深厚砂层遇地下水丰富时止水帷幕的设计要点

张 朋

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，广东 广州 5100000）

1 概况

我国南方地区气候湿润，地下水普遍发育，砂层分布较为普遍，基坑工程设计在止水帷幕的设计选型环节，通常使用搅拌桩、旋喷桩。受各项目施工技术水平所限，成桩质量参差不齐，需要设计人员详细研究地质情况，给出适合的工艺参数，以保证施工顺利进行。笔者有幸参与萝岗新城外环路（11#路-开创大道）道路及市政工程某处下穿隧道基坑工程的设计工作，文章以此为背景，简述深厚砂层且地下水丰富条件下止水帷幕的选型和设计要点。工程地质如图1所示。

图1 地质柱状图

2 深厚砂层且地下水丰富条件下止水帷幕的设计难点

广东地区地表水系发达，沿水系周边常因水系改道、冲积等原因，形成厚度达30m的透水层。该项目根据地质勘察条件可见，场地范围内普遍存在厚度达20～30m细砂、中砂层，属弱、中等透水层，其具有如下工程性质。

（1）稳性极差：当原状土受到扰动后，因土体结构连接较弱，土体强度将迅速降低，极易产生管涌变形破坏等现象。

（2）液化：砂层存在液化指标，场地内饱和砂土细砂2-3、粗砂2-4都不会产生液化。但作为设计人员，遇有砂层时应首先注意本项指标。砂层液化时，由于孔隙水压力上升，有效应力减小，导致砂土特性从固态转化至液态，对地震、爆炸、机械振动等抵抗能力严重下降，极易产生喷水冒砂现象。

（3）透水性：砂层均为透水层。该项目场地南侧紧邻南岗河，整个地下砂层与南岗河水连通，坑外降水不易实现，应采用止水帷幕，对下地下水进行阻隔，保护基坑工程安全施工。

（4）承载力高：随着密实度相应加大，砂层地基承载能力也普遍较高。

综上所述，由于场地透内水砂层较厚，易引起基坑工程透水、管涌变形、支护结构失稳及整体圆弧滑动等问题，项目设计需着重对止水帷幕进行选型，使之形成有效阻水墙，保证基坑安全。基坑支护断面图如图2所示。

图2 基坑支护断面图

实际工程中遇有砂层很厚时，普通止水帷幕往往无法完全穿透，成桩质量较差。加之，在工程实践中，由于设计方面或施工方面的原因，致使止水帷幕未能根据地勘资料做到精细化设计，或未能严格执行技术交底，轻者基坑工程发生漏水影响施工，需要进行注浆堵漏，重者甚至发生管涌，酿成重大事故。因此，止水帷幕的正确选型与设计是基坑设计需要注意的重点问题。

3 止水帷幕的适用性

常用止水帷幕类型主要由单轴搅拌桩、三轴搅拌桩、旋喷桩、钢板桩自止水等。

（1）单轴搅拌桩：常用直径为500～700mm，基坑工程常用来作为止水帷幕，阻隔地下水进入基坑内，也可用于基坑被动区加固，改善基坑底部土体参数，提高土反力，桩长一般不超过15m。

（2）三轴搅拌桩：常用直径为650～850mm，采用一幅三根钻杆同时切割土体，进行搅拌、喷浆，成桩质量较单轴搅拌桩好，止水效果显著，桩长最长可达30m。但三轴搅拌桩机占地较大，需要留有足够的操作空间。

（3）旋喷桩：常用直径为500～800mm，有单管、双管及三管之分，适用地质复杂、净空受限等特殊情况，成本较搅拌桩高。桩长在保证垂直度的情况下，长度超过40m仍可以咬合成桩。

（4）钢板桩自止水：拉森钢板桩为U型剖面“铆凸”互锁的钢制板桩，具有高质量、高强度、施工简单、建设费用低、绿色环保等多种优点，除了可以作为支护结构，因其本身采用互锁结构，还可以形成一个水密结构，达到隔水作用，无需附加其他的止水帷幕，桩长按规格常有6m、9m、12m、15m等。

4 止水帷幕设计要点

该项目临近地表水系（南岗河），根据基坑深度与地质情况不同，分别采用了单轴搅拌桩、旋喷桩、钢板桩自止水3种型式作为止水帷幕。结合项目特点，对基坑工程止水帷幕的设计要点归结如下。

（1）当地质为普通粉质黏土、砂层、淤泥层地质，且桩长≤15m时，宜优先选择单轴搅拌桩作为止水帷幕，在保证止水效果的同时，成本也较低。具体试桩工艺参数可在如下范围内调整：水泥掺入量13%～18%，水灰比0.4～0.5。

（2）当地质为不液化的砂层，地下水丰富且流速过快时，单纯采用水泥浆容易被高速水流冲走，可考虑采用双管旋喷桩，加入水玻璃，加快水泥浆固化。具体试桩工艺参数可在如下范围内调整：喷浆压力＜20MPa，水泥掺入量为250～300kg/m，水灰比1∶1～1.5，水玻璃掺入量为水泥浆体积的50%～60%。

（3）当地质为标准贯入度锤击数＜20的地层时，可采用钢板桩作为止水帷幕，锤击数＞20时，钢板桩不能顺利击入，需要引孔或采用特制钢板桩。

5 结语

文章通过对项目止水帷幕设计过程的跟踪，提出了基坑工程止水帷幕设计选型的依据，总结了止水帷幕的设计要点，对深厚砂层遇地下水丰富条件下的基坑工程止水帷幕设计提供参考。地下止水是基坑设计的重中之重，通过以上的止水帷幕选型实例可以看出，工程师应在以后的工作中，努力提高自身专业技能，深刻了解场地的工程地质资料，对基坑工程止水帷幕设计的各个要点进行合理选型，精益求精。只有这样，基坑工程建设才能在满足规范的前提下更加合理，更加安全。