复杂地质深基坑止水帷幕方法探究

文/李臣腾、岳宝树、魏述续 中国建筑第八工程局有限公司 上海 200135

1、工程概况

3A商务办公楼等3项(通州区运河核心区Ⅳ-03号多功能用地项目)位于北京市通州运河核心区。项目西侧为北环环隧，环遂西侧为二期在施工程；北侧为环隧出入口4；东侧为已经运营的地铁6号线北关站；南侧为正在建设的R1线北关站。本项目基坑东西约110m，南北长约160m；基坑周长483m，面积为15460m2。实际开挖深度21.5m，塔楼区域开挖深度约为22.7-23.7m。

2、工程地质和水文地质条件

经勘测，137m深度范围内地层，由人工填土层、新近沉积土层、第四系全新统河湖相沉积层组成，岩性以填土、粘性土、粉土及细中砂为主，局部夹砾石，按地层的岩性特征及形成环境，将勘探深度范围内的地层划分为10个地层单元，19个工程地质层。其中第6大层以粉土、重粉质粘土为主，层厚0.50～4.30m，层底标高-20.86～-14.72m，形成相对隔水层。

3、地下室控制方法探索

本工程自2018年4月开始施工，依照设计文件要求止水帷幕施工前先进行试桩，现场试桩结果：1.现场桩头外露直径满足要求；2.取芯自水位线下效果较差，无完整水泥段，无法达到原止水帷幕效果。

经过试验，发现场地无法使用止水帷幕，项目讨论并更改设计参数，更改施工工艺：1.调整水压为35MPA，水泥浆压力为32MPA，气体压力为0.7-1.5Mpa，水流量为160L/min，水泥浆流量为150L/min；2.双高压旋喷桩泥浆中增加适量膨润土，避免水泥浆不凝固。膨润土掺量不大于水泥质量的5%；3.普通高压旋喷桩按照间距1600mm跳打，相邻桩施工间歇时间必须达到48小时；4.旋喷桩地下水位以下部分要求复喷一次；5.更改三重管方式为双重管施工。

2018年5月重新试桩，再次验证本地质条件下双高压旋喷桩成桩性，进行取芯试验，试桩结果表明地面11m以下仍无水泥，经分析得出以下结论：受地质环境所限，本工程水泥浆易受地下水影响，造成水灰比失调，水泥浆稀释，不凝固现象，致使取芯效果不佳，双高压旋喷桩无法成桩。

为解决此难题，项目部技术团队提出四种方法，分别是：三轴搅拌桩、普通高压旋喷桩、地连墙、咬合桩。项目部对四种方法进行评估，其中1.三轴搅拌桩施工速度快，机械费较高但材料费较低，成桩长度及直径取决于钻杆长度，能起到止水效果；2.普通高压旋喷桩作业条件有限，但施工速度较快，机械及材料投入较低，基坑南侧施工地铁加固用普通高压旋喷桩取芯效果较好，能起到止水效果；3.地连墙工期受场地限制，施工较慢，机械费用投入较大，地连墙兼做止水帷幕，混凝土止水效果好；4.咬合桩施工速度一般，机械费用投均较大，咬合桩施工咬合部位垂直度难以把控。

经分析，三轴搅拌桩与普通高压旋喷桩是适用于此项目地质条件经济合理的有效途径。然而还要解决两个难题：1.现有三轴搅拌桩钻杆长仅为31m；2.本工程南侧施工地铁加固用普通高压旋喷桩，桩长仅为28m。均不达到原双高压设计桩长45m的条件。

项目部经过研究与探索，借鉴田径比赛接力赛的原理，将止水帷幕结合起来，分两步施工，采用搭接接力的方式解决问题。经过试验，最终选用接力式止水帷幕来解决此复杂地质条件下的地下水控制问题。

4、方案介绍

4.1 施工方法

内外两侧采用双排止水帷幕进行施工，外侧止水帷幕自地面开始施工至⑤-1层隔水层（第一道隔水层），内侧止水帷幕自基坑内水位线上开始施工至⑥层隔水层（第二道隔水层），完成帷幕之间的搭接接力。

（1）外侧止水帷幕选择：本工程项目基坑紧邻地铁R1线、6号线及北关环隧管廊，基坑外侧原有管廊、地铁支护结构钢绞线分布较为密集，采用三轴搅拌桩施工较为困难，采用“普通高压旋喷桩”。

（2）内侧止水帷幕选择：由于本工程基坑内侧水位线上为砂层，根据砂层中三轴搅拌桩及普通高压旋喷桩施工效率对比，三轴搅拌桩施工较快，采用“三轴搅拌桩”。

4.2 关键工序

（1）隔水层断裂处理：采用普通高压旋喷桩进行封底设计，临支护桩侧2排封底高压旋喷桩施工作业面高程为23.50m（地面），其他封底高压旋喷桩施工作业面高程为8.50m（坑底）。

（2）内外搭接方式：接头方式采用三排普通高压旋喷桩进行两侧帷幕之间的交接。接头位置选择间隔搭接+减压井施工，内外层止水帷幕间隔搭接施工，为解决施工过程中间隔位置帷幕不连续情况，合理布置减压井防止突涌现象产生。

（3）内侧三轴搅拌桩排数：选择双排三轴搅拌桩施工：由于内侧三轴搅拌桩采用跳打方式施工，且根据地勘报告本工程三轴搅拌桩施工位置存在较厚铁板砂层，施工较为困难，容易引起桩身倾斜，出于成桩质量及后期止水帷幕渗漏风险考虑，选择双排三轴搅拌桩施工。

5、效果检查

接力式止水帷幕施工完成，土方开挖完成后，统计得出工期节约了29天，渗漏率为4.3%，直接节约成本95.25万元，减少维修费用21.71万元，累计经济效益达406.96万元。

结语：

深基坑项目，地下水的控制本就是一大难题，尤其是在复杂环境下，传统施工方法可能得不到预期效果，一旦掉以轻心，就容易造成严重后果。因此，在深基坑的地下水控制的设计和施工过程中，需要充分结合现场情况，现场施工加强管理，保证施工质量。