復雜地質深基坑止水帷幕方法探究

文/李臣騰、岳寶樹、魏述續 中國建筑第八工程局有限公司 上海 200135

1、工程概況

3A商務辦公樓等3項(通州區運河核心區Ⅳ-03號多功能用地項目)位于北京市通州運河核心區。項目西側為北環環隧，環遂西側為二期在施工程；北側為環隧出入口4；東側為已經運營的地鐵6號線北關站；南側為正在建設的R1線北關站。本項目基坑東西約110m，南北長約160m；基坑周長483m，面積為15460m2。實際開挖深度21.5m，塔樓區域開挖深度約為22.7-23.7m。

2、工程地質和水文地質條件

經勘測，137m深度范圍內地層，由人工填土層、新近沉積土層、第四系全新統河湖相沉積層組成，巖性以填土、粘性土、粉土及細中砂為主，局部夾礫石，按地層的巖性特征及形成環境，將勘探深度范圍內的地層劃分為10個地層單元，19個工程地質層。其中第6大層以粉土、重粉質粘土為主，層厚0.50～4.30m，層底標高-20.86～-14.72m，形成相對隔水層。

3、地下室控制方法探索

本工程自2018年4月開始施工，依照設計文件要求止水帷幕施工前先進行試樁，現場試樁結果：1.現場樁頭外露直徑滿足要求；2.取芯自水位線下效果較差，無完整水泥段，無法達到原止水帷幕效果。

經過試驗，發現場地無法使用止水帷幕，項目討論并更改設計參數，更改施工工藝：1.調整水壓為35MPA，水泥漿壓力為32MPA，氣體壓力為0.7-1.5Mpa，水流量為160L/min，水泥漿流量為150L/min；2.雙高壓旋噴樁泥漿中增加適量膨潤土，避免水泥漿不凝固。膨潤土摻量不大于水泥質量的5%；3.普通高壓旋噴樁按照間距1600mm跳打，相鄰樁施工間歇時間必須達到48小時；4.旋噴樁地下水位以下部分要求復噴一次；5.更改三重管方式為雙重管施工。

2018年5月重新試樁，再次驗證本地質條件下雙高壓旋噴樁成樁性，進行取芯試驗，試樁結果表明地面11m以下仍無水泥，經分析得出以下結論：受地質環境所限，本工程水泥漿易受地下水影響，造成水灰比失調，水泥漿稀釋，不凝固現象，致使取芯效果不佳，雙高壓旋噴樁無法成樁。

為解決此難題，項目部技術團隊提出四種方法，分別是：三軸攪拌樁、普通高壓旋噴樁、地連墻、咬合樁。項目部對四種方法進行評估，其中1.三軸攪拌樁施工速度快，機械費較高但材料費較低，成樁長度及直徑取決于鉆桿長度，能起到止水效果；2.普通高壓旋噴樁作業條件有限，但施工速度較快，機械及材料投入較低，基坑南側施工地鐵加固用普通高壓旋噴樁取芯效果較好，能起到止水效果；3.地連墻工期受場地限制，施工較慢，機械費用投入較大，地連墻兼做止水帷幕，混凝土止水效果好；4.咬合樁施工速度一般，機械費用投均較大，咬合樁施工咬合部位垂直度難以把控。

經分析，三軸攪拌樁與普通高壓旋噴樁是適用于此項目地質條件經濟合理的有效途徑。然而還要解決兩個難題：1.現有三軸攪拌樁鉆桿長僅為31m；2.本工程南側施工地鐵加固用普通高壓旋噴樁，樁長僅為28m。均不達到原雙高壓設計樁長45m的條件。

項目部經過研究與探索，借鑒田徑比賽接力賽的原理，將止水帷幕結合起來，分兩步施工，采用搭接接力的方式解決問題。經過試驗，最終選用接力式止水帷幕來解決此復雜地質條件下的地下水控制問題。

4、方案介紹

4.1 施工方法

內外兩側采用雙排止水帷幕進行施工，外側止水帷幕自地面開始施工至⑤-1層隔水層（第一道隔水層），內側止水帷幕自基坑內水位線上開始施工至⑥層隔水層（第二道隔水層），完成帷幕之間的搭接接力。

（1）外側止水帷幕選擇：本工程項目基坑緊鄰地鐵R1線、6號線及北關環隧管廊，基坑外側原有管廊、地鐵支護結構鋼絞線分布較為密集，采用三軸攪拌樁施工較為困難，采用“普通高壓旋噴樁”。

（2）內側止水帷幕選擇：由于本工程基坑內側水位線上為砂層，根據砂層中三軸攪拌樁及普通高壓旋噴樁施工效率對比，三軸攪拌樁施工較快，采用“三軸攪拌樁”。

4.2 關鍵工序

（1）隔水層斷裂處理：采用普通高壓旋噴樁進行封底設計，臨支護樁側2排封底高壓旋噴樁施工作業面高程為23.50m（地面），其他封底高壓旋噴樁施工作業面高程為8.50m（坑底）。

（2）內外搭接方式：接頭方式采用三排普通高壓旋噴樁進行兩側帷幕之間的交接。接頭位置選擇間隔搭接+減壓井施工，內外層止水帷幕間隔搭接施工，為解決施工過程中間隔位置帷幕不連續情況，合理布置減壓井防止突涌現象產生。

（3）內側三軸攪拌樁排數：選擇雙排三軸攪拌樁施工：由于內側三軸攪拌樁采用跳打方式施工，且根據地勘報告本工程三軸攪拌樁施工位置存在較厚鐵板砂層，施工較為困難，容易引起樁身傾斜，出于成樁質量及后期止水帷幕滲漏風險考慮，選擇雙排三軸攪拌樁施工。

5、效果檢查

接力式止水帷幕施工完成，土方開挖完成后，統計得出工期節約了29天，滲漏率為4.3%，直接節約成本95.25萬元，減少維修費用21.71萬元，累計經濟效益達406.96萬元。

結語：

深基坑項目，地下水的控制本就是一大難題，尤其是在復雜環境下，傳統施工方法可能得不到預期效果，一旦掉以輕心，就容易造成嚴重后果。因此，在深基坑的地下水控制的設計和施工過程中，需要充分結合現場情況，現場施工加強管理，保證施工質量。