层（隔水层）缺失，⑦ 层和 ⑨层承压含水层（⑦ 层和 ⑨ 层分别为上海地区第一和第二承压含水层）连通，如图 2 所示，承压含水层深厚，1∶1 左右经济插入比的地墙不能将深厚承压水层隔断。

中坑围护结构为地下连续墙，其中东西两侧封堵墙为东坑和西坑施工时已完成的十字钢板接头地下连续墙，基坑南北两侧为此次实施的套铣接头地墙（地墙施工前有槽壁加固），地墙厚度均为 1 m，墙深均为 55 m，存在 4 个新老地墙接头。为了保证地墙的止水效果，在坑外增加墙缝止水施工，新老地墙接头为全圆 MJS 止水，深度与地墙同深；普通套铣接头为半圆 MJS 止水，深度为地面至坑底以下 6 m。

坑内设有两排共 14 根立柱兼抗拔桩，采用坑底以下 35 m 长Ф850 mm 钻孔灌注桩，内插型钢格构柱。坑内加固采用Ф850 mm @ 600 mm 三轴搅拌桩裙边＋抽条形式，加固深度为第三道混凝土支撑底至坑底以下 2.2 m，裙边宽度8 m。基坑设七道支撑，其中第一、三、五道为混凝土支撑，其余为钢支撑，第六道为Ф800 mm（t = 20 mm）钢管支撑，其余钢支撑为Ф609 mm（t = 16 mm）钢管支撑，钢支撑与地墙间设型钢围檩，钢围檩与地墙间缝隙填高强无收缩灌浆料，且所有钢支撑均采用轴力伺服系统。

2 水平封底止水

为了将坑内降承压水对杨浦大桥引桥的影响尽量降低，在中坑坑内围护结构底部采取水平封底止措施，以在深厚承压含水层中形成人工隔水层，以期达到地墙隔断承压含水层的目的。水平封底止水的施工采用 N-Jet 工法，厚度 4 m，为了防止施工对墙趾造成扰动，在墙趾以上 2 m至 6 m 的位置设置，桩径Φ2 400 mm @ 1 400 mm，梅花形布置。N-Jet 工法适用于砂性土成桩，具有喷射压力大，可成桩直径大，可成桩深度大，喷浆流量大等特点，可以说是加强版的高压旋喷桩。理论上来讲水平封底止水的厚度越厚，止水效果越好。

水平封底止水帷幕施工时须保证每个桩位放样准确、保证单桩质量、保证引孔的垂直度，只有这样才能确保桩与桩之间有效搭接，水平封底止水帷幕才能形成一个整体，起到隔断承压水的效果。

3 降水试验情况

中坑内共布置 4 口降压井，分别为 N 1～N 4，井深 42 m；坑外布置 4 口观测井，编号W 1～W 4，井深 46 m。

中坑开挖前降水试验时，以 N1、N2 和 N3 作为抽水井，期间抽水井单井流量由初期 12 m3/h 逐步减少到 2 m3/h，甚至出现断流，坑外水位观测井最大降深为 0.3 m，而西坑和东坑降水试验时坑外水位观测井最大降深分别为 1.18 m和1.9 m，中坑的坑外水位最大降深远小于东坑和西坑的坑外水位最大降深。

东中西坑降水试验停抽后，坑内观测井 10 min、30 min和 60 min 的恢复比率对比如表 1 所示。从降水试验坑外水位最大降深及停抽后坑内水位恢复比率对比可知，有水平封底止水帷幕的中坑有明显的阻断承压水垂直补给的效果。

表1 东中西坑坑内观测井恢复比率对比表

4 降压井运行情况及止水效果分析

中坑开挖期间降压井的抽水高峰期会出现断流，期间对坑外水位观测井进行同步观测，水位降深最大 0.18 m，而西坑和东坑开挖期间坑外水位观测井的最大水位降深为 1.44 m和 1.6 m，可知开挖期间中坑的坑外水位最大降深远小于开挖期间东、西坑坑外水位最大降深。

从中坑降水试验及降压井运行情况可知，水平封底止水帷幕起到了很好的阻断承压水的效果，但基坑围护结构和水平封底止水帷幕并未将承压水完全隔断，仍然存在坑外承压水向坑内补给的通道，在坑内降压井内仅仅疏干尚不能保证基坑的安全，需要通过坑内降压井内持续不断的降水，保证基坑的安全。可能的补给通道有两个，一个是水平封底止水帷幕本身存在薄弱环节，形成补给通道；另一个是围护结构存在薄弱环节，可能在墙身（可能性较小），也可能在墙缝（因墙缝 MJS 止水未覆盖整个墙深）。

5 基坑施工对大桥的影响分析

基坑开挖过程中遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，开挖时快挖快撑，限时完成混凝土支撑，按需抽降承压水。

因坑内加固叠加了 N-Jet 翻浆可能对坑内土体的加固，开挖面土体的含水率不大，基本呈粉土状。

截至基坑底板浇筑完成，地墙测斜最大累计值为22.57 mm，位于基坑长边中部，仅略大于 1‰ H（H 为基坑开挖深度）对应的 22.4 mm，远小于 1.4‰ H 对应的31.36 mm。截至基坑结构封顶，地墙测斜最大累计值略有减小，约为 21 mm。基坑北侧桥墩最大沉降量为 5.33 mm，基坑南侧桥墩最大沉降量为 4.33 mm，均远＜ 20 mm 的报警值；桥墩横纵向水平位移均＜ 5 mm 的报警值，桥墩倾斜均＜ 2.5‰ 的报警值。截至基坑结构封顶，基坑两侧桥墩最大沉降量稳定在 7.5 mm 左右，桥墩水平位移和倾斜均未超过报警值。基坑施工对大桥的影响小。

6 结 语

可以说水平封底止水帷幕在上海轨道交通 14 号线歇浦路站取得了成功，基坑围护结构和水平封底止水帷幕很好地阻断了深厚承压含水层，基坑变形较小，将坑内降承压水对杨浦大桥浦东段引桥的影响控制在较小的范围内。水平封底止水帷幕成功的经验和优化建议总结如下，以期为今后类似工程借鉴。

（1）基坑围护结构和水平封底止水帷幕的质量，关系到隔断或阻断深厚承压含水层的效果，在保证每个桩位放样精度、单桩质量及桩位引孔精度的前提下，现有施工工艺完成的水平封底止水帷幕可以达到较好的阻断承压水的效果；

（2）柔性接头地墙的整体性及墙缝本身的阻水效果不如刚性接头地墙，建议采用刚性接头地墙，一方面刚性接头墙缝本身的止水效果好，另一方面刚性接头地墙在钢支撑施工时可省去钢围檩及充填高强灌浆料，可缩短架设钢支撑的时间，有利于基坑变形控制及周边环境的保护。若采用柔性接头地墙，墙缝止水措施要至少覆盖至水平封底止水帷幕的底。

（3）不能单纯依靠水平封底止水，仍需在坑内布置降压井，但降压井底需在水平封底止水帷幕之上。